發(fā)布時間：2020-11-19 01:34

　　 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)是一項尖端的自動化鉆井技術(shù),對于非常規(guī)油氣資源的開發(fā),特別是頁巖氣的開發(fā),對鉆井技術(shù)的要求越來越高。常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井工具已不能滿足對大位移井和從式水平井開發(fā),具有造斜能力不足,效率低等問題,為了解決這些問題結(jié)合了國家“十三五”項目“高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具”的要求,在參考斯倫貝謝公司的Power Driver Archer旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的基礎(chǔ)上,進(jìn)行高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具測控系統(tǒng)研究。論文做了兩方面的資料調(diào)研,一是國內(nèi)外對常規(guī)及高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的研究;二是針對常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具在其測量和控制方面所做的研究工作的不足,明確了論文要解決的問題。論文主要開展了三方面工作:(1)論文先分析了高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的工作原理,并提出了高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具HBR-RSS(High Build Rate-Rotary Steerable System)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,并利用CAD軟件繪出鉆井工具整體結(jié)構(gòu)原理圖。(2)結(jié)合中煤科工集團(tuán)西安研究院的測斜儀實驗,對高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具空間姿態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)進(jìn)行了室內(nèi)實驗測試,驗證了HBR-RSS工具姿態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)即“三軸MEMS加速度計+三軸MEMS陀螺儀傳感器”組成的慣性體方案可行。(3)對穩(wěn)定平臺進(jìn)行了受力分析,得出穩(wěn)定平臺控制的動力學(xué)方程,利用SolidWorks軟件構(gòu)建高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具三維工具模型,并將其置入ADAMS軟件中,進(jìn)行仿真模擬,得出導(dǎo)向工具造斜過程運(yùn)動仿真曲線和造斜到穩(wěn)斜過程運(yùn)動參數(shù)仿真曲線。本文探索性地對高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具測控系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計和室內(nèi)實驗驗證,并得出了相應(yīng)的實驗結(jié)論。對于HBR-RSS系統(tǒng)的研發(fā)和進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有一定的推動作用。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE242
【部分圖文】：

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外現(xiàn)狀八十年代末期，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)首次出現(xiàn)，它是由德國 KTB 項目組和 ET 公司合伙建立的自動垂直鉆井（VDS）系統(tǒng)，到九十年代初期，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)已經(jīng)為多家公司帶來不錯的經(jīng)濟(jì)效益。具有成熟技術(shù)的三家公司產(chǎn)品為 Baker Hughes 的 AutoTrak，Schlumberger 的 PowerDrive，Halliburton 的 GeoPilot[7]。(1) Baker Hughes 公司的 AutotrakBaker Hughes Inteq.公司的 Autotrak 的關(guān)鍵技術(shù)為井下閉環(huán)控制系統(tǒng)（RCLS）。系統(tǒng)中能夠轉(zhuǎn)動部分是由不旋轉(zhuǎn)外套和旋轉(zhuǎn)心軸中的上下軸承結(jié)合組成的，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，由近鉆頭推靠巴掌（不旋轉(zhuǎn)推靠翼肋）、液壓泵、渦輪電機(jī)、電子存儲器、振動檢測單元、電池組單元等所組成。靜態(tài)推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的工作方式是 RCLS 的重要工作原理（井下偏置導(dǎo)向原理如圖 1-2 所示）。三個大小不同的翼肋推靠井壁時會產(chǎn)生一個偏心合力從而引導(dǎo)鉆頭朝合力方向鉆進(jìn)，實現(xiàn)鉆進(jìn)目標(biāo)。

圖 1-2 可控偏心器的造斜導(dǎo)向機(jī)構(gòu)示意圖(2) Schlumberger 公司的 PowerDrive 和 PowerVSchlumberger(簡寫為 Slb.)公司有三種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，分別是整合英國 CAMCO公司的 SRD 系統(tǒng)后形成的動態(tài)水力推靠式 Power DriveXtra(SRD)，靜態(tài)偏置指向式PowerDriveXceed 和垂直導(dǎo)向鉆井工具 PowerV[8]，目前已經(jīng)形成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系列產(chǎn)品，如表 1-1。表 1-1 SIb.公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)系列產(chǎn)品型號 類型 工具外徑（in.） 通信方式 造斜率/穩(wěn)斜率（°/30m）PowerDriverXtra475動態(tài)推靠式 4.75 泥漿流量變化 0-8PowerDriverXtra675 動態(tài)推靠式 6.75 泥漿流量變化 0-8PowerDriverXtra900動態(tài)推靠式 9 泥漿流量變化 0-5PowerDriver Xceed 靜態(tài)偏置指向式 6.75聲波/泥漿流量8PowerDriver X5 動態(tài)推靠式 4.75-9聲波/泥漿流量0-8PowerV垂直導(dǎo)向--指向式4-9 泥漿流量變化 0.5

圖 1-3 PowerDrive 動態(tài)推靠式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)示意圖(3) Halliburton 公司的 Geo-pilotGeo-Pilot 是由哈利波頓公司和日本石油公司合作開發(fā)[10]，其實現(xiàn)導(dǎo)向鉆進(jìn)的原理是通過控制軸的曲折程度和曲折方向來改變鉆頭的鉆進(jìn)方向，原理如圖 1-4（a），Geo-Pilot井下導(dǎo)向工具示意圖如下 1-4（b），上下旋轉(zhuǎn)密封環(huán)之間的外筒不轉(zhuǎn)動，與鉆頭連接的心軸回旋并被偏心環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓彎曲，使得鉆頭傾向鉆進(jìn)方向。近年來，對于非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)，常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具已經(jīng)無法滿足，高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具以其更加智能化和自動化等優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場，目前研究技術(shù)比較成熟的兩家公司分別為，Baker Hughes 的 Auto Trak Curve 系統(tǒng)，Schlumberger 的PowerDriver Archer[11]。(1) Baker Hughes 公司 Auto Trak Curve 系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-5、圖 1-6 所示，該工具通過全旋轉(zhuǎn)的方式可以一次性鉆完所有類型井段，且井眼軌跡平整光滑，造斜率達(dá)15°/30m。AutoTrak Curve 是一種井下閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)[12][13]，其在導(dǎo)向外套筒中安裝有三個可伸縮的翼肋，當(dāng)?shù)孛婷畎l(fā)出后，井下監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出命令控制導(dǎo)向 3 個導(dǎo)向翼肋伸出或縮回，將導(dǎo)向軸偏向預(yù)定軌道。相較于其他同類導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，AutoTrak
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本文編號：2889502