大位移水平井段旋转稳斜钻井系统的研究

发布时间：2017-05-03 00:09

  本文关键词：大位移水平井段旋转稳斜钻井系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大位移水平井段能使井筒与更多的油藏储层进行接触,改善油藏储层的流动状况并获得较大的排泄区域,从而提高油气单井的综合采收率。国内通常采用滑动式复合钻井技术完成该井段的钻井作业,在钻进过程中井眼对钻柱的摩阻较大,限制了水平井段的延伸长度。因此必须研究一种适合于大位移水平井段的全旋转钻进的稳斜钻井系统。本文以现有的调制式旋转导向钻井工具(MRST)为基础,针对于大位移水平井段钻井的特殊工况,定性、定量的研究一种适用于大位移水平井段的旋转稳斜钻井系统。该系统设计三个泥浆液流分配盘阀,将控制功能细化,利用三维建模软件SolidWorks完成三盘阀的设计。利用MATLAB分析三盘阀开孔角度大小与旋转稳斜工具执行机构作用力的关系,进一步优化设计三盘阀结构。设计步进电机驱动控制上盘阀,控制旋转稳斜工具在水平段进行井斜、方位调整。对不同的步进电机运行曲线进行分析比较,利用Simulink进行仿真模拟,分析并确定最适合该控制方法的运行曲线。设计偏心重力式自然稳定平台控制中盘阀,提供给控制系统以定位力矩,将旋转稳斜工具的测量、存储、控制、传输功能及硬件集成于该稳定平台。通过力学分析建立力学模型,用Simulink分析偏心重力式自然稳定平台在不同工作状态下的受载情况,并运用正交试验完成了稳定平台的优化。整体钻井系统内部结构更加简洁,不仅能够在大位移水平井水平段钻井过程中实现稳斜钻进,而且在必要时也可以实现井斜与方位的调整。本论文对大位移水平井段旋转稳斜钻进系统的进一步研究具有指导性意义。
【关键词】：大位移水平井段 旋转导向钻井 旋转稳斜钻井系统 调制式旋转导向钻井工具 优化设计 正交试验
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE92
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 学术背景及选题依据8
• 1.2 国内外发展现状8-13
• 1.2.1 导向钻井工具的发展历程8-10
• 1.2.2 国外发展现状10-12
• 1.2.3 国内发展现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 1.4 创新点14
• 1.5 题目来源14-15
• 第二章 旋转稳斜钻井系统方案设计15-22
• 2.1 大位移水平井的概念15-16
• 2.2 旋转导向钻井方案与系统分类16-18
• 2.2.1 导向钻井方案的分类16
• 2.2.2 旋转导向钻井系统的分类16-18
• 2.3 旋转稳斜钻井系统方案设计18-21
• 2.3.1 旋转稳斜钻井系统结构设计18-20
• 2.3.2 旋转稳斜钻井系统工作原理20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 液流分配单元设计与优化22-32
• 3.1 液流分配单元作用原理22-23
• 3.2 三盘阀开孔角设计与优化23-24
• 3.2.1 三盘阀开孔角设计23
• 3.2.2 三盘阀开孔角优化23-24
• 3.3 侧向推靠力分析与优化24-30
• 3.3.1 下盘阀低压孔数为3时25-26
• 3.3.2 下盘阀低压孔数为4时26-28
• 3.3.3 下盘阀低压孔数为5时28-29
• 3.3.4 下盘阀低压孔数为8时29-30
• 3.4 本章小结30-32
• 第四章 旋转稳斜钻井工具稳定平台设计与分析32-43
• 4.1 稳定平台静力学模型32-33
• 4.2 稳定平台所受力矩的分析33-37
• 4.2.1 轴承回转时的摩擦力矩M轴承33-34
• 4.2.2 盘阀系统传递给稳定平台的阻转力矩M盘阀34-35
• 4.2.3 重力块的稳定力矩M重力块35-37
• 4.3 重力块的设计与分析37-39
• 4.4 重力块设计参数优化分析39-41
• 4.5 中盘阀偏转角度研究41-42
• 4.6 稳定平台的有限元分析42
• 4.7 本章小结42-43
• 第五章 步进电机控制系统43-53
• 5.1 步进电机控制系统组成43-44
• 5.1.1 步进电机特点43-44
• 5.1.2 控制系统选择44
• 5.2 步进电动机的选型与装配方案44-45
• 5.2.1 步进电机选型44-45
• 5.2.2 结构装配方案45
• 5.3 步进电机的矩频特性曲线拟合45-47
• 5.4 步进电机运行曲线设计与分析47-52
• 5.4.1 梯形运行曲线47-48
• 5.4.2 抛物线型运行曲线48-49
• 5.4.3 指数型运行曲线49-50
• 5.4.4 运行曲线对比与分析50-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第六章 稳定系统动力学分析与仿真53-65
• 6.1 工具各系统动力学分析53-54
• 6.2 稳定系统动力学方程分析54-55
• 6.3 稳定系统动力学仿真55-59
• 6.3.1 动力学模型构建55-56
• 6.3.2 动力学模型参数讨论56-59
• 6.4 正交试验与参数的优化设计59-64
• 6.4.1 正交试验设计59
• 6.4.2 正交表的选择59-60
• 6.4.3 正交试验结果60-62
• 6.4.4 试验结果分析与优化62-64
• 6.5 本章小结64-65
• 第七章 结论与展望65-68
• 7.1 结论65-66
• 7.2 展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71-72

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本文编号：341972