导向钻井工具工作状态监测技术研究
发布时间：2021-10-10 03:14
导向钻井工具是钻特殊结构井的必用工具,其工作状态的好坏直接影响钻井工程是否能正常进行。监测导向钻井工具在井下的工作状态,不仅能为工具提出地面后的故障原因分析提供依据,以改进工具的设计,也可为进一步采取措施,自主排除故障提供技术积累。所以,对导向钻井工具工作状态的监测非常必要。但由于导向钻井工具工作在井下,具有不可直接观测的特点,对其故障分析和自主诊断造成了极大困难。本文针对导向钻井工具的监测问题开展了研究,主要工作内容和研究成果如下:1.结合工程实际,从导向钻井工具的机械结构和控制系统结构分析入手,提出了表征导向钻井工具工作状态的特征参数;基于工具的动力学分析,建立了导向钻井工具常见故障状态的判断准则,包括稳定平台故障、涡轮电机故障、轴承故障、盘阀故障等的判断准则。所提出的这些特征参数和判断准则对于分析井下工具的正常工作状态,判定其故障状态,具有普遍性意义。2.分析了导向钻井工具工作状态的监测需求,提出了监测系统的总体方案,采用存储器阵列方法有效扩大了存储空间;研究了数据的优化存储问题,提出了变采样周期的优化存储策略,以实现在有限的存储器中尽可能长时间地记录工具工作状态数据。3.设计了...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PowerDriveOrbit推靠式旋转导向系统结构图
提升到PowerDriveX5、PowerDriveX6，再到最新推出的PowerDriveOrbit。图1-2PowerDriveOrbit推靠式旋转导向系统结构图由图1-2可知，整个PowerDriveOrbit系统可以分为四个部分，从左往右依次是：系统的电子控制短节、加长短节、推力板短节、钻头部分。其中，电子控制短节是导向钻井工具的控制部分，该短节内部装有发电机、陀螺仪、加速度计、磁通门、温度传感器等装置，它可独立于外部的钻铤运动，并且可同步旋转或静止不动。②PowerDriveXceed指向式旋转导向系统指向式旋转导向系统PowerDriveXceed的结构图如下1-3所示。图1-3PowerDriveXceed的结构图PowerDriveXceed系统，主要包括发电部分（由涡轮电机组成）、电子元器件部分及导向控制部分。通过内部的伺服电机对钻头的轴工具面进行持续控制，从而实现指向式导向功能[5]。③PowerDriveArcher的混合式旋转导向系统PowerDriveArcher系统是一款能够出色的完成高造斜率任务的混合式旋转导向系统。PowerDriveArcher系统最大的特点就是具有极佳的造斜率，该系统的最大造斜率可达15°~17°/30m[6]。混合式主要体现在该系统将“推靠式”和“指向式”两种系统结构的优点结合在一
西安石油大学硕士学位论文4起。该系统可通过另外两种方式进行指令的发送：改变排量、顶驱转速。其工作的原理图如图1-4所示。图1-4PowerDriveArcher工作原理图④PowerDriveVorteX的附加动力旋转导向系统PowerDriveVorteX系统是一款将旋转导向系统、大功率螺杆钻具以及通讯短节CLINK综合起来的一个复合体[7]。目前，斯伦贝谢公司的PowerDriveVorteX系列系统主要包括：VortexPV、VorteXOrbit、VorteXXceed和VorteXArcher[8]。（2）哈里伯顿公司（HalliburtonInc）的GeoPilotSystem技术GeoPilotSystem旋转导向钻井系统的优点：能够连续、实时的提供钻头导向信息、地层评价等井下作业的信息，并且能够精确的定位出井筒的位置，可在进行钻垂直井作业、水平井作业或者造斜作业时，用简单设备即可进行导向。还可以利用钻井液脉冲将地面的下发指令传送到井下，实现对工具造斜和方向的调节。而且井下的信息也可通过随钻测井LWD（LoggingWhileDrilling）探测器来实现与地面的实时通讯[9]。GeoPilotSystem中的Geo-PilotXL和Geo-PilotGXT这两个系统可以实时调整倾斜角度，不仅可以适应井下高温高压的工作环境以及多变的地层情况，而且可以通过工具坚固程度的加强，使井下钻井工具和随钻测井的寿命得到提升。减小套管磨损，提高机械钻速[10]。（3）贝克休斯公司（BakerHughesInc）的AutoTrak系统和MultiNode系统①AutoTrak系统AutoTrak系统是贝克休斯公司（BakerHughesInc）将钻进和随钻测量（MWDMeasureWhileDrilling）相结合，使其融为一体组成的随钻测井系统[11]。该系统提供了多种可供选择钻进模式，并且，该系统拥有多项先进的钻井技术，比如：三参数全系列随钻测井仪器、实时成像技术、近钻头测量技术、上下传输闭环通讯系统以及大功率井
