Φ178旋转导向钻井工具机械结构设计摘要:旋转导向钻井技术是石油工业工程技术领域的关键技术之一，得到了石油钻井工程界的极大关注，发挥着越来越重要的作用，主要应用于水平井、大位移井、超深井、三维多目标井等复杂结构的井作业。
本文综述了旋转导向钻井工具的国内外现状，闸明了在我国发展旋转导向钻井技术的重要性和必要性，介绍了它的工作原理及结构组成，指出了研制该工具的主要技术特点。
调制式旋转导向钻井工具的导向执行机构是靠内外泥浆液压力差驱动的原理来实现的，这是旋转导向钻井工具能否正常工作的关键。
所以，对其液压盘阀分配系统进行分析计算，及其在井下不同工况下所受的力进行分析计算。
分析了旋转导向钻井系统的井下钻井工具系的偏置方式和导向方式，完成了导向执行机构机械部分的设计。
关键词:旋转导向钻井工具；机械结构设计；压力差；Φ178 Rotary Steerable Drilling Tool Mechanical StructureDesignAbstract:In many oil industry engineering filed key technologies,rotary steerable drilling technology is one that has been paid much attention to in recent years and exhibits more and more importance in oil drilling industry, mainly used in horizontal well,extended reach well,ultra-deep well ,3D multi-target well the complex structure of multi-lateral wells in wells operating. This paper reviews the domestic and international drilling tool status, illustrates the development of rotary steerable drilling technology of the importance and necessity to introduce the working principle and its composition, that the development of the main technical features of the tool. Modulated rotary steerable drilling tool driven by the executing agency is the pressure difference between inside and outside the mud fluid-driven principles to achieve, which is whether the drilling tool to work the key. Therefore,its hydraulic disc distribution system analysis and calculation, and its different working conditions in underground analyzing and calculating the force. Analysis of downhole rotary steerable drilling tool drilling system orientation bias way. Complete guide the design of mechanical parts of the implementing agencies.Key words: Rotary steering drilling tool；Mechanical parts design；Pressure difference目录第一章绪论 (1)1.1 本论文研究的目的、价值和意义 (1)1.2 国内外研究状况及趋势 (2)1.2.1 国内旋转导向钻井系统研究与发展现状 (2)1.2.2 国外旋转导向钻井系统研究与发展现状 (3)1.3 毕业设计论文的主要内容 (9)第二章旋转导向钻井装置的方案对比分析 (10)2.1 旋转导向钻井工具的分类 (10)2.2 三种旋转导向钻井系统的结构特征和对比 (10)2.2.1 Auto Trak旋转导向钻井系统 (10)2.2.2 Power Drive旋转导向钻井系统 (11)2.2.3 三种不同旋转导向方式对比 (14)2.3 旋转导向钻井方案的选择 (15)2.4 旋转导向钻井工具工作原理 (15)第三章旋转导向钻井工具机械部分设计 (18)3.1 导向机构的导向原理及组成 (18)3.2 上盘阀高压孔圆弧角的确定 (22)3.3 柱塞的相关计算 (22)3.4 巴掌结构 (23)3.5 盘阀泥浆过流的有效面积计算 (24)3.6 巴掌销钉的强度校核 (26)3.7 挡块上的螺钉强度校核 (26)3.8 盘阀连接螺钉强度校核 (27)3.9 液压盘阀系统的设计 (27)3.9.1 上盘阀的结构设计计算 (27)3.9.2 上盘阀传动轴的校核 (30)3.9.3下盘阀的设计 (31)3.9.4上下盘阀导通时间计算 (32)3.10 盘阀加压弹簧的设计 (34)3.11 工具体的校核 (35)第四章旋转导向钻井工具经济性评价 (38)4.1 旋转导向工具的加工成本 (388)4.2 旋转导向工具的经济效果 (38)第五章结论及展望 (40)5.1 结论 (40)5.2 展望与建议 (40)参考文献 (41)致谢 (43)第一章绪论1.1本论文研究的目的、价值和意义为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井和长距离水平井来实现，进而造成复杂结构的井不断增多，这就要加快旋转导向钻井工具研究的步伐。
