异向双弯工具优化设计与应用
造斜点和造斜率计算(第二章)
第二章造斜点选择及造斜率计算第一节造斜点选择在定向井设计与施工中，造斜点的选择很重要，其具体选择遵循如下原则：①造斜点应选在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。
②应选在可钻性较均匀的地层，避免在硬夹层定向造斜。
③造斜点的深度应根据设计井的垂直井深，水平位移和选用的剖面类型决定，并要考虑满足采油工艺的需要。
如：设计垂深大、位移小的定向井，应采用深层定向造斜，以简化井身结构和强化直井段钻井措施，加快钻井速度。
对于设计垂深小，位移大的定向井，则应提高造斜点的位置，在浅层定向造斜，这样既可减少定向施工的工作量，又可满足大水平位移的要求。
④在井眼方位漂移严重的地层钻定向井，造斜点位置选择应尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。
⑤造斜点高使得定向容易（起下钻和测量快，容易定准，进尺快，动力钻具工作时间短）；上部地层软，形成的键槽软，易破坏掉；用较小的井斜获得的位移大。
其缺点是轨迹控制井段变长，后面井段长，钻具重，更容易形成键槽。
通常达到稳斜段后、下一层技套封固造斜段可避免键槽带来的麻烦。
⑥造斜点低则定向困难，需要的造斜率和最大井斜相对要大。
但需要控制的井段大大缩短，为了准确，往往采用随钻测量工具定向。
⑦高造斜点选用高造斜率是十分危险的。
它形成的狗腿角大，很容易在下部(长井段)钻具重量作用下形成严重的键槽，造成卡钻。
相反，为了减少轨迹控制的工作量，提高定向井钻井速度，在位移条件允许情况下，可采用低造斜点高造斜率施工，全井的摩阻也会因斜井段短而变小。
同样，需要随钻测量手段保证定向的准确。
第二节短弯外壳导向钻具的造斜率计算根据短弯外壳导向钻具在井眼中的造斜特性，推导了导向钻具组合造斜率的计算公式，方法是精确的，没有做近似处理。
这种方法还能考虑近钻头扶正嚣的欠尺寸影响，可对在井眼轨迹控制中使用的单弯和双弯导向钻具组合进行预测计算。
石油钻井设备与工具-王镇全 4第二节 螺杆钻具
万向轴有几种不同的结构形式， 例如应用最普遍的为瓣型连接轴和挠 性连接轴(有一定柔度、上下两端为 连接螺纹的光轴）以及其他形式的万 向轴。万向轴的上端和马达转子下端 相连，而下端则和传动轴上端的导帽 相连。
万向轴的作用是把马达转子的平面行 星运动转化为传动轴的定轴转动，同时把 马的工作转矩传递给传动轴和钻头。
层气开采、建筑管道施工和国防工程等方面的钻进作业。
•
在油气钻井中，螺杆钻具主要被用于钻特殊工艺井，
也可以用来钻直井。所谓特殊工艺井，是指常规直井以外
的所有其他井型，如定向井、大斜度井、水平井、大位移
井、多分支井、丛式井等。在这些特殊工艺井中，通常应
用螺杆钻具进行井眼轨道控制作业，如造斜、纠斜、扭方
位，采用导向螺杆钻具还可以进行稳斜钻进。
2、弯角与造斜率的关系
弯角越大，造斜率越高，但在旋转钻 井时转速受到限制。
弯 角 角 度
造斜率
3、 稳定器结构
导向螺杆钻具与常规螺杆钻具的另一个不同之处在于 导向螺杆钻具的传动轴壳体上带有不同形式的稳定器。常 用的稳定器形式包括：
1）螺旋稳定器（三条翼片、五条翼片）； 2）对称直条稳定器（一般为五条翼片均匀分布） 3）非对称直条稳定器 稳定器的形式和外径尺寸对造斜或稳斜的效果影响较 大，在选用导向螺杆钻具时，应对此予以重视。
正常钻进时，旁通阀关闭。此时泥浆流经马 达把压力能转换为机械能。
特殊说明ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
旁通阀不是螺杆钻具工作时的必须部 件。在水平钻井中，为了防止停泵时环空 钻井液内的岩屑从旁通阀的筛板进人马达， 往往不装旁通阀，或把旁通阀的弹簧取出 来使旁通阀呈常闭状态，而在直井段的钻 柱上安装一个钻柱旁通阀，来代替钻具旁 通阀的作用。
钻井技术概述
第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念1．定向井丛式井发展简史定向井钻井被（英）T.A.英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。
”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。
定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。
定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。
当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。
