摘要：目前井下工具面角测量普遍存在解算误差大的问题,基于测量仪器输出信号与姿态参数间的三角函数关系,研究并设计一种除法电路,从而实现工具面角的模拟解耦与计算。利用离散方法对电路进行45°定井斜和0至90°范围内变井斜测试;并针对输出角度在85°至90°范围内解算误差大的现象,采用不同井斜角进行了连续测量。得出测试电路的解算误差较小,最小误差仅为0.098°,且最大误差保持在0.5°以内。

摘要：为了开发高性能的旋转导向钻井工具系统,进行了动态指向式旋转导向钻井工具测控系统设计与性能分析。在自行设计的动态指向式旋转导向钻井工具原理样机的基础上,设计了测控系统,分析了其关键技术;通过模拟实际钻井工况,测试分析了测控方案的可行性,检验了测量信号处理与控制算法的有效性。测试结果表明,应用互补滤波算法,能够将工具面角动态测量波动降低84%;采用永磁同步电机电流环、电机转速环、稳定平台对地转速环和稳定平台位置环的四环控制系统,除满足导向钻井的性能指标外,在粘滑度为200%工况下,还可以将系统工具面角波动控制在±5°范围内。研究结果表明,互补滤波算法能够有效提高工具面角的动态测量精度,四环控制系统能够实现工具面角的快速稳定控制,测控性能指标能够满足钻井工程技术要求。

摘要：随着鱼骨状分支井的应用越来越广泛,对鱼骨状分支井的设计提出了更高的要求。在鱼骨状水平分支井的设计中,分支初始段的形态关系到管柱重入问题、岩屑的堆积问题以及分支井眼与主井眼连接处井眼的稳定性问题,因此,分支初始段设计的合理与否在鱼骨状水平分支井的设计中显得尤为重要。对影响鱼骨状水平分支井分支初始段设计的因素进行了分析,通过对分支初始段长度、配合不同工具面角、造斜率关系进行研究,对分支初始段进行了优化设计,给出了符合实际设计要求的分支初始段长度和所需工具面角的取值范围,以上研究对鱼骨状水平分支井的设计有一定的参考价值。

摘要：连续管钻井定向器是连续管钻井必不可少的一种工具,但现有液压棘轮式定向器存在单次转向角度大,转向精度低且单次转向角度不可调等缺陷。为此,设计了连续管钻井液压定向器。该定向器通过控制地面泵的排量和压力来完成转位和复位动作,实现对井下工具面角的调整;同时可以在入井前改变转角控制机构的长度,来控制单次转位角度。对该定向器的工作排量及输出扭矩进行了计算,确定其工作参数为:转角可调范围5°~30°,工作排量8.02~12.74 L/s,最大扭矩89.46~125.37 N·m。通过对关键部件进行强度校核,验证了工具结构设计的合理性。地面测试结果表明,该液压定向器能够根据排量的变化来控制转位动作,从而达到调整工具面角的目的。

摘要：丛式井钻进时直井段不能完全打直,造成造斜点处井斜方位角偏离较远。如果在造斜点处直接朝着目标方位定向造斜,受井眼惯性的影响,井底不能及时靠近设计线,从而使丛式井防碰问题更加严重。为此,从整个平台的安全角度出发,结合"三维绕障"方向计算模型,确定了初始定向工具面的安全范围,同时结合BZ34-4WP平台讨论了定向工具面不在确定的范围内时对井眼轨迹控制的影响。分析结果表明,考虑平台槽口整体安全情况和直井段轨迹数据以及目标井斜方位后,确定出初始定向工具面角的安全范围更为科学。

摘要：针对近水平定向钻孔实钻轨迹跟踪设计轨迹,较为依赖工人操控经验的问题,通过研究单弯螺杆钻具的钻进过程,搭建类似圆锥底面边缘的钻孔轨迹预测模型,分析钻杆受到重力影响,引入挠度计算,提出一种钻孔轨迹预测算法。用预测轨迹代替实钻轨迹,以设计坐标与预测坐标距离为目标函数,通过对目标函数求导推得最佳工具面角的计算公式。通过MATLAB软件仿真验证该算法满足实际施工要求,具有应用价值,并使用LabVIEW软件依据上述算法搭建上位机系统,指导实际钻进过程中工具面角的调整。

摘要：针对连续管钻井过程中工具面难以及时摆正的问题，研究了连续管钻井电液定向装置工具面调整方法。在设计连续管钻井电液定向装置结构的基础上，应用空间圆弧轨迹矢量描述方法，按照工具面调整方式及该电液定向装置的结构特点，提出了适合该装置调整工具面的方法，并建立了滑动螺母运动位移与工具面调整角度的函数模型。研究发现，控制滑动螺母在一个行程（0-110mm）内往复轴向移动，可带动定向装置中的螺旋芯轴双向旋转工具面；工具面角在0°～360°范围内变化时，滑动螺母运动位移与工具面角调整量呈“折线”关系，且在每条“折线”的两斜直线段上，滑动螺母运动位移随工具面角调整量均呈线性增加关系。研究结果表明，该新型连续管钻井电液定向装置的工具面调整方法切实可行，有助于提高连续管钻井效率，有利于推动国内连续管钻井技术的研究与应用。

摘要：在用螺杆钻具进行定向钻井时,由于井眼摩阻大,常导致工具面调整困难和滑动钻进托压。针对该问题,研究了有效结合了顶驱可编程控制器和传感器的滑动钻进控制新方法。首先,分析研究了钻具滑动前后摩擦力的变化规律和控制扭矩旋转钻具减小井眼摩阻的方法。然后,通过5个传感器的实时数据采集,依据现场技术人员的经验和操作方法,将其转换为计算机可以执行的控制程序,建立了以可编程控制器为核心的人机控制界面,用可编程控制器计算了调整工具面所需的旋转角度,并将工具面准确调整到设计的角度;根据大钩悬重和压差Δp判断是否出现托压,出现托压时用可编程控制器计算不改变工具面的旋转扭矩,以计算的扭矩为限值左右旋转钻具减小井眼摩阻,直到压差Δp>0,解决滑动托压。相关应用表明,新方法能大幅减小井眼摩阻,提高机械钻速,是目前螺杆钻具滑动钻进中最有效的控制方法。

摘要：为了更好满足各类井眼导向运动轨迹的控制需求,结合井眼导向运动轨迹钻具的控制特点,建立了井眼导向运动轨迹的定向造斜方程,并通过计算井眼导向钻具的造斜率、工具面角、定向方位角分布曲线,建立井眼导向运动轨迹的控制方法。通过算例证明,井眼钻具的导向和井眼导向运动轨迹的主法线方向一致,并且定向方位角与工具面角存在互补关系。该研究结果可以反映井眼导向钻具和井眼导向运动轨迹间的作用机制,可为石油钻井过程中的井眼导向运动轨迹的设计施工提供良好的控制决策。

摘要：自动垂直钻井工具是集机、电、液一体化的自主纠斜和稳斜的钻井系统。为了保证涡轮发电机工作的可靠性,在介绍自动垂直钻井工具系统组成的基础上,提出了涡轮发电机的技术要求,并设计了涡轮发电机性能试验系统,对涡轮发电机进行了性能试验、清水循环试验及泵排量适应范围试验。试验结果表明,涡轮发电机的性能满足设计要求,能作为自动垂直钻井工具的供电电源和扭矩发生器,为工具控制单元的电气元件供电,并实现对工具稳定平台的控制。建议涡轮发电机的动密封选用更耐磨的密封件,使涡轮发电机的整体性能满足设计及使用要求。所得结论对自动垂直钻井工具的研制具有参考作用。