自动垂直钻井工具纠斜机构的研究

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1、第22卷第4期江汉石油科技V01．22No．42012牟12月JIANGHANPETROLEUMSCIENCEANDTECHNOLOCYDec．2012自动垂直钻井工具纠斜机构的研究吴刚，张策(中国石化石油机械装备重点实验室、江汉石油管理局石油机械研究院，湖北武汉430223)摘要：高陡地层防斜打快是钻井过程中普遍存在的一个技术难题、目前，国内传统的被动防斜方法大多数以牺牲钻压、降低机械钻速为代价，自动垂直钻井工具的主动纠斜功能有效地解决钻压和防斜之间的矛盾，以达到防斜打快的目的。综合对比国外垂钻

2、工具的纠斜机构，对动力提取方式、推臂结构、纠斜策略三个方面做了详细的比较，以优选纠斜机构方案。关键词：纠斜机构；自动垂直钻井工具；防斜打快；推臂结构目前，对于地层倾角大、高陡构造带、山前逆整I具侧向力，使井眼轨迹快速返回垂直状态。掩推覆体区域等复杂地质区域，传统的被动纠斜T具已经不能满足该地质区域优快钻井的需求，尤其1纠斜机构结构设计不能满足钻垂直井的要求。20世纪8O年代末出现的1．1动力提取方式的选择主动纠斜技术自动垂直钻井工具，有效的解决了钻自动垂直钻井系统其核心大多是安装在导向套压和防斜的

3、矛盾。目前国际上投入商业应用的自动内的一组液压驱动的可控导向纠斜装置，而能使该垂直钻井工具主要有i种：美国BakerHughes公司可控纠斜装置正常工作的基本条件是能量供给可的VertiTrak垂直钻井系统、Schlumberger公司的靠。国外自动垂直钻井T具的可控导向纠斜机构的PowerV垂直钻井系统及德国SmartDrillin司的纠斜动力是由高压钻井液(泥桨)提供(ZBE除ZBE垂直钻井系统。外)，但形式上各有所不同。大致归纳下，可将国VertiTrak自动垂直钻井系统是美国BakerHu

4、ges内外垂直钻井T具纠斜单元的动力提取方式归为Inteq公司在VDS基础上综合了高性能泥浆马达X—4类”’。TREME、可靠的MWD等先进技术开发出来的一种第一类是以钻井液驱动内置涡轮发电机系统发闭环自动垂直钻井系统⋯。电为整个纠斜系统提供能量。由涡轮发电机驱动电ZBE系列自动垂直钻井系统是德国Smart动机进而驱动液压泵以提供纠斜机构液压控制系统Drilling公司研制。其主体结构由连接钻头／钻柱的主的液压能并同时为电磁阀及单片机控制系统的电轴和不旋转套和脉冲发生器组成。在不旋转套上有路供电。

5、VertiTrak为其代表产品．其结构如图l所发电机、井斜传感器、电子测控系统、液压控制系示。统、防转筋板和可伸缩导向控制块和外壳等。第二类以安装在不旋转套上发电机为整个纠斜PowerV系统是美国Schlumberge司在旋转导系统提供能量。发电机是由旋转的主轴为转子、静向钻井工具PowerDrive系列产品的基础上研发的新止的外套为定子进行发电。由旋转的主轴和静止的型自动垂直钻井系统。它采用采用PowerDrive旋转外壳之间的相对运动来发电，发电机驱动电动机进导向钻井技术和井下闭环的控制方式，

6、以泥浆涡轮而驱动液压泵为纠斜机构液压控制系统提供液压发电、泥浆压力作为执行机构动力源，利用钻井液(泥浆)的能量产生推臂的驱动力。在钻进时会自第一作者简介：吴刚．男，助理工程师．2007年毕业于华中科技大学工程力学专业．获学士学位．主要研动追踪地心引力(自动感应井斜)，自动设定和调究方向为智能钻井具等。·48·江汉石油科技第22卷与此同时液压缸C保持收缩状态不输出推力。纠斜控制，所用元件数量最少，但其纠斜控制会更加复之后实际井眼移动到了希望井眼位置，如图3(d)杂。所示。3结论2．3第三类纠斜策略(

7、1)采用第四种动力提取方式，由液压泵直第三类纠斜策略同压力单双缸异步纠斜，i个接通过中心轴提取动力的方式大大减少电子元件的液压缸公用一个油源，T作压力由一个压力调压阀数量，从而使系统结构简单，可靠性提高。共同调节。液压系统原理图如图4所示。(2)伞状铰接结构安全可靠性强．推臂行程采用两个液压缸异步动作的控制方式，控制过大，对于垂钻工具的小型化有很大优势。程可参见图5。其中实际的井眼用实线圆周表示，(3)j种纠斜策略各有优缺点，第一种利用三个推臂的位置用圆周上的个黑色圆点表示，钻管柱内外泥浆压差纠斜

8、，不需要动力元件，使系统具移动前井眼的位置用虚线圆周表示。首先让推臂大大简化，但是液压元件易损坏；第二种采用不同A对应的液压缸单独伸出，使实际井眼位置移动到压力双缸同步纠斜，纠斜方式直接，控制逻辑简推臂A与推臂B构成的合力方向与希望井眼位置成单，缺点是液压元器件多，小型化困难；第i种采同一直线的地方，如图5(b)，然后推臂B对应的用同压力单双缸异步纠斜．大大减少液压元件，缺液压缸也开始投入工作，推臂A与推臂B同时丁点是纠斜方式复杂，控制逻辑复杂。出于纠斜具作，两者的合力FAB，使实