并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。
最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。
早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。
有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。
救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的RytchFarm油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。
垂深水平位移比最高的是Statoil公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；我国定向井钻井技术发展情况我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。
钢丝绳卷扬机的优化设计
137中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.03 （下）1 卷扬机基本原理1.1 卷扬机结构在工业生产与建设行业运用的钢丝绳卷扬机，其主要结构涉及能源电动机、齿轮转动、起升滑轮组和吊钩以及连接的联轴器、制动器、钢丝绳卷筒和减速器等部位组成。
1.2 卷扬机工作原理在卷扬机的实际作业中，其主要通过卷筒的旋转来实现钢丝绳的控制，以此控制重物上升与下降的起重设备。
同时，电石生产中卷扬机作为一种简单的起重牵引设备，其实际的应用相当广泛，并且工作原理主要借助电机的减速传动，通过收放钢丝绳来拉动电石锅，借助不同的运作实现电石牵引小车方向的改变，从而让电石锅按照预先规定的路径进行运动。
2 卷扬机优化方向在卷扬机的设计上，当前，主要问题涉及排绳问题与噪音问题。
排绳问题主要是卷扬机的钢丝绳在工作的情况下，容易造成损坏问题、乱绳问题和咬绳问题。
其主要的发生原因在于，其实际的工作过程中，钢钢丝绳卷扬机的优化设计赵大喜（甘肃金泥化工有限责任公司，甘肃 金昌 737100）摘要：随着我国经济建设的快速发展，钢丝绳卷扬机作为一种常见的起重机械设备，其被广泛应用到电石生产领域。
卷扬机的优化设计不仅能够让卷扬机在工业领域应用的优势增加，同时，也能为方便生产与保护环境做出重要贡献。
因此，本文主要对卷扬机的优化设计进行研究分析，再通过对卷扬机的工作原理进行详细阐述，通过对其噪音与排绳进行优化设计，以此实现卷扬机的优化，从而为工业生产领域与建设领域的良好应用提供保障。
关键词：卷扬机；优化设计；噪音排绳；研究分析中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）03（下）-0137-02丝绳受到外界方向变化与大小不变的作用力，对卷扬机钢丝绳的排布造成扰乱影响，从而在换向的情况下出现乱绳与咬绳的情况。
由于排绳问题其主要是钢丝绳和卷筒在工作中其受力不均匀，导致钢丝绳与卷筒之间的摩擦力快速增加，致使钢丝绳的磨损加剧，进而影响卷扬机在工作上存在动作不稳定的情况，也造成了钢丝绳的使用寿命快速缩短。
供水工程中空间弯管镇墩的优化设计
文章编号：1265-7599(2221)00-0045-09供水工程中空间弯管镇墩的优化设计高琰乔^3匕己匕己匕己匕己匕己匕己专技术&'脅(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州510635)摘要:压力钢管的镇墩是供水管道工程中最常见且重要的构筑物，在整个供水工程的安全运行方面起着举足轻重的作用。
在长距离输水管线设计中，不可避免会有多个弯折节点,在节点处则需要镇墩，以承受因管道改变方向而产生的轴向不平衡力，让管道在镇墩处不发生位移。
文章以兴宁第二自来水厂取水点迁建工程中的输水管道的其中一个镇墩为例，对其进行受力分析，并设计合理尺寸。
