编号:
论文题目:旋转导向PDC钻头切削结构研究初探单位:产品所张建平二○○五年三月二十五日
作者姓名:编写时间:
二00五年一月编制
f旋转导向PDC钻头切削结构研究初探
张建平摘要本文简要介绍了目前世界上比较成功应用的三种典型旋转导向系统——
AutoTrakRCLS、PowerDriver、GoePilot,对其导向原理和工作模式进行了深入分析,并在此基础上得出了在推靠钻头式和指向钻头式这两种导向模式下PDC钻头的受力和运动特点,根据这些特点分析提出了适应于旋转导向系统的PDC钻头应具有的力平衡、浅内锥短轮廓、连续递增后倾角、过载保护齿以及低扭矩保径等结构。特别是在对旋转导向系统两种导向方式(推靠钻头式和指向钻头式)进行充分研究后提出了一种新的保径结构选择性低扭矩侧切保径结构。关键词PDC钻头旋转导向系统
旋转自动导向闭环钻井技术是20世纪90年代发展起来的一项尖端自动化钻井技术,它代表了当今世界上钻井技术的最高水平,这项技术的出现使世界钻井技术发生了一次质的飞跃。采用这种导向系统完全抛开了传统的滑动导向方式,而代以旋转导向钻进方式,可以自动、灵活地调整井斜和方位,大大提高了钻井速度和钻井安全性,轨迹控制精度也非常高,完全适合目前开发特殊油藏的超深井、高难定向井、水平井、大位移井等特殊工艺井导向钻井的需要。但是,目前国内外对旋转导向系统的研究基本上都是专注于该系统本身,而对适用于该系统的PDC钻头切削结构的研究比较少。本文试图在对旋转导向系统的工作原理、运动模式进行研究分析的基础上对适用于这一系统的PDC钻头切削结构进行初步探讨。
1
图11、MWD,2、井下计算机,3、近钻头井斜传感器,4、偏心稳定器,5、PDC钻头,6、压力测量短节,7、LWD,8、储层导向短节
f1、典型旋转导向系统概述目前,国际上已经商业化且比较成熟的旋转导向系统主要有BakerHughesI
teg公司的AutoTrakRCLS系统、Halliburto
下属子公司SperrySu
的GeoPilot系统、Schlumberger公司的PowerDrive系统。国内石油大学、西安石油大学、上海大学等院校也在开展这方面的研究并取得了一定的科研成果。11、AuotTrakRCLS系统BakerHughesI
teg公司对AutoTrakRCLS系统的研究开始于1993年,RCLS是“RotaryClosedLoopDrilli
gSystem”的缩写,意即“旋转闭环钻井系统”。该系统于1996年研制成功并于该年正式推向市场,其总体结构见图1。自下而上,在PDC钻头之上是旋转导向工具的本体(由近钻头井斜传感器、偏心稳定器和相应的r