《自动垂直钻井工具的液控导向机构动态特性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动垂直钻井工具的液控导向机构动态特性研究（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武汉科技大学硕士学位论文第1 页摘要自动垂直钻井工具是一种带有井下闭环控制系统，可实现井下主动纠斜，保持井壁垂直，具有较高技术含量的先进钻井工具。由于自动垂直钻井工具工作于数千米深井下，考虑到井下复杂工况和环境影响，其上液控导向机构的构成将不同于常规的液压系统，对其性能提出了较高的要求。本文详细阐述了自动垂直钻井工具的研究意义及国内外发展现状，介绍了其结构特点以及推导出液控导向机构完整的数学模型。利用仿真软件包A M E s i m 搭建符合实际功能的液控导向机构液压仿真模型，并在接近实况下进行动态仿真，揭示了该液压系统的特有性能。通过构建液控导向机构液压系统测试实验台对液控导向机构进行了实验
2、，比较实验与仿真结果，证明了常压下的仿真与实验基本一致，所建立的液控导向机构的仿真模型是正确、可靠的。而后利用此仿真模型对超常环境压力下的液控导向机构进行了数字仿真，仿真结果表明由于超常环境压力的工况可改善系统油泵吸油性能，提高纠斜油缸的响应速度，因此液控导向机构具有适应超常环境压力的特性。目前对液控导向机构还无法进行近实况的实验，本文提出利用仿真软件对该机构进行模拟实况的数字仿真是一种经济、实用的研究方法，而且仿真结论还得到了实验的验证，因此本文所研究的内容为液控导向机构的研制提供有益的借鉴。关键字：自动垂直钻井工具液压导向机构液压仿真模型动态仿真超常环境压力第1 I 页武汉科技大学硕士学位
3、论文A b s t r a c tA u t o m a t i cv e r t i c a ld r i l l i n gt o o l sa r cd o w n h o l ec l o s e d l o o ps y s t e m s ，c a nc o r r e c ti n c l i n ea u t o m a t i c a l l ya n dk e e ph o l ev e r t i c a l ，S Ot h e ya r ea d v a n c e dd r i l l i n gt o o l sw h i c hh a v er a t h e r
4、h i 。g l lt e c h n o l o g y T h ea u t o m a t i cv e r t i c a ld r i l l i n gt o o l sp o s i t i o n i n ga tt h o u s a n d so fm e t e r sa n di nv i e wo ft h ei m p a c t so fd o w n w e l lc o m p l e xw o r kc o n d i t i o n sa n de n v i r o n m e n t ，t h eh y d r a u l i cc o n t r o
5、 ls t e e r i n gm e c h a n i s m si nt h e ma l ed i f f e r e n tf r o mr o u t i n eo n e s ，w h i c ha r ed e m a n d e do fu p p e rp e r f o r m a n c e s T h ep a p e rh a sd i s c u s s e dt h er e s e a r c hs i g n i f i c a n c ea n dt h ee x i s t i n gs t a t u si na n da b r o a do fa
6、 u t o m a t i cv e r t i c a ld r i l l i n gt o o l si nd e t a i l ，i n t r o d u c e dt h ec h a r a c t e r i s t i c o ft h es t r u c t u r ea n de d u c e dt h em a t h e m a t i cm o d e lo ft h eh y d r a u l i cc o n t r o ls t e e r i n gm e c h a n i s m s T h es i m u l a t i o no nt h
7、 e mt h a tW a sb u i l tb yt h es i m u l a t i o ns o f t w a r eu n d e ra c t u a lw o r kc o n d i t i o n so p e n so u tt h ep e c u l i a rc h a r a c t e r i s t i cw h i c ht h eh y d r a u l i cs y s t e mo w n s U s i n gt h eh y d r a u l i ct e s tp l a t f o r mt or e s e a r c ho nt
8、h eh y d r a u l i cc o n t r o ls t e e r i n gm e c h a n i s m sa n dc o m p a r i n gt h er e s u l to fs i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t ，t h ec o n c l u s i o no fs i m u l a t i o ni Sc o n s i s t e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t ，w h i c hp r o v et h et r u t ha n dr e l i a