关键词:压力管道;镇墩;受力分析中图分类号:TUI97/33文献标识码：BDesign of Piers for Space Bending Pipes in Water Supply EngineeringGAO Yan-qiao(Guanadona Hydropower Plannina&Desian Institute Co.,Ltd,Guanazhou52635,China)Abstract：The pier of penstoch is the most common and impobagt stbicture in water supply pipXinc enaineebna,and it plays an impobagt mic in the safe oneration of the entire water suppiy projed.In the desian of lony-distance water pinelincs,it is inevitanic that there wili be multipic bendiny noncs,and anchors are needed at the nones ta withstand the axiai imbalagce force chnsed by the chanae of direction of the pipXine,sc that t he pipXine does nO occur at the anchors.0:5/00X11x0Tanina one of the piers of the water pipXine in the relochtion project of the water intafe point of the Xinanin)Secend Water Supply Plant as an exampie,the force analysis was chrbeV ont and the recsonanie size was designeV.Key wrrdi:pressure pipeline;pier；stress analysis0引言由泵站输水至水厂的输水管道在整个供水工程中是不可或缺的部分，大多工程的输水管道布置在农田或者地势不平整的山间。
MASTA培训手册 - 螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮设计、校核和优化
MASTA 培训手册:螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮设计、校核和优化MASTA 5.4版商业机密目录1介绍 (3)2在MASTA设计中添加螺旋锥/准双曲面齿轮副 (4)2.1在设计中添加一个螺旋锥齿轮副 (4)2.2在设计中定位螺旋锥齿轮副 (4)2.2.1方向 (5)2.2.2转角 (7)3把Gleason尺寸参数表输入到一个螺旋锥齿轮副设计 (9)3.1定义节锥 (9)3.2定义齿形属性 (11)3.3定义面锥和根锥 (13)3.4定义螺旋角 (14)3.5定义齿厚 (14)3.6定义旋向 (17)3.7刀尖圆角半径 (17)3.8重合度 (17)3.9几何系数 (18)4在MASTA中设计一个螺旋锥齿轮副 (19)4.1齿轮速比和节锥尺寸 (19)4.2选择螺旋角 (21)4.3压力角 (21)4.4大轮刀盘半径 (22)4.5定义齿形属性 (22)4.5.1AGMA和齿顶高/齿高系数定义 (22)4.5.2Gleason系数定义 (23)4.6齿形收缩 (24)4.7定义齿厚 (24)4.7.1齿厚定义的方法 (24)4.7.2侧隙 (25)4.8定义旋向 (26)5把Gleason尺寸参数表输入到一个准双曲面齿轮副设计 (27)5.1定义节锥 (28)5.2定义齿形属性比例、面和根锥角 (32)5.2.1定义齿厚 (33)5.3定义旋向 (34)5.4刀尖圆角半径 (34)5.5重合度 (35)5.6几何系数 (35)6螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮材料 (36)6.1锥齿轮材料数据库窗口 (36)6.2默认锥齿轮材料 (37)6.3自定义锥齿轮材料 (39)7螺旋锥齿轮校核 (41)7.1接触校核 (42)7.2弯曲校核 (47)8螺旋锥/准双曲面齿轮宏观参数优化 (50)8.1载荷谱列表 (51)8.2优化目标 (51)8.3优化变量 (52)8.3.1螺旋锥齿轮优化变量 (52)8.3.2准双曲面齿轮优化变量 (53)8.4其它设置 (53)8.5优化结果和结果选项卡 (54)8.6多优化运行 (55)8.7添加一个优化的设计到MASTA模型中 (56)1介绍MASTA能够建立各种类型的齿轮。
光伏支架系统中檩条的优化设计分析
太 阳 能第11期 总第355期2023年11月No.11 Total No.355 Nov., 2023SOLAR ENERGY0 引言光伏支架系统为直接承受光伏组件自重、风荷载、雪荷载及施工荷载的钢结构系统，其安全性对于整个光伏发电系统的正常运行至关重要。
在光伏支架系统中，檩条的用钢量最大，可达到光伏支架系统整体用钢量的50%左右。
