多级杠杆放大纠偏力式垂直钻进系统.pdf

摘 要 由于地质因素、工艺因素和钻具因素等会无法避免造成井斜问题，这将于后 续钻完井以及抽采油等工作造成一系列的不利影响，尤其在 6000m 以深的深部 钻探中，如何有效地控制住井斜问题，控制井眼铅直始终是如今钻探工程的最为 紧迫的技术难题。传统沿用的钟摆钻具等纠偏防斜技术早己不能达到现代钻井的 需求，因此，性能可靠的纯机械式垂直钻进系统的设计研究与开发，对于深孔超 深孔等地热条件下钻井具有很实际的意义。。本论文在总结前人的研究基础之上， 为了克服现有垂直钻进系统所存在的诸如钻探费用高、钻具失去稳定、刺断钻具、 密封、耐高温等问题，精心设计研究了一套多级杠杆放大纠偏力式垂钻系统，特 点是结构相对简单、经济和适用深井和地热钻井，工作效率高并且不需要电子系 统，仅仅依靠偏心垂块随着钻孔倾斜而自行调节，并利用了连续的多个杠杆，将 钻杆处的重力连续扩大转化为钻头出的纠斜力，进而实现对钻孔轨迹在铅锤方向 自动纠偏的纯机械式的自动垂直钻进系统。 本系统由非旋转外筒、滑动轴承、万向节、心轴、上下密封环以及球轴承等 部件组成。发生井斜时，偏心重块在重力作用下自动转到井眼低边，心轴通过球 轴承以杠杆的方式传递纠斜力，最终传递到钻头上。而力的来源来自于钻杆的重 力。主要研究内容与结论如下： （1）系统研究国内外的研究现状，分析当前垂钻系统的各种导向方式和原 理，综合分析各种导向系统的优缺点。提出一种多级杠杆放大纠偏力的新思想； （2 ）经过理论分析和计算，证明利用连续杠杆放大纠偏力设计垂直钻进系 统的原理是具有可行性的，并利用 solidworks 软件对各部分零部件进行了设计、 组装成型，最终完成了“多级杠杆放大纠偏力式垂直钻进系统”的设计； （3 ）该系统相对于其他钻进系统来说，不存在任何电子零部件，不存在油 压控制件，可用于高温条件下钻井和深钻条件下钻井，应用范围宽范； （4 ）该系统主要为一些简单的机械零部件，因此不仅加工制造成本低，而 且井下故障率低，使用维护方便，适用于在井下长时间地工作，可提升有效钻进 时间，降低钻井成本，使得该系统在实际工作中具有很大的优势。 关键字：垂直钻进，万向节，连续杠杆，偏重块 Abstract Due to geological factors, technological factors and drilling tool factors, it is impossible to avoid the problem of well deviation, which will cause a series of adverse effects on subsequent drilling, completion and oil extraction. Especially in the deep drilling with a depth of 6000 m, how to effectively control the well deviation and control the hole straightness has always been the most urgent technical problem in the drilling engineering. The traditional pendulum drilling tools and other deviation correction and anti deviation technologies can not meet the needs of modern drilling for a long time. Therefore, the design, research and development of a pure mechanical vertical drilling system with reliable performance is of great practical significance for drilling under geothermal conditions such as deep hole and ultra deep hole.