9、 b i l i t yo ft h es i m u l a t i o nm o d e l T h e nt h en u m e r i cs i m u l a t i o nu n d e rt h ee x t r a o r d i n a r ye n v i r o n m e n tp r e s s u r ei n d i c a t e st h ep r e s s u r eC a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fo i ls u c t i o n ，e n h a n c et h er e s p o
10、n s es p e e do fc o r r e c t i n gi n c l i n ec y l i n d e r ，s ob r i n g st h ec h a r a c t e r i s t i co ff i t t i n gt h es y s t e mf o rt h ep r e s s u r e 一A tp r e s e n tt h ee x p e r i m e n tc a n tb ec a r r i e do u to nt h eh y d r a u l i cc o n t r o ls t e e r i n gm e c h
11、a n i s m su n d e ra c t u a lw o r kc o n d i t i o n si nl a b s T h ep a p e rp u t sf o r w a r dae c o n o m i c a la n da p p l i e dr e s e a r c hm e a n so fs i m u l a t i o no nt h em e c h a n i s m sb ys i m u l a t i o ns o f t w a r e ，a n dt h es i m u l a t i o nc o n c l u s i o n
12、i sv a l i d a t e db yt h ee x p e r i m e n t ，S Ot h ec o n t e n to ft h ep a p e rm a d eau s e f u lr e f e r e n c et o t h ed e v e l o p m e n to ft h eh y d r a u l i cc o n t r o ls t e e r i n gm e c h a n i s m s K e y w o r d s ：a u t o m a t i cv e r t i c a ld r i l l i n gt o o l s
13、；h y d r a u l i cc o n t r o ls t e e r i n gm e c h a n i s m s ；h y d r a u l i cs i m u l a t i o nm o d e l ；d y n a m i cs i m u l a t i o n ；e x t r a o r d i n a r ye n v i r o n m e n t p r e s s u r e武汉科技大学硕士学位论文第1 页1 1 本课题研究意义第一章绪论我国石油工业自新中国成立以来有了长足的发展，相继建立了大庆油田、辽河油田、江汉油田等大型油田。随着上述油田相继进入后
14、开采期以及国民经济快速发展对石油需求量日益增加，国产石油已无法满足国内需求，石油供需矛盾日益凸现。为了解决能源危机，我国在西部新建立了新疆塔里木、克拉玛依、玉门等西部油田，它们已成为我国重要的油气源基地【。在西部石油勘探的过程中，遇到防斜快打的技术难题。由于西部钻井遇到高陡构造地层，井深相对较深，大多井深在5 0 0 0 m 以上，垂直井段3 5 0 0 m 左右。井易斜，钻速低，防斜打快非常困难，成为钻井技术的难题，打直井已成为制约西部油气开发的瓶颈1 2 l ，同时东部及其他很多地区都有严重的井斜问题高陡构造引起的低钻速和大井斜，严重制约勘探开发周期，威胁西气东输基地的气源供应和国家经济建
15、设。在我国高陡构造地层的防斜打快是一个尚未解决的技术难题。目前直井的井斜控制主要还是靠常规的降斜方法，但这些方法都存在着相应的问题。如钟摆组合降斜 3 - 5 1 ，它的降斜能力严重地受到钻压的影响，利用这种钻具组合只能采取吊打的方式，不能采用较大的钻压，是一种以牺牲钻速换取井眼质量的消极方法。常规的降斜方法通常导致钻探周期较长，开采成本显著增加。从目前石油钻探技术发展的状况来看，自动垂直钻井技术是解决井斜的有效方法。自动垂直钻井技术源于联邦德国的大陆超深井计划( 即K T B 计划) 【6 1 。该计划所钻的井深达万米，而且井深部地层很多都是结晶岩，地层倾角大，在这样的条件下用常规的钻井工具
16、很难使井眼保持垂直。经过研究与试验，K T B 计划的研究人员在一家采煤公司已有的自动打孔技术上研制出自动垂直钻井系统。该自动垂直钻井系统可以大大改善垂直井段井斜和井斜变化率，机械钻速相对较高。该技术的应用突破了高陡构造地带防斜打快的技术瓶颈，大大加快山前构造地层的油气勘探开发进程【_ 刀。自动垂直钻井系统V D S ( V e r t i c a lD r i l l i n gS y s t e m ) 是一种能够自动有效控制井斜、保证钻头始终沿垂直方向钻进的机电液集成钻井装置。该工具的特点和作用具体表现在：1 ) 可施加较大钻压，大幅度提高机械钻速，缩短钻井周期，降低成本；2 ) 具有井下自动闭环控制功能，无需人工于预，钻井效率高；3 ) 井眼狗腿度小，钻柱摩阻扭矩小，可减少钻具和套管磨损，降低钻具扭断落井风险；4 ) 特别适用于解决高陡构造及易井斜地区的防斜打快问题。由于我国西部油田、东部及其他很多地区都有严重的井斜问题，2 0 0 5 年中国石油天然气集团在塔里木油田引进国外自动垂直钻井系统( P o w e r V 、V e r t i
