新型指向式旋轉導向鉆井工具導向軸振動特性研究

張光偉，侯朋朋，李軍強，馬建青

(西安石油大學 機械工程學院，陜西 西安 710065)

0 引 言

井下閉環旋轉導向鉆井技術代表了國內外鉆井技術發展的最高水平和發展方向[1-2]，標志著鉆井技術向自動化和智能化方向推進[3]，是解決越來越多現代多分支井、大位移水平井和超難定向井鉆井過程中定向鉆進不穩定和井眼軌跡難控制的核心技術[4-5]。中國石油天然氣集團、中國石油化工集團、中國海洋石油總公司三大石油公司目前正大力開展旋轉導向鉆井技術研究，但旋轉導向鉆井技術在國內的應用尚不成熟[6-7]，主要表現為導向鉆具壽命短、關鍵部件易損壞、井眼軌跡難控制而出現偏差等，其中部分原因是由于旋轉導向鉆具結構復雜、井下作業環境惡劣，導致對旋轉導向鉆具動力學特性的井下試驗、精確分析和定量計算非常困難。導向軸作為指向式旋轉導向鉆井工具的關鍵部件，在定向鉆進過程中起著關鍵作用。

筆者研發了一種新型指向式旋轉導向鉆井工具[8]。該鉆井工具的導向軸通過導向節與旋轉外套連接，導向軸上部連接內外偏心環，并以導向節為支撐點做偏擺運動來實現導向控制，導向軸下部與鉆頭連接傳遞鉆進壓力和轉矩以實現鉆進破巖。由于內外偏心環旋轉運動對導向軸產生的偏置力、地層巖石對導向軸鉆頭端的側向力、以及鉆進壓力和轉矩形成的交變載荷使導向軸易發生振動[9-10]，劇烈的振動不僅會影響旋轉導向鉆具的導向能力、導向穩定性、精確性和可靠性，而且影響井眼軌跡控制、井壁質量、鉆進效率等[11-13]?！?br>