智能鉆井工具導向執行機構注油檢測臺研制

白大鵬，李紹輝，魏臣興，馬　哲，楊　春

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司 工程技術研究院，天津 300457)①

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智能鉆井工具導向執行機構注油檢測臺研制

白大鵬，李紹輝，魏臣興，馬哲，楊春

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司 工程技術研究院，天津 300457)①

為提高智能鉆井工具工作性能及技術服務質量、縮短維修和測試時間，研制了一種對工具導向執行機構進行注油檢測的裝置。在分析智能鉆井工具導向執行機構工作原理的基礎上，設計了注油檢測臺。針對不同系列的工具，可完全模擬導向執行機構的工作過程。通過注油油路和回油油路上設置的注油嘴和回油嘴與導向執行機構連接，對其進行注油檢測。用注油檢測臺對導向執行機構進行注油檢測，結果表明，該注油檢測臺能夠在導向執行機構液壓部件裝入工具前，對各部件的性能進行檢測；液壓部件裝入工具后，對工具的導向執行機構進行注油、排氣，確保導向執行機構產生穩定的液壓推力，提高工具的穩定性。

智能鉆井；導向機構；檢測裝置

導向執行機構作為智能鉆井工具的重要組成部分，以液壓油作為傳動介質，驅動液壓部件產生導向推力，將導向機構緊密推靠到井壁上，糾正軌跡偏差[1-4]。由于液壓系統部件較多，油路連接復雜，部件安裝前缺乏有效的性能檢測措施，導致故障排查困難，影響工具維修周期。在工具注油過程中，液壓油中夾雜的氣泡會導致系統壓力不穩、導向執行機構失效，嚴重時會出現氣蝕現象，產生振動和沖擊，減損工具壽命[5-8]。

目前，尚未發現用來模擬智能鉆井工具導向執行機構工作過程對其液壓部件進行注油檢測的裝置。因此，研制了該注油檢測臺。注油檢測臺可以在工具導向執行機構液壓部件裝配前，對各液壓部件進行檢測，明確其工作性能，以此來決定是否需要對其進行更換或維修；裝配后對其進行注油、排氣，確保導向執行機構正常工作，提高工具的整體工作性能和技術服務質量，延長工具的工作時間。

1　技術分析

1.1導向執行機構工作原理

智能鉆井工具導向控制的基本原理為：由控制系統進行工具狀態信息的測量及處理，根據工具當前井斜、方位信息驅動液壓系統工作，從而帶動導向推力裝置動作，使工具按設計的井眼軌跡鉆進[9-11]。

圖1為渤海鉆探工程技術研究院研制的BH系列智能鉆井工具導向執行機構工作原理圖。控制系統中的測量單元負責井斜、方位信息的采集；信息處理、控制單元對測量信號進行處理并發出控制指令驅動液壓系統工作，液壓泵在電機的帶動下，通過控制4個電磁閥為對應活塞提供液壓推力，使導向推力裝置中的1個或2個導向機構伸出支撐井壁，產生與井眼實際偏斜方向相反的導向集中力，把井眼軌跡糾回到正確方向。

圖1　導向執行機構工作原理

1.2注油檢測臺的功能

該注油檢測臺能夠在導向執行機構液壓部件裝入工具前，對各液壓部件的性能進行獨立檢測；液壓部件裝入工具后，通過注油油路完成對導向執行機構的注油，通過回油油路將導向執行機構液壓油中攜帶的氣體排出，保證導向執行機構產生穩定的液壓推力，從而實現液壓部件安裝前及時發現問題、液壓部件安裝后導向執行機構正常工作的目的，節約工具的維修測試時間，提高工具穩定性，延長工具工作時間。

