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1、旋转导向旋转导向钻进系统钻进系统Rotary steering system主讲人：离蒙遁定向钻定向钻进系统进系统交流内容交流内容1.定向钻进简介定向钻进简介2.定向钻进系统组成定向钻进系统组成3.涡轮钻具原理及结构涡轮钻具原理及结构4.螺杆钻具原理及结构螺杆钻具原理及结构5.定向钻进系统应用定向钻进系统应用6.煤矿瓦斯抽放治理煤矿瓦斯抽放治理定向钻定向钻进系统进系统1.1.定向钻进简介定向钻进简介定义： 定向钻进技术是指利用钻孔自然弯曲钻孔自然弯曲规律规律或采用人工造斜采用人工造斜工具工具，使钻孔按照设按照设计要求进行延伸钻到计要求进行延伸钻到预定目标预定目标的一种钻进方法。定向钻定向钻进系
2、统进系统定向钻进应用定向钻进应用科科学学钻钻探探钻钻井井取取心心油油气气探探采采瓦瓦斯斯治治理理市市政政建建设设 定向钻进是集测量、控制、钻井、机械、地质等学科于一体的科学钻进技术，可大幅提高传统钻进的质量与效益。定向钻定向钻进系统进系统2.2.定向钻进系统组成定向钻进系统组成钻掘系统钻掘系统掘进掘进任务任务钻钻杆杆动动力力头头钻掘钻掘执行执行机构机构随钻随钻测量测量仪仪钻杆钻杆拆缷拆缷装置装置轨迹轨迹控制控制器器钻钻头头测斜器测斜器井底井底动力动力造斜器造斜器井上设备井底钻具信息流、能量流信息流、能量流定向钻定向钻进系统进系统孔孔内内钻钻具具钻钻杆杆孔底孔底马达马达中程增矩钻钻杆杆井上可移动
3、井上可移动回转动力头回转动力头液液压压系系统统水水力力电电力力液液压压浅底钻进深孔钻进水平定向钻水平定向钻井井底底动动力力钻钻进进能量流传动方式能量流传动方式定向钻定向钻进系统进系统液力能传递方式液力能传递方式空心钻杆空心钻杆高压钻井液通道高压钻井液通道钻杆与井壁间隙钻杆与井壁间隙钻井液回流通道钻井液回流通道冲洗井底冲洗井底带走岩屑带走岩屑定向钻定向钻进系统进系统液力能传递方式液力能传递方式定向钻定向钻进系统进系统井底钻具组成井底钻具组成井底钻具组成井底钻具组成1-钻头；钻头；2-传动总成；传动总成；3-井底马达；井底马达；4-旋转导向装置；旋转导向装置；5-液动冲击锤；液动冲击锤；6-钻铤柱
4、；钻铤柱；7-钻杆；钻杆；8-稳定器；稳定器；9-高强度螺纹接头；高强度螺纹接头；10-旋转接头；旋转接头；11-方钻杆；方钻杆；12-高压钻井液管高压钻井液管定向钻定向钻进系统进系统钻井效率决定因素钻井效率决定因素Drilling process efficiency-钻井过程效率钻遇地层特征-Formations-地层-Temperature-温度-Drilling problems-井下复杂使用钻头类型-Rock-牙轮钻头-PDC-PDC钻头-Impregnated-孕镶钻头Power of pumping facility-泵功率RPM-转速Operating load-作业负荷定向钻
5、定向钻进系统进系统钻头钻头名目名目钻头类型钻头类型钻头名称钻头名称牙轮钻头牙轮钻头（Rock）PDC钻头钻头（Polycrystalline diamond compact）孕鑲孕鑲PDC钻头钻头（impregnated）取心钻头取心钻头（core bit）图片示例图片示例破岩机理破岩机理透用岩层透用岩层冲击破岩冲击破岩压碎破岩压碎破岩剪切破碎剪切破碎软中硬软中硬各类岩层各类岩层软岩层：室犁软岩层：室犁硬岩层：剪切硬岩层：剪切软中岩层软中岩层用途越来越广用途越来越广微切削原理微切削原理研磨性地层研磨性地层硬、极硬地层硬、极硬地层微切削原理微切削原理硬质岩层取心硬质岩层取心钻进钻进定向钻定向钻进
6、系统进系统牙轮钻头牙轮钻头 牙轮钻头单锥牙轮在井底破岩面上作纯滚动 将钻杆的主旋转运动转为牙轮齿的冲击岩石运动。 三牙轮钻头上的各排齿相互啮合，能有效而不重复地全面破碎井底岩石并防止齿槽泥包。定向钻定向钻进系统进系统PDC钻头钻头钻头钻头1）剪切破岩，破岩耗能低；2）PDC复合片具有超高的硬 度、耐磨性和自锐性；3）PDC钻头为无活动部件，工作可靠。剪切破岩机理剪切破岩机理 金金刚刚石石微微粉粉硬硬质质合合金金基基体体复复合合晶晶片片定向钻定向钻进系统进系统孕鑲孕鑲PDC钻头钻头（impregnated）定向钻定向钻进系统进系统钻头钻头扭力自平衡式钻头扭力自平衡式钻头 岩土对钻头的反作用力在钻
7、头上自平衡，省去锚固装置并改善钻杆的受力。岩土对钻头的反作用力在钻头上自平衡，省去锚固装置并改善钻杆的受力。 钻头钻进部分为多节，分别为一到两段的切削节、推进节和钻尖破碎节组成，相邻两节钻头钻进部分为多节，分别为一到两段的切削节、推进节和钻尖破碎节组成，相邻两节转动方向相反，图中的方案为三节顺时针两节逆时针（往钻进方向看），由于结合冲击破转动方向相反，图中的方案为三节顺时针两节逆时针（往钻进方向看），由于结合冲击破岩、切削破岩和水力破岩，钻头的破岩效率和破岩速度将有较大提高。岩、切削破岩和水力破岩，钻头的破岩效率和破岩速度将有较大提高。定向钻定向钻进系统进系统钻杆及稳定器钻杆及稳定器 为了减小
8、钻杆受孔壁摩擦阻力，一般将钻杆制成比钻孔直径小些，钻杆表面不与孔为了减小钻杆受孔壁摩擦阻力，一般将钻杆制成比钻孔直径小些，钻杆表面不与孔壁直接接触，而是通过直径与孔径接近大小的稳定器支承在钻出的孔内，以防止垂直于孔壁直接接触，而是通过直径与孔径接近大小的稳定器支承在钻出的孔内，以防止垂直于孔轴线的侧向力使钻杆过度弯曲。钻杆稳定器对两段较长距离钻杆起隔离作用，改善各自的轴线的侧向力使钻杆过度弯曲。钻杆稳定器对两段较长距离钻杆起隔离作用，改善各自的受力条件受力条件钻杆稳定器钻杆稳定器定向钻定向钻进系统进系统钻杆弯曲钻杆弯曲定向钻定向钻进系统进系统 为多点脉动式驱动器的受力情况，蠕动式脉动单点驱动器
