旋转导向钻井控制理论研究及工具结构优化设计.pdf

西安石油大学
硕士学位论文
旋转导向钻井控制理论研究及工具结构优化设计
姓名:李继博
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:彭勇
20070515
摘要旋转导向钻井控制理论研究及工具结构优化设计随着油气田勘探开发的不断深入和发展,勘探开发向复杂地区、面向深层和低压低渗储层的发展,对钻水平井、大位移井等的井眼轨迹控制提出了更高的要求,解决的趋的核心是旋转导向钻井工具。这种工具使闭环系统在各种环境下自行导向、自行优化,本论文以调制式旋转导向钻井工具为研究对象,主要开展以下方面的研究:制模型,利用仿真软件对以上模型进行仿真分析。治龅枷蜃昃ぞ咧葱谢沟牟向力规律,进而推导出上盘阀高压孔圆心角、侧向力和工具推靠力的关系式。然后进一步推导出盘阀泥浆通道的数量对导向力的影响,结合实际工况、材料力学特性对结果进理论依据。关键词:旋转导向钻井工具;控制理论;计算机仿真;结构优化;有限元;论文类型:应用研究论文题目:专业:硕士生:指导教师:机械电子工程李继博┟彭勇┟势是使用闭环钻井技术。闭环钻井技术是提高钻井效率、降低钻井成本、增强钻井能力的关键。旋转导向钻井技术就是基于以上实际情况发展起来的一门闭环钻井新技术,它确保以最高的效率、最优的质量完成设计井眼轨迹或实时设计井眼轨迹。于选择好的控制方法,根据物理、力学规律对整个控制系统进行简化,并建立系统的控行分析。诘髦剖叫5枷蜃昃ぞ咧形榷ㄆ教ǹ刂浦岬慕峁乖恚⒖刂浦的力学模型,通过有限元软件对该模型进行刚度分析,为工具的实际应用工况选择提供在研究过程中,本文注重理论与实践的结合,理论分析的部分内容已经通过实验室和现场试验的验证。中文摘要
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日期:独≥:论文作者签名:查缝氇论文作者签名:壅纽氆学位论文使用授权的说明学位论文创新性声明日期:兰螅郝日期:盟。本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果:也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为西安石油大学。导师签名:注:如本论文涉密,请在使用授权的说明中指出饷苣晗薜。
第一章绪论研究背景石油工业的根本目的是在提高生产效率的基础上尽量降低生产成本,在钻井工程中的具体反映则是如何更快、更好、更高质量和更经济地完成钻井任务。这一奋斗目标促使了各种新工艺、新工具、新技术的出现,新颖优质的晖罚胖恃缆肿晖罚ゲ驱动钻机,各种新型井下动力工具,优良的钻井液体系和配方等,都为钻井速度的提高提供了坚强的后盾,优化钻井等新技术则为降低钻井成本创造了条件。特别是进入新世纪后,一方面由于国际上对钻井成功率提高的要求,环境保护对钻井的要求和限制也越来越高,随着油气田勘探开发的不断深入和发展,勘探开发更进一步向复杂地区、面向深层和低压低渗储层的发展;另一方面钻井工艺技术对提高效率、降低成本、提高在恶劣环境和复杂的地质条件下钻井的能力等的要求进一步迫切。等等因素决定了二十一世纪世界钻井发展的趋势是向自动化、智能化、信息化钻井方向发展。旋转导向钻井技术是二十世纪末期发展起来的一项尖端自动化钻井技术,它是将钻井、电测、信息采集、传输、控制技术紧密结合,将地面人工控制发展为地下全自动闭环控制,将地面为主的间断信息采集发展为地下直接连续的信息采集的一项新技术。因此,在国内外得到了很大的重视和发展,并且在国外已经有该类产品投入了商业化,而在国内只应用了初级导向钻井技术,对井下全自动闭环控制的旋转导向钻井技术尚未应用。就国内各钻井公司而言,无论是在东部、西部还是南方、海外都面临着许多的技术难题,东部深部地层面临着压力层系多、井下高温、地质结构复杂等难题;在西部和南海等地区,面临着超深井、地层压力复杂多变、地质构造斜度大等难题;海外面僮诺质资料不全,超长段盐层勘探困难等难题。因此同样需要发展一种能够进行地面控制又能进行井下全自动闭环控制的钻井新技术。现代导向钻井技术是人类继实现空间和水域制导技术自动化之后的又一个重要里程碑。为了实现井下控制与地面遥控相结合的闭环自动化钻井,需要研究与开发具有自主知识产权的随钻信息闭环集成系统及随钻