2　注油檢測臺

根據工具導向執行機構工作原理，設計注油檢測臺，將液壓部件安裝到檢測臺上，用液壓管線將其連接，用來模擬智能鉆井工具導向執行機構的工作過程，對其進行注油檢測。

2.1油路設計

智能鉆井工具導向執行機構注油檢測臺油路包括注油油路和回油油路，如圖2所示。

圖2　注油檢測臺油路示意

注油泵一端與導向執行機構注油油桶連接，另一端與注油泵球閥連接，注油泵球閥與液壓油過濾器相連，液壓油過濾器上依次連接有壓力表4和注油嘴，壓力表4和注油嘴之間設置旁路通過球閥4至廢油桶；回油油路包括3組結構相同的回油回路，每個回油回路均與廢油桶相連，每個回油回路依次由通過液壓油管進行連接的回油嘴、壓力表和球閥構成。3個回油嘴通過控制相應的球閥對導向執行機構進行排氣，避免氣體對導向執行機構各部件機械性能造成不利影響，影響工具的導向精度及使用壽命。注油嘴、回油嘴與壓力表之間用透明的液壓管連接，以便觀察是否有氣泡排出。

2.2結構設計

根據導向執行機構工作原理及各液壓部件尺寸，設計檢測臺。對不同系列的工具，設計不同型號的可拆卸底座，用于固定壓力囊、壓力調節閥等液壓部件，每個底座上均設計有進油、出油通道，按照工具實際油路走向，將各組成部件通過液壓管路進行連接，完全模擬導向執行機構的工作過程，如圖3所示。

圖3　液壓部件連接示意

注油檢測臺如圖4～5所示。壓力表、球閥、注油嘴安裝到測試臺上方，油桶和廢油桶放到測試臺下方，注油泵、注油泵球閥和液壓油過濾器安裝到測試架上。

1—球閥；2—壓力表；3—活塞；4—油囊；5—液壓泵；6—檢查孔螺釘；7—電磁閥；8—壓力調節閥；9—注油嘴；10—回油嘴；11—液壓油過濾器；12—注油泵球閥；13—注油泵；14—壓力囊。

圖5　注油檢測臺

3　導向執行機構注油檢測

用注油檢測臺對工具導向執行機構進行注油檢測，操作程序如圖6所示。

3.1注油

在全球降雨變化的指標方面，全球降雨變化包含降雨量、降雨頻率和降雨強度的變化.本文僅討論了降雨量，而未討論降雨頻率和強度的變化特征.本文的亮點在于分析全球不同類型的降雨，這對于全面開展全球降雨分類研究具有一定的科學意義.值得注意的是未來仍需通過類似copula函數的方法，將降雨量、降雨頻率和降雨強度聯合起來，綜合反映全球不同類型降雨變化特征，這對于進一步推動全球不同類型降雨變化研究具有重要作用.

導向執行機構液壓部件安裝到檢測臺上后，通過注油油路對其進行注油，步驟如下：

圖6　注油檢測操作程序

1)注油嘴連接壓力調節閥，回油嘴1連接油囊，回油嘴2、3連接壓力囊。

2)拆下檢查孔螺釘，打開注油泵球閥，通過注油泵從油桶中抽油向導向執行機構內注油。

3)注油至液壓油從檢查孔流出，把檢查孔螺釘裝回原處。

4)觀察壓力表1的壓力變化，當壓力值達到0.2 MPa時，停止注油。

3.2檢測

1)液壓泵性能測試。打開液壓泵，觀察壓力表2、3的壓力變化，若其分別能達到3 MPa和9 MPa，則液壓泵工作正常。

3)若經測試有不合格液壓部件，則更換后重復步驟1)、2)，直至所有液壓部件合格。

3.3排氣

將檢測合格的液壓部件安裝到工具上，對導向執行機構注油后，需要排除液壓油攜帶的氣泡，確保導向執行機構有穩定的液壓推力，步驟如下：

1)壓力囊排氣。①開啟液壓泵，觀察壓力表3的壓力變化，壓力值達到7 MPa時，關閉液壓泵；②打開球閥3，使壓力表3壓力值降為0時，關閉球閥3；③重復步驟①、②至回油嘴3油管中的氣泡排凈。

2)系統排氣。①開啟液壓泵，觀察壓力表2、3的壓力變化，當其壓力值分別達到3 MPa和9 MPa時，關閉液壓泵；②緩慢打開球閥2，進行排氣；③重復步驟①、②至回油嘴2油管中的氣泡排凈。

3)活塞排氣。①開啟液壓泵，啟動其中一個電磁閥，使其對應的活塞完全伸出；②關閉該電磁閥，打開球閥1進行排氣至回油嘴1油管中的氣泡排凈，關閉球閥1；③重復步驟①、②將其它三個活塞內的氣泡排出，關閉液壓泵。