9、利用摩擦副自锁原理，驱动器前方向的钻杆向驱动器施加扭矩和推力时，驱动器与孔壁的螺旋摩擦副不自锁，螺副摩擦副发生相对滑动，驱动器克服阻力向前相对蠕动，而驱动器后方的钻杆向驱动器施加推力时，螺旋摩擦副自锁，使后面钻杆的压力转移到孔壁上，从而阻隔了每段钻杆压力的相互影响。钻杆弯曲钻杆弯曲定向钻定向钻进系统进系统涡轮钻具涡轮钻具Stator-定子Rotor-转子Mud-泥浆定向钻定向钻进系统进系统涡轮钻具涡轮钻具定向钻定向钻进系统进系统Reduction turbodrill design-减速涡轮钻具设计Turbine section-动力端Reduction-减速器Spindle-传动轴Angle
10、 regulator-可调弯壳体涡轮钻具涡轮钻具定向钻定向钻进系统进系统螺杆钻具螺杆钻具 螺杆钻具结构螺杆钻具结构传动轴总成、传动轴总成、传动轴总成、传动轴总成、万向轴总成、马达总成、防掉总成和旁通阀总成万向轴总成、马达总成、防掉总成和旁通阀总成万向轴总成、马达总成、防掉总成和旁通阀总成万向轴总成、马达总成、防掉总成和旁通阀总成五大五大五大五大部分组成部分组成部分组成部分组成 . . 旁通阀总成旁通阀总成旁通阀总成旁通阀总成马达总成马达总成马达总成马达总成万向轴总成万向轴总成万向轴总成万向轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成防掉总成防掉总成防掉总成防掉总成定向钻定向钻进系统进系统旁通
11、阀总成：旁通阀总成：旁通阀总成：旁通阀总成： 旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。井台上。井台上。井台上。当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时当泥浆流量和压力达到标准设定
12、值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时泥浆流经马达，使其转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，所产泥浆流经马达，使其转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，所产泥浆流经马达，使其转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，所产泥浆流经马达，使其转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔生的压力
13、不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。又处于开启位置。又处于开启位置。又处于开启位置。泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆螺杆钻具螺杆钻具定向钻定向钻进系统进系统旁通阀总成：旁通阀总成：旁通阀总成：旁通阀总成： 它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。阀阀阀阀芯芯芯芯阀阀阀阀套套套套筛筛筛筛板板板板阀阀阀阀体体体体隔隔隔隔板板板
14、板隔隔隔隔板板板板密封件密封件密封件密封件弹弹弹弹簧簧簧簧挡挡挡挡圈圈圈圈挡挡挡挡圈圈圈圈螺杆钻具螺杆钻具定向钻定向钻进系统进系统螺杆钻具螺杆钻具防掉接头防掉接头防掉接头防掉接头防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉总成防掉总成防掉总成防掉总成： 泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆 作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同时作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同时作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同时作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同时使泵压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。使泵
15、压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。使泵压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。使泵压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。定向钻定向钻进系统进系统 马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转子多子多子多子多1 1）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小; ; 头数越多，转速头数越多，转速头数越多，转速头数越
16、多，转速越低，扭矩越大。我公司可根据用户需求，制造转子头数与定子头越低，扭矩越大。我公司可根据用户需求，制造转子头数与定子头越低，扭矩越大。我公司可根据用户需求，制造转子头数与定子头越低，扭矩越大。我公司可根据用户需求，制造转子头数与定子头数比为数比为数比为数比为 1 1：2 2、3 3：4 4、5 5：6 6、7 7：8 8、9 9：10 10 的马达，下图是几种典型的马达，下图是几种典型的马达，下图是几种典型的马达，下图是几种典型马达配合的截面轮廊：马达配合的截面轮廊：马达配合的截面轮廊：马达配合的截面轮廊： 1:1:2 23:3:4 45:5:6 67:7:8 89:19:10 0螺杆钻具螺杆钻具