目前，国内外学者已经做了大量关于轻钢结构的设计及优化方面的研究。
翟煜[1]从支撑模式、构造措施及荷载取值3个方面开展了轻钢结构屋面檩条的优化设计。
秦海翔等[2]从材质、截面型式、檩距及连续性入手，通过STS软件比较分析了轻型屋面钢结构檩条的用钢量，并给出了檩条的优化设计建议。
文锋等[3]针对光伏支架檩条和连续梁的支座进行了优化布置，采用最佳方式布置支座，使均布荷载作用下的等截面连续梁的最大弯矩减小了约16.8%，光伏支架檩条用钢量节约了8.9%。
黄万山等[4]通过研究光伏支架系统中斜梁、檩条的最不利内力，提出了光伏支架结构的优化设计方案。
王建勃等[5]采用ANSYS 数值软件计算横梁强度，得出了最优的光伏支架跨距。
陈源[6]通过数值模拟，对光伏支架结构进行了优化设计。
张勇成等[7]通过采用Solidworks 三维绘图软件进行参数化设计，对C型钢光伏支架系统的关键连接点进行了优化设计。
本文根据光伏支架系统中檩条的受力特征及连接方式，有针对性地提出适用于光伏支架系统中连续檩条的优化设计方案，并结合实际的光伏发电项目，对所提出优化设计方案的可行性及实用性进行论述及验证。
1 连续檩条的静力计算光伏支架系统中檩条的计算模型可采用均布荷载作用下的连续檩条模型，檩条的截面尺寸由连续檩条中的最大弯矩控制，而连续檩条的最大DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220831.01 文章编号：1003-0417(2023)11-88-07光伏支架系统中檩条的优化设计分析王万军1*，李红有2，迟洪明2，李爱武2(1. 龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100034；2. 龙源(北京)风电工程设计咨询有限公司，北京 100034)摘 要：以光伏支架系统中的檩条为研究对象，根据其受力特征及连接方式，采用连续檩条计算模型，通过理论计算并结合光伏支架结构三维设计软件进行数值模拟，对光伏支架系统中的连续檩条进行优化设计分析，并对所提出优化设计方案的可行性及实用性进行了论述及验证。
旋转导向钻井系统RNDS
2013-8-5 12
¹ ×´ » « ¾ Ä PowerDriveÐ ÐÐòÐÐ Ë Â ±Ð ¹ Ë µ ý × Ð
PowerDrive ÇÇ °Ç ×
2013-8-5 13
二、RNDS系统的组成
旋转导向钻井系统（RNDS），由旋转导向钻井工具（CPD） 和MWD测量系统组成，其中MWD系统是成熟的，不进行任何的 改造就可以直接应用；旋转导向钻井工具（CPD）与Auto Track井下工具属于同一类型，都是非旋转偏心稳定器结构， 但具体的构造不同、控制方式不同，与后者相比结构简单的 多；但是CPD也不同于江苏油田的舵板式钻头导向器，它是 一个功能强大的井下导向工具，且具有双向通讯功能，与 MWD/FEWD系统可以组成完整的、可靠的旋转导向钻井系统。
热烈欢迎各位领导 专家光临指导
2013-8-5 1
地面控制旋转导向钻井系统（RNDS）
Rotary Navigate Drilling System
胜利钻井工程技术公司 魏文忠、秦利民
2013-8-5 2
Copyright 1996-98 © Dale Carnegie & Associates, Inc.
2013-8-5 5
20世纪80年代末，国外 首先研制了遥控变径稳 定器（如AGS、Tracks 等），虽然仅是两维旋 转导向控制钻井轨迹， 但是在完成的许多大位 移延伸井的钻井过程中 起到了决定性的作用。 1999年胜利钻井技术公 司引进了美国SperrySun公司的遥控变径稳定 器AGS，在埕北21-平1大 位移水平井施工中起到 了很好的作用。但是， 变径稳定器旋转系统,不 能控制方位。
内容：
1、 导向钻井技术发展概述 2、 RNDS系统的组成和总体效果 3、 RNDS系统结构原理
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异向双弯工具优化设计与应用
摘要：本次要设计的异向双弯工具针对新疆吐哈油田鄯勒区块J2X 地层易斜，采
用常规钻进，井斜较大，钻速不高等特点，通过ABAQUS 软件，优化设计了新
的?165mm 异向双弯防斜钻具，同时在制造过程中采用新型铸造工艺。
在降低井
斜的情况下，取得了提速约74%的良好效果，达到了预期目标。
关键词：异向双弯；铸造工艺；液力推进器；井斜中图分类号：TE921 文献
标识码：A1 引言吐哈油田地层倾角大，防斜打快问题十分突出，2006 年吐哈油
田研发了防斜打快集成配套技术，解决了易斜区块中上部地层的防斜打快问题。
