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1、第33卷第4期钻采工艺Vol.33No.4DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY·5·钻井工艺旋转导向钻井的导向动力系统研究112谢海明,周静,岳远瞩(1西安石油大学电子工程学院井下测控研究所2中石化川西东送建设工程指挥部)谢海明等.旋转导向钻井的导向动力系统研究.钻采工艺,2010,33(4):5-7摘要:旋转导向钻井技术彻底扭转了传统滑动钻井的各种弊端:井眼螺旋、扩径、岩屑堆积、轴向冲击等,同时也将减少卡钻和钻井液漏失等严重事故的发生,提高钻井效率和进尺率,从而提高钻井的经济效益。旋转导向钻井工具的导向力来源目前来说有两种方式:一为利用钻柱内外的压差直接作
2、为导向动力;二为利用钻井液的流动推动涡轮发电,再利用电能产生导向动力,但归根到底,还是利用钻井液的能量。旋转导向钻井技术是目前最先进的钻井技术。其内部的导向动力系统是实现智能钻井的关键所在。将无位置无刷直流电动机应用到井下工具中,到目前为止,在国内还没有相关的报道。文章利用电机和泵构建了旋转导向钻井的导向动力系统,并进行了相关测试,得出了相应的技术指标。关键词:旋转导向钻井;可控偏心器;导向动力系统中图分类号:TE243文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1006-768X.2010.04.002旋转导向钻井技术彻底扭转了传统滑动钻井的接影响了整个钻井工具性能的发
3、挥。钻井工具中的各种弊端从而提高钻井的经济效益。旋转导向钻井器件首先应该满足可靠性好、效率高、体积小、寿命工具的导向力来源,一为利用钻柱内外的压差直接长等几个条件。作为导向动力;二为利用钻井液的流动推动涡轮发1.无刷直流电动机的要求电,再利用电能产生导向动力。归根到底是利用钻根据各种电机的工作特点,发现无刷直流电动井液的能量。钻井液动力直接来自钻柱内外的钻井机在性能、体积和寿命等各方面均满足了井下工作液压差,有结构简单等优点。但是根据“十五”863的需要。如表1所示。样机油田试验的实际情况来看,目前国内靠近钻头的钻柱的内外压差有限,此种动力的旋转导向钻井表1各电机的特点对照表工具
4、的导向力有限,限制了偏心器的性能。而电机项目交流异步有刷直流无刷直流动力经过能量转化以后,导向力与钻井液动力相比机械特性软较硬硬过载能力小大大可以得到大幅度的提升。本文主要阐述了一种应用可控性难易易于旋转导向钻井工具的、基于电机泵的导向动力系平稳性较差较好好统。电磁干扰小严重小维修性易难易一、关键元部件的要求寿命长短长钻井工具在井下的工作环境非常恶劣,始终处体积大较小小在高温、高压和强震动的条件下。这对钻井工具中效率低高高的各器件是一种严格的考验。因此元器件的选择是成本低较高较高钻井工具能否完成井下工作的前提。在本系统中,电动机和泵作为主要的受控元件,其性能的好坏直普通无刷直流电
5、机的霍尔元件不能承受高压的收稿日期:2010-01-13基金项目:“十一五”国家863重点项目“旋转导向钻井系统工程化技术研究”(2007AA090801-01)、国家科技重大专项“多枝导流适度出砂技术”(2008ZX05024-003-05))和国家自然科学基金“旋转导向钻井系统导向稳定性和随钻信息传输速率研究”(50644015)和西安石油大学科技创新基金项目(Z08032)。作者简介:谢海明(1982-),西安石油大学电子工程学院助教,从事旋转导向钻井技术研究。地址:(710065)陕西西安市电子二路东段18号,电话:029-88382636,E-mail:haimingx
6、ie@xsyu.edu.cn钻采工艺2010年7月·6·DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYJuly2010问题现也已经由无位置传感器技术解决,无位置无本系统在静态工作时有较好的动态响应特性,刷直流电动机成为井下电动机在钻井工具中应用的在0.01s的时间内达到稳定。最佳选择。动态的特性方程:2.液压泵的要求P(s)G(s)=使用液压泵作为整个导向动力系统中的直接动U(s)26(1.663s+40949208.8)×10力源,其性能的发挥直接关系到导向动力的发挥。=320.339s+363167.857s+137918872.8s+43256856.318由于
7、体积和性能等条件的限制,目前国内还没本系统在动态时具有很好的稳定性。在系统中有能够满足导向动力系统的液压泵。最终本系统选模拟导向负载(弹簧)的作用下,系统稳定的时间在择进口053220型柱塞泵。20s以内。二、机械系统的构建四、控制平台的构建在旋转导向钻井工具当中,为了实现导向钻井完成导向调节的功能,还需要构建相应的控制中井眼轨迹控制的需要,导向动力系统是必不可少平台。的。其机械系统的构建是完成整个导向动力系统的首先搭建必需的硬件控制平台,其框图如图2基础。如图1所示。所示。导向