20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井的研究。
旋转导向钻井法是在用转盘旋转钻柱钻井时,随钻实时完成导向功能。
其优点是：在输送钻头时的摩阻小，钻速高(是滑动钻井的2-3倍)、钻头进尺多、钻井时效高、建井周期短，井身轨迹平滑易调控。
此外，其极限井深可达15km。
钻井成本低。
因此，旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术发展的必然方向。
到90年代初期，国外旋转导向钻井技术已呈现商业化。
中国古代钻井技术被称为中国古代文明的第五大发明。
开创了世界钻井历史的先河新中国成立后，我国石油工业有了举世瞩目的巨大成就。
我国石油产量现居全世界第5至第8位，我国的钻井规摸已跃居全世界第3位，钻井业已走出国门参与国际竞争。
当前，国际钻井技术发展的总趋势是以信息化、智能化、自动化为特点，向自动化钻井阶段发展自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究，到90年代初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化。
另一方面随着油气田的日益减少，大位移井的相对重要性和技术、经济优势越来越显著，而它所面临的技术难度也是前所未有的。
主要是轨迹控制的精度要求大幅度提高，控制难度明显增加，同时又必须尽量保证有足够的速度以保证钻井成本的相对下降。
要实现这一目标，就要求首先实现井下闭环控制，可以使井眼轨迹控制工作最大限度的避免由人为经验来解决不确定性干扰因获引起的复杂问题，并使井眼轨迹控制类似于导弹飞行控制，保证井眼轨迹控制的精度和准确性得以大幅度提高。
井下闭环钻井技术代表了当今井眼轨迹控制技术的最高水平，经济的、资源的、技术的因素决定了必须研究井下闭环钻井技术。
其正实现井下闭环控制，传统钻井工具已不能满足要求，必须研制更加灵活的、全方位可调的旋转导向井下工具。
其核心是能在旋转状态下按控制指令动作以改变作用在钻头上的合力或改变钻具偏心程度的偏三导向机构。
旋转导向钻井时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、钻井周期短、井身轨进平滑，每米进尺成本低，是现代导向钻井的发展方向。
旋转导向系统是一个集机、电、液于一体的闭环自动控制系统，并以旋转钻井为其技术特征，所以在减少井下摩阻、提高钻深能力和控制精度方面具有独特的优势，所以成为大位移井长稳斜段钻井作业的常用工具，也适合于水平井水平段（特别是薄油水层水平井）的钻进与控制作业。
目前国内也正在研制开发旋转导向系统，从各个油田和区块的应用实例看，旋转导向钻井工具具有在旋转钻进时连续导向的能力，可以提高井眼的清洁度和机械钻速，减少压差卡钻；还具有井眼轨迹自动控制的能力，从而提高井眼轨迹的光滑度，降低扭矩和摩阻，也就相应地增加了水平井的延伸长度。
但该系统对设备要求比较高，要求设备、钻具等能承受高转速、大扭矩、高泵压，在某种程度上加大了对设备、钻具等的损伤，而且该系统造价比较昂贵，一次性投入较大，并不是每个区块和地层都适用这种钻井技术。
1.2国内外研究状况及趋势1.2.1 国内旋转导向钻井系统研究与发展现状20世纪90年代，西安石油大学等国内少数研究机构开始关注旋转导向钻井技术，主要进行情报调研和初步的概念性探索研究。
1991年，西安石油大学张绍槐教授组织力量进行了“井眼轨迹制导技术”的中国石油天然气总公司(CNPC)“九五”立项调研；1994年，西安石油大学张绍槐教授等又开展了井下旋转自动导向钻井系统RCLD(Rotary Close-Loop Drilling System)的研究，并以国家自然科学基金项目为依托研究了井身轨迹控制技术、钻井智能信息与模拟技术以及随钻地震技术(SO)等。
21世纪初国家科技部和中石油、中石化、中海油都纷纷立项研究旋转导向钻井技术，西安石油大学参加了这些研究项目并于2002年初建立了我国第一个多学科的导向钻井研究所。
胜利油田在我国导向钻井技术应用和研究方面也一直处于全国第一的领先地位，曾于1989年在河50井组钻成功一个井场井数最多的丛式井，并且己成功地为20多个油田提供了水平井技术服务，成功钻探的水平井数量占同期全国所钻水平井总数的三分之二；1996年，胜利油田钻井工艺研究院研究了可控变径稳定器；1999年胜利油田开始进行旋转自动导向钻井系统的跟踪调研、论证和初步研究方案设计等工作，同年引进了地层评价随钻测量系统(FEWD)并进入卡塔尔国际市场；2000年进行了旋转导向钻井系统开发可行性研究，2001年“旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究”、“旋转导向钻井技术研究”分别被列为国家“863”前瞻性研究项目及中国石化集团公司科技攻关项目，胜利油田与西安石油学院合作开始共同研制和开发具有自主知识产权的旋转导向系统—调制式旋转导向钻井系统MRSS（Modulated Rotary Steerable System)。