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自动垂直钻井系统惯性捷联平台

名称:自动垂直钻井系统惯性捷联平台

 2006年普利门公司会同胜利钻井院承揽了中石化国家863项目——自动垂直钻井系统的研发,并已按计划完成自动垂直钻井系统中的单轴稳定平台的研发。2010年,6套样机分别在四川普光油田、新疆吐哈油田、胜利油田、陕北等地进行了多次下井试验,累计超过600个小时,平台测量数据和输出性能均达到设计要求,验证了系统的可靠性,项目取得重大技术突破;在国家科技部和中石化国家863项目评审中,获得填补国家空白的高度评价。该项目完成后会有效的解决在高陡构造、大倾角地区打井过程中出现的井斜控制问题,有效的提高钻进速度、降低钻井成本。同时,为RGT旋转导向自动钻井系统项目的开发打好基础。

 l 主要技术路线 

(1)经过专家论证,确定系统方案;

(2)初步确定主要的技术参数和基本结构形式;

(3)进行结构优化和强度校核,研制工作稳定、适应性较好的系统结构;

(4)建立捷联式测控短节数学模型及旋转基座的伺服控制技术数学型;

(5)进行测控短节设计及标定,井下发电机及无刷力矩电机的研制以及旋转变压器的研制;

(6)通过室内实验和数值模拟的方法确定捷联式稳定平台的稳定能力;

(7)盘阀材料及活塞密封的优选设计以及整个防斜执行机构的研制;

(8)分别对各个分系统进行室内试验;

(9)研制可靠性分析等;

(10)开展加装自动导向钻井系统后开发配套的工艺技术;

(11)携带LWD系统的设计研究工作;

(12)下传命令传输系统的设计研究工作;

 

技术指标(Specifications)

井斜控制精度(Inclination  control accuracy):<1.5°

转速范围(Speed Range):60~200r/min 

连续工作时间(Service life):>80h

最大工作温度(Max Temp):150℃

最大耐压(Max  pressure):120MPa 

方位角误差(Azimuth error ):±0.3°

井斜角误差(Inclination error ):±0.1°

工具面角误差(Tool face error ):±0.2 °

 

l 取得成果

 

2010年,公司生产的6套样机分别在四川普光油田、新疆吐哈油田、胜利油田、陕北等8次上井试验,累计工作时间达到600小时,平均无故障工作时间超过70小时;累计进尺已达到3000米;能够使井斜始终保持在1.5度之内。

   关键技术

                                  ü 捷联式测控短节的设计

通过加速度表、磁通门、角速率陀螺等传感器采集计算出钻铤在井下的各种信息,解算当前钻铤的偏心轴工具面以及相对的转速;然后通过伺服电机控制系统按照先进的控制方法对钻具进行调整,保证钻铤稳定的运行在设定的偏心轴工具面角和转动速度。

ü 垂直系统井下发电机技术

以排量35L/s为例,

发电机空载转速为3460rpm;

输出500W时,发电机转速为3300rpm;

输出800W时,发电机转速为3200rpm;

输出1000W时,发电机转速为3160rpm;

最大功率为1800W转速为2730rpm。

   

ü 垂直系统井下闭环控制技术

旋转变压器在垂钻系统中作永磁电动机的角度传感器,对永磁电动机的转子位置进行检测,完成对永磁电动机的换相控制和垂钻系统的盘阀角度控制 

 


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