4　結論

1)在對智能鉆井工具導向執行機構工作原理分析的基礎上，進行注油檢測臺的設計，針對不同系列的工具，設計了有進油、出油通道的用于固定導向執行機構各液壓部件的可拆卸底座，可完全模擬導向執行機構的工作過程。

2)能夠實現對導向執行機構各液壓部件的單獨測試，明確其工作性能，對縮短工具的維修時間，提高工具的組裝、測試效率具有重要意義。

3)該注油檢測臺不但能夠對工具導向執行機構進行注油，還可以排除液壓油攜帶的空氣，確保導向執行機構正常工作，提高工具的整體工作性能和技術服務質量。

[1]王聞濤，王小通，楊曉勇，等.全旋轉推靠式自動垂直鉆井工具現場試驗分析[J].石油機械，2015，43(9)：24-27.

[2]朱德武.國外新型鉆井工具技術進展[J].中外能源，2011，16(4)：41-46.

[3]李運升.自動垂直鉆井工具糾斜控制實驗研究[J].煤炭技術，2010，29(3)：150-152.

[4]穆鐵奎，馬建格.智能化鉆井技術分析與發展趨勢[J].電子測試，2013(5)：107-108.

[5]王聞濤，王進全，王小通，等.全旋轉推靠式自動垂直鉆井工具的研制[J].石油機械，2015，43(8)：47-50.

[6]張建平，肖華，石麗娟，等.垂直鉆井系統在吐哈盆地山前高陡構造的應用[J].石油天然氣學報，2011，33(10)：158-160.

[7]陳威，謝慧.捷聯式自動垂直鉆井系統穩定平臺模態分析[J].石油礦場機械，2013，42(7)：1-3.

[8]李童.自動垂直鉆井工具指向式導向糾斜機構原理方案研究[J].中國西部科技，2012，11(9)：42.

[9]邵佩，劉白雁，蘇義腦，等.垂直鉆井工具測斜儀精確校正理論與實驗[J].石油學報，2012，33(4)：692-696.

[10]吳文晉，梁軍，白玉新，等.垂直鉆井系統中央控制器設計[J].石油儀器，2012，26(1)：5-7.

[11]聶云飛，吳仲華，孫浩玉，等.自動垂直鉆井執行系統試驗研究[J].石油礦場機械，2011，40(5)：21-24.

Development of Oil Filling and Testing Equipment for Steering Executive Unit of Intelligent Drilling Tool

BAI Dapeng，LI Shaohui，WEI Chenxing，MA Zhe，YANG Chun

(Engineering Technology Research Institute，CNPC Bohai Drilling EngineeringCompanyLimited，Tianjin300457，China)

In order to reduce the repairing and testing time and to improve the working performance and the technical service quality of the intelligent drilling tool，an oil filling and testing equipment for the steering executive unit was developed.The testing bench and the oil way were designed on the basis of analyzing the working principle of the unit.According to different series of intelligent drilling tools，removable pedestals equipped with oil inlet and oil outlet were designed for the components’ fixation.The oil inlet and oil outlet of every pedestal are connected by the hydraulic pipeline.By this way the test bench can completely simulate the functions of the tool’s hydraulic system.The hydraulic circuit layout includes oil-filling-way and scavenge-oil-way which is connected by oil-filling-nozzle and scavenge-oil-nozzle independently.The hydraulic circuit is used for the oil filling and testing of the hydraulic system.The result shows that，the equipment meets the design requirement.Before assembling the performance of all hydraulic parts can be tested and the oil filling and venting procedure for the tool can be performed after the parts assembly.Thus the stable hydraulic thrust can be generated and the working stability of the tool can be improved.

intelligent drilling；steering unit；testing equipment

1001-3482(2016)10-0058-04

2016-05-29

國家“十二五”重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”項目“旋轉導向及隨鉆測錄、酸性氣層測試技術與裝備”(2011ZX05021-005)；中國石油集團渤海鉆探工程有限公司項目“BH-VDT垂直鉆井系統國產化研究”(2015ZD 13K)

白大鵬(1982-)，男，黑龍江依安人，工程師，博士，主要從事智能鉆井工具的研究工作，E-mail：bdp2013@163.com。

TE921.2

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.10.013