指向式旋转导向钻井工具动力学分析与工作性能研究
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摘要
旋转导向钻井技术是当今世界各国竞相发展的一项尖端自动化钻井新技术,它代表着当今世界钻井技术发展的最高水平。我国目前尚没有完全掌握此项关键技术,国外则对我国实行技术封锁,国内急需对此项技术进行研究突破。本文综述了所研制的指向式旋转导向工具的结构原理、设计原理、导向原理,井下工作原理和实验测试原理,对其运动学、动力学行为和井下工作行为作了详细而深入的分析,建立了其运动学、动力学模型以及井下工作力学模型。此外,还对其进行了偏置单元的试验研究。
本文共包括八个部分,分别是:引言、指向式旋转导向钻井工具结构原理及仿真设计、指向式旋转导向钻井工具运动学研究、指向式旋转导向钻井工具动力学研究、指向式旋转导向钻井工具的BHA力学行为研究、导向心轴的工作导向力学行为研究、偏置导向单元样机的试验研究、结论与建议。本论文在完成指向式旋转导向钻井工具的结构设计和偏置导向单元样机加工、实验的基础之上,对指向式旋转导向钻井工具的运动学特性和动力学特性进行了深入研究,并对指向式旋转导向钻井工具的井下工作力学行为进行了分析,对指向式旋转导向钻井工具心轴的导向控制参数与钻头导向力之间的关系进行了探讨,为指向式旋转导向钻井工具的导向控制研究和指向式旋转导向工具的结构参数的优化打下理论基础,并且在理论研究的基础之上对指向式旋转导向钻井工具实现导向的关键部件——作为新型结构设计的偏置机构进行了样机的室内实验,为对偏置机构的创新性结构设计的合理性和可行性做出了检验,为指向式旋转导向工具早日投入应用奠定了实验基础。
文章的最后对全文进行了总结,为指向式旋转导向钻井工具的下一步研究指明了方向。
Steerable rotary drilling technology,the representation of the highest level of drilling technology in the world,which is studied in almost every country, is a new sophisticated automated drilling technology. The key of this technology hasn’t been developed in our country and has been set up a blockade against china by the western countries such as the United States, so it is very urgent for us to do research on this technology. In this paper, the new style structure and mechanical properties (the design principle, the working principle, the downhole operating principle and experiment principle etc. ) of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool which is been developing are described. Further, analysis and models of the downhole BHA working behavior, the kinematics and dynamics of this drilling tool are presented, and the bias unit prototype experiment is shown.
Eight sections are included, namely: Introduction, structure and simulation design of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, kinematics research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, dynamics research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, downhole BHA working behavior research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, downhole BHA working behavior research on the point-to-the-bit steerable rotary shaft, the bias unit prototype experimental research, conclusions and recommendations. On the basis of the completation of the structural design of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool and the lab experiment of the bias unit prototype, kinematics and dynamics characteristics of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool is lucubrated, the downhole BHA working behavior of it is analyzed, and the relationship between the steering control parameters of the rotary shaft and the guidance force on the bit is formulated, which became the theory foundation of the steering control research and the structural parameters optimization of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, and the bias unit, the key section of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, which has a new structural design , is prototyped and experimented in the lab. As a result, the rationality and feasibility of its new structural design is tested and problems shown in the test provide real reference value for further research and development of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool.
As the last section of the paper, the conclusions of the research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool and suggestions for the further development on it is made.
本文共包括八个部分,分别是:引言、指向式旋转导向钻井工具结构原理及仿真设计、指向式旋转导向钻井工具运动学研究、指向式旋转导向钻井工具动力学研究、指向式旋转导向钻井工具的BHA力学行为研究、导向心轴的工作导向力学行为研究、偏置导向单元样机的试验研究、结论与建议。本论文在完成指向式旋转导向钻井工具的结构设计和偏置导向单元样机加工、实验的基础之上,对指向式旋转导向钻井工具的运动学特性和动力学特性进行了深入研究,并对指向式旋转导向钻井工具的井下工作力学行为进行了分析,对指向式旋转导向钻井工具心轴的导向控制参数与钻头导向力之间的关系进行了探讨,为指向式旋转导向钻井工具的导向控制研究和指向式旋转导向工具的结构参数的优化打下理论基础,并且在理论研究的基础之上对指向式旋转导向钻井工具实现导向的关键部件——作为新型结构设计的偏置机构进行了样机的室内实验,为对偏置机构的创新性结构设计的合理性和可行性做出了检验,为指向式旋转导向工具早日投入应用奠定了实验基础。
文章的最后对全文进行了总结,为指向式旋转导向钻井工具的下一步研究指明了方向。
Steerable rotary drilling technology,the representation of the highest level of drilling technology in the world,which is studied in almost every country, is a new sophisticated automated drilling technology. The key of this technology hasn’t been developed in our country and has been set up a blockade against china by the western countries such as the United States, so it is very urgent for us to do research on this technology. In this paper, the new style structure and mechanical properties (the design principle, the working principle, the downhole operating principle and experiment principle etc. ) of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool which is been developing are described. Further, analysis and models of the downhole BHA working behavior, the kinematics and dynamics of this drilling tool are presented, and the bias unit prototype experiment is shown.
Eight sections are included, namely: Introduction, structure and simulation design of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, kinematics research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, dynamics research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, downhole BHA working behavior research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, downhole BHA working behavior research on the point-to-the-bit steerable rotary shaft, the bias unit prototype experimental research, conclusions and recommendations. On the basis of the completation of the structural design of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool and the lab experiment of the bias unit prototype, kinematics and dynamics characteristics of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool is lucubrated, the downhole BHA working behavior of it is analyzed, and the relationship between the steering control parameters of the rotary shaft and the guidance force on the bit is formulated, which became the theory foundation of the steering control research and the structural parameters optimization of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, and the bias unit, the key section of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool, which has a new structural design , is prototyped and experimented in the lab. As a result, the rationality and feasibility of its new structural design is tested and problems shown in the test provide real reference value for further research and development of the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool.
As the last section of the paper, the conclusions of the research on the point-to-the-bit rotary steerable drilling tool and suggestions for the further development on it is made.
引文
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