高造斜井眼控制工具主轴力学分析与试验研究.pdf

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1、石油机械·——34．——CHINAPETROLEUMMACHINERY2014年第42卷第l0期钻井技术与装备高造斜井眼控制工具主轴力学分析与试验研究冯定肖苏宸，夏成宇'钱利勤，魏世忠涂忆柳王旭东(1．长江大学非常规油气湖北省协同创新中心2．长江大学机械工程学院3．中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院)摘要：综合考虑了高造斜井眼控制工具外壳和主轴的相互作用，推导出钻头偏转角和主轴变形轨迹与外壳刚度、主轴刚度及工具的结构参数相关的计算公式，建立了主轴在静态条件下的力学模型。通过模型计算得出钻头偏转角0：=0．6535。。利用高造斜井眼控制工具的试验台架进行试验验证，试验测得钻

2、头偏转角0=0．6389。。试验测得的数据与理论推导的数据非常接近，由此验证了所建力学模型的合理性。关键词：高造斜；井眼控制工具；外壳刚度；偏置机构；主轴变形；偏转角中图分类号：TE921文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．10．009MechanicalAnalysisandExperimentalResearchontheSpindleoftheHighBuild-upRateWellboreTrajectoryControlToolFengDing'XiaoSuchen’XiaChengyu’QianLiqin’WeiShiz

3、hongTuYiliuWangXudong(】．HubeiCooperativeInnovationCenter0厂UnconventionalOilandGas，YangtzeUniversity；2．SchoolofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity；3．DrillingEngineeringResearchInstitute，SouthwestPetroleumBureauofSinopec)Abstract：Consideringtheinteractionofthehousingandspindleofthehighbuil

4、d—upratewelltrajectorycon—troltool，thecomputationalformulaofthedrillbitdeflectionangleandthedeformationpathofthespindlerelatedtothehousingstiffness，spindlestiffnessandstructuralparametersarederived．Themechanicalmodelofspindleunderstaticstateisestablished．Basedonthemode1．theeffeetsofhousingst

5、iffness．spindlestiffnessandstructuralpa—rametersonthedrillbitdeflectionangleandthedeformationpathofthespindleareobtained．Testingofthehighbuildupratewelltrajectorycontroltoolhasbeenconductedontheexperimentalbench，thetestdatacoincidewellwiththetheoreticalcomputationalresuhs，thusvalidatingthera

6、tionalityofthemechanicalmode1．Keywords：highbuild—uprate；wellboretrajectorycontroltool；housingstiffness；offsetmechanism；spin—diedeformation；deflectionangle井眼、可以使用较大的钻压、机械钻速较高、有助0引言于发挥钻头的性能、钻头及其轴承承受的侧向载荷较小等特点，所以它比推靠式系统更具优势。目从20世纪80年代末期，国外就开始了旋转导前该项技术只被国外Halliburton等油田技术服务公向钻井系统的理论研究。导向钻井技术先后经历

7、了司掌握。在国内，由长江大学和中海石油研究中滑动导向钻井、地面控制导向钻井和旋转自动导向心共同研发的高造斜率井眼轨迹控制工具原理样机钻井3个发展阶段。从近几年的应用情况来看，(指向式)井下驱动动力源为钻杆，其减速装置为虽然推靠式系统商业化应用更早，但由于指向式旋环形结构。它主要由旋转主轴、不旋转外套、偏心转导向系统具有摩阻和扭矩较小、能钻出较平滑的环偏置机构、悬臂轴承、电磁离合器、动密封以及基金项目：国家自然科学基金项目“高造斜率井眼轨迹控制工具主轴井下力学行为研究”(51275057)；高