水力喷射深穿透工具转向器设计师使用说明书.doc

水力射孔钻水平井工具 转向装置设计使用说明书 概述 转向装置是水力喷射深穿透工具在一次下井喷射3～10个孔时按需要实现布孔要求的装置。使用转向装置可以实现按设计的孔位喷射钻孔。 技术参数 该装置与水力锚同时配合使用。 该装置装在水力锚的下端。 配合使用的套管内径为φ118mm～φ124.3mm。 装置的外形尺寸为： —最大外径φ128mm； —长度为1900mm； —可通过的最大内径φ58mm； 装置的质量为50kg。 下井时需要的最大推力为580N。 转向装置的最大支承转矩约为35Nm。 主要结构和功能 主要结构和功能 该装置由上接头1、上固定套2、主体3、摩擦块4、压缩弹簧5、下固定套6、导向螺钉7、中心管8组成。总体结构见图1 图1 转向装置结构图 摩擦块4安装在主体3的槽中，在压缩弹簧5的作用下向外扩张，在上固定套和下固定套的限制下，扩张的最大外径为Φ128。中心管8上有直槽和不同方向的斜槽，通过导向螺钉7，当摩擦块4通过弹簧5使主体卡紧在套管内壁的条件下，上下移动中心管8时，在中心管上斜槽的作用下，就可以使中心管转动，从而实现工具的转向。 检查和调试 装置按图纸制造，装配完工后，进行外观检查，应无损伤。 装配下井前，应对其进行灵活性和可靠性再次检查，即摩擦块伸缩自由，外伸最大外径不超过Φ128mm。可缩进到Φ114mm。中心管上下移动和转动灵活。 该装置以及与其配套的井下工具未经检查不准下井。 转向装置操作程序 按设计孔的布置，一般有三种布置形式，如图2、图3、图4。 当整个工具连同该装置以及水力锚下入到设计计算深度后，就可以喷射打孔。当继续进行其余孔的喷射时，考虑与上一孔的不同相对位置要求按下述步骤进行操作： 在同一深度转90°喷射另一孔 操作时，先直提升1400mm，然后再提升100mm，并边提升边顺时针转动井口油管约1/4圈，接着直下放90mm，再下放60mm，边下放边顺时针转动井口油管约1/4圈。最后直下放1350mm。 在同一深度转180°喷射另一孔 操作时，按在同一深度转90°喷射另一孔的步骤操作两次。 在比上一孔高H的深度转90°喷射另一孔 操作时，先直提升1400mm，然后再提升100mm，并边提升边顺时针转动井口油管约1/4圈，再直提升H的高度。接着直下放90mm，再下放60mm，边下放边顺时针转动井口油管约1/4圈。最后直下放1350mm。 在比上一孔高H的深度转180°喷射另一孔 操作时，按在比上一孔高H的深度转90°喷射另一孔操作一次，再按在同一深度转90喷射另一孔的步骤操作一次。 该装置的工作原理 当整个工具提升1400mm时，导向螺钉在中心管的直槽滑动。当整个工具再提升100mm的过程中，由于导向螺钉接触到中心管滑槽的斜面，而导向螺钉在摩擦块的支承下不能转动，这样，就使中心管提升时在导向螺钉的作用下转动。在提升100mm的过程中，工具顺时针转动约45°。然后再下放整个工具，同样在另一斜面的作用下，又使工具顺时针转动约45°，导向螺钉进入中心管另一个滑槽，完成整个工具90°的转动。 转向装置主要性能参数和零件的设计计算 油管在井中的扭转分析 油管的扭转角计算公式为： 度 式中 T—油管传递的转矩，NM； l—油管的长度，既井深，mm，取l=1000000mm； d—油管的外直径，mm，取d=73mm； d0—油管的内直径，mm，取d0=62mm； G—油管材料的切变模量，MPa，取G=79000MPa。 φ—油管的转角，度。 代入已知参数得 φ=0.5426T 度 也就是说,使1000m的油管产生90°的转角需要的转矩为165.84Nm。 转向装置支承转矩的确定 考虑到在井上操作油管转角的误差为15度，则需转向装置的支承转矩 T＞15×165.84/90=27.64Nm 考虑一定的保险系数,取T=35Nm,则相当有1.26的保险系数。 从操作的保险系数来讲，转向装置的支承转矩越大，则转向装置能实现需要角度的保险系数也越大，但转向装置的摩擦块也要在较大的摩擦力作用下滑过1000m的井深，磨损将会较严重。另外，开始入井推工具的摩擦力也较大，目前为580N。 转向装置摩擦块伸缩尺寸的确定 考虑转向装置能在井况发生变化的条件下正常工作，取转向装置能有支承转矩的最大外径为Φ128mm。为了保证转向装置能顺利下井和从井内提出，转向装置可缩小的最小尺寸为Φ114mm。 转向装置弹簧的设计计算 选簧丝直径d=2mm，材料为B组，1Cr18Ni9（YB（T）11-83），中径为13.5mm，总圈数为6.5圈，有效圈数为5圈，刚度为11.543N/mm，自由高度为27mm的压缩弹簧，这种弹簧在正常条件下对