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张亮毕业论文克拉玛依技师培训学院06级石油工程专业毕业设计(论文)题目:旋转导向工具导向模块部件组成及原理研究学号:06055033姓名:张亮专业:钻井班级:0651指导教师:徐智聃完成时间:2011年4月301目录2摘要:本文主要对旋转导向钻井工具研发的关键技术之一导向模块的研究情况作了简要介绍,并对目前导向模块的机械设计结构、供电、通讯、控制系统的工作原理、非接触供电部分的试验设计做了详细的说明,确定了存在的技术难点及下一步我们要主攻的研究方向。关键词:旋转导向工具导向模块非接触供电电磁感应定向控制前言:从20世纪80年代后期,在国际上开始研究旋转导向钻井技术,到90年代初期多家公司形成了商业化技术。国内大部分油田相继进入开发后期,新探区苛刻的油藏地质条件,复杂结构井的不断增多和国外石油公司的竞争压力,使国内很多钻井院所也都在进行这一类工具的研发,但都因为多种困难,没有形成商业化产品。我院为了大庆定向井、水平井钻井技术的需要,也进行了这一世界尖端项目的研究探索。3工具的研发,但都因为多种困难,没有形成商业化产品。我院为了大庆定向井、水平井钻井技术的需要,也进行了这一世界尖端项目的研究探索。41、技术现状闭环旋转导向钻井是当今世界领先的定向钻井技术,是定向井工具发展的热点方向。贝克休斯、哈利伯顿、斯伦贝谢等世界著名的三大石油公司都相继研制出了具有自主知识产权的旋转导向钻井工具,其主要工具如下表1所示。表1国外公司主要旋转导向工具公司工具名称原理BakerHughesAutoTrak采用固定静态式偏置机构,可以选择性地改变液动伸缩块与井壁的径向接触。SchlumbergerPowerdrive具有自我稳定的泥浆动力和密封控制单元,通过旋转稳定传感器同步调整井眼走向。HalliburtonGeo-pilot下部驱动主轴可在壳体内偏转成一定角度,可对井斜和方位进行改变。2、导向头设计结构导向头从结构上分为中轴和非旋转外套两大部分。中轴从导向套中间穿过与钻头连接,带动钻头与钻柱一起旋转,导向套与中轴之间镶有金刚石耐磨片,以保证相对转动时产生较小的磨损。三个可伸缩菱块布置在导向套中,由地面大控制闭环或地下小控制闭环控制其伸5缩量以进行方位和井斜的控制。3、导向头各部件组成与工作原理导向头部分由初级电路模块、非接触供电及通讯模块、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块等组成。其中初级电路模块、非接触供电的内套部分和中心轴一起旋转,而非接触供电的外套部分、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块置于非旋转导向套中。初级电路模块包括信号解调电路、DC/AC电流转化电路、信号与能量载波调制电路。它用于接收上部泥浆发电机向下传递的电能及地面给出的命令信号、LWD测量系统给出的轨道方位信号并经过处理后输出。信号解调电路用于将信号从30V直流电路中分离出来。DC/AC电流转化电路将30V直流电变换为50Hz的交流电,再通过信号与能量载波调制电路与命令信号、轨道方位信号进行相应的调制,输出给非接触供电及通讯模块。非接触供电及通讯模块用于在初级及次级电路之间传递电能及信号。由于在中轴和非旋转外套之间存在相对转动,无法用导线进行信号及电能的传递,必须使用其他方法进行连接。其中就包括滑环连接及感应连接。滑环连接其耐磨性及可靠性较差,一旦在高温高压、中轴与导向套高速相对转动及钻头的剧烈震动条件下密封不严,就会受到钻井液的侵蚀,很难适6应长时间的井下施工需要,因而国外最新的技术手段都是选用感应连接。但感应连接由于其存在气隙、以及铜损、铁损等相应的问题,难以达到较高的传递效率。而传递效率是液压系统造斜能力的关键,同时传递效率低也会引起电路发热量高,元件容易烧坏等问题。信号与电能的共同传递还会带来信号调制和双向同步传输能量与信号的问题。信号调制的关键是如何进行优化调制以达到最小的错码率。双向同时传输的主要问题是在一条通路上如何进行下传150W交流电能的同时上传控制信号。这些方面都需要进行深入的理论研究及实验。经过调研试验,项目组已经确定了应用感应式非接触供电及信号传递技术在初级电路和次级电路之间传递的可行性。非接触供电及信号传递系统包括内套和外套,其设计结构如下:1、内套从内向外依次是钢套、线圈、聚醚醚酮(PEEK)树脂密封绝缘套。2、外套从内向外依次是聚醚醚酮(PEEK)树脂密封绝缘套、线圈、壳体。通过实验及理论计算,感应式非接触供电传递方式可以达到50%以上的传递效率。而导向设备所需电能需要传递效率达到70%以上。而传递效率与交流电的频率、铁芯材料、线圈之间的距离、结构、缠绕方式、直径等都有较大的关系,需要进一步实验。实验方法如下:根据已知电压、频率条件确定铁芯截面积、初级、次级线圈匝数、漆包线线径。1)计算铁芯截面积7根据小功率电磁感应装置铁心截面