但在鄯勒、葡萄沟区块的下部J2X 井段（2800~3500m）由于煤层发育，地层复杂，为保证井下安全，只能采用光钻铤和液力加压防斜两种钻具结构，钻压得不到释放，井斜得不到有效控制，鄯勒区块完井电测数据显示3000~3500m 井段井斜在
15~20°之间；牛东区块在1500m 以后方位固定不变，井斜问题突出，地层破碎坍塌，只能采用常规钻具吊打防斜。
针对这些问题，在总结各种防斜钻具组合的基
础上，吐哈油田设计研发了异向双弯工具。
2 异向双弯工具的优化设计2.1 异向双弯工具三维模型的建立利用Pro/E 软件
建立如图3 所示的异向双弯工具的三维模型。
其中偏心角为3.0°，弯壳体直径为185mm，扶正器直径214mm，扶正器高度24.5mm，上稳定器到下拐点的距离为4500mm，下稳定器到钻头距离为1200mm。
图1 异向双弯工具Pro/E 三维模型2.2 异向双弯工具有限元模型的建立将画
好的异向双弯三维模型图保存为STEP 格式，并导入ABAQUS 中。
依次经历材料的赋予，装配，设置分析步，以及载荷的赋予和边界条件的施加，网格的划分等，
图2 是异向双弯工具三维模型网格的划分，图3 是异向双弯工具的Von-Mises应
力云图。
图2 异向双弯工具网格的划分图3 异向双弯工具Von-Mises 应力云图2.3 异
向双弯工具优化设计过程2.3.1 端部直壳体设计根据实际现场应用情况，假定转
速为55r/min，弯角为1.5°，且扶正器位置距离钻头为1600mm，中部直壳体长
度取5100mm。
在ABAQUS 中，这些因素保持不变的情况下，钻压取50kN 来进行分析，取不同的端部直壳体的长度，钻具侧向力大小表1 所示：表1 端部直壳体
长度变化及受力情况
随着端部直壳体长度的逐渐增加，钻具侧向力则呈下降趋势。
但端部直壳体
的长度位于300mm 到500mm 的时候影响最大，可以在实际设计应用中在此区段
改变端部直壳体的长度以取得较好的实际防斜效果。
2.3.2 中部直壳体设计假定转速为60 r/min，弯角为1.5°，且扶正器位置距离
钻头为1600mm，同样，在这些因素保持不变的情况下，钻压取50kN来进行分析，取不同的中部直壳体长度，钻具侧向力受力如表2 所示：表2 中部直壳体长
度变化及受力情况
随着中部直壳体长度的逐渐增加，钻具侧向力呈下降趋势。
在实际应用中如果需要增加防斜效果，则可以适当减小中部直壳体的长度。
2.3.3 铸造工艺优化在异向双弯工具铸造中，将TRIZ 理论应用于铸造工艺优
化中，能够解决工艺问题冲突，显著改进工艺，满足生产需要。
异向双弯工具铸造工艺优化步骤：描述铸造缺陷；确定根本原因；分析及确
定各级影响因素；利用TRIZ 物场模型分析各最小子问题并识别、确定TRIZ 冲突；建立TRIZ 标准问题；根据40 发明原理或76 标准解，分别求解TRIZ 标准解，求解专业解并最终确定铸造工艺优化方案。
3 现场应用本次新设计的配合有液力推进器的异向双弯工具在勒1-8井、勒
4-15 井J2X 地层进行了试验。
3.1 钻具组合结构?216mm3A+ ?165mm 液力推力器×5.3m+ ?165mm 异向双弯
×7.13m+?159mmDC×6m+127mmDP3.2 试验结果勒1-8、勒4-15 入井井斜初始角分
别1.7°、3.2°，通过异向双弯短节在鄯勒区块J2X 地层的试验，井斜同比常规钻具
降低，机械钻速提高到3.67m/h，相比常规钻具组合，提高幅度达74%；其中勒
4-15 井井斜变化幅度比较大，最高达10°，降斜效果不好，究其原因，在该井实
际操作过程中，钻压为180kN，钻头上的一部分钻压实际上是由钻铤重量提供的，因此造成了钻具弯曲变形，从而影响了钻具纠斜能力，导致井斜偏大。
4 结论1）使用ABAQUS 有限元分析软件分析了端部直壳体的长度和中部直
壳体的长度，弯壳体的偏心角，钻压等设计参数的变化对钻具纠斜能力的影响，
为改进优化钻具设计，提供了必要的技术支持。
2）在ABAQUS 有限元分析的基础上，新设计的异向双弯防斜钻具组合利用
异向弯壳体及单边扶正器结构，简化钻具，抗弯防斜，增加环容，释放钻压，并
采用新的铸造工艺方案，制造出的异向双弯工具能够较好的解决了吐哈鄯勒区块
易斜地层钻井的“防斜”和“快打”的矛盾。
3）经过现场试验，可以证明新设计的?165mm 异向双弯工具配
合?165mm×5.3m 液力推力器与?216mm3A（钢齿钻头）使用，能够满足该区块
J2X 地层，地层倾角在45°~60°之间的216mm 井眼防斜快打的需要。
参考文献：[1]帅健，于永南，洪学福.短弯外壳导向钻具的造斜率计算[J].石
油钻采工艺，1996，18（1）：4-9.[2]冯艳宏.基于ABAQUS 的混合陶瓷深沟球轴
承摩擦接触问题数值分析[D].天津：天津大学，2007.。