本文编号：3427533
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PowerDriveOrbit推靠式旋转导向系统结构图
提升到PowerDriveX5、PowerDriveX6，再到最新推出的PowerDriveOrbit。图1-2PowerDriveOrbit推靠式旋转导向系统结构图由图1-2可知，整个PowerDriveOrbit系统可以分为四个部分，从左往右依次是：系统的电子控制短节、加长短节、推力板短节、钻头部分。其中，电子控制短节是导向钻井工具的控制部分，该短节内部装有发电机、陀螺仪、加速度计、磁通门、温度传感器等装置，它可独立于外部的钻铤运动，并且可同步旋转或静止不动。②PowerDriveXceed指向式旋转导向系统指向式旋转导向系统PowerDriveXceed的结构图如下1-3所示。图1-3PowerDriveXceed的结构图PowerDriveXceed系统，主要包括发电部分（由涡轮电机组成）、电子元器件部分及导向控制部分。通过内部的伺服电机对钻头的轴工具面进行持续控制，从而实现指向式导向功能[5]。③PowerDriveArcher的混合式旋转导向系统PowerDriveArcher系统是一款能够出色的完成高造斜率任务的混合式旋转导向系统。PowerDriveArcher系统最大的特点就是具有极佳的造斜率，该系统的最大造斜率可达15°~17°/30m[6]。混合式主要体现在该系统将“推靠式”和“指向式”两种系统结构的优点结合在一
西安石油大学硕士学位论文4起。该系统可通过另外两种方式进行指令的发送：改变排量、顶驱转速。其工作的原理图如图1-4所示。图1-4PowerDriveArcher工作原理图④PowerDriveVorteX的附加动力旋转导向系统PowerDriveVorteX系统是一款将旋转导向系统、大功率螺杆钻具以及通讯短节CLINK综合起来的一个复合体[7]。目前，斯伦贝谢公司的PowerDriveVorteX系列系统主要包括：VortexPV、VorteXOrbit、VorteXXceed和VorteXArcher[8]。（2）哈里伯顿公司（HalliburtonInc）的GeoPilotSystem技术GeoPilotSystem旋转导向钻井系统的优点：能够连续、实时的提供钻头导向信息、地层评价等井下作业的信息，并且能够精确的定位出井筒的位置，可在进行钻垂直井作业、水平井作业或者造斜作业时，用简单设备即可进行导向。还可以利用钻井液脉冲将地面的下发指令传送到井下，实现对工具造斜和方向的调节。而且井下的信息也可通过随钻测井LWD（LoggingWhileDrilling）探测器来实现与地面的实时通讯[9]。GeoPilotSystem中的Geo-PilotXL和Geo-PilotGXT这两个系统可以实时调整倾斜角度，不仅可以适应井下高温高压的工作环境以及多变的地层情况，而且可以通过工具坚固程度的加强，使井下钻井工具和随钻测井的寿命得到提升。减小套管磨损，提高机械钻速[10]。（3）贝克休斯公司（BakerHughesInc）的AutoTrak系统和MultiNode系统①AutoTrak系统AutoTrak系统是贝克休斯公司（BakerHughesInc）将钻进和随钻测量（MWDMeasureWhileDrilling）相结合，使其融为一体组成的随钻测井系统[11]。该系统提供了多种可供选择钻进模式，并且，该系统拥有多项先进的钻井技术，比如：三参数全系列随钻测井仪器、实时成像技术、近钻头测量技术、上下传输闭环通讯系统以及大功率井
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