对一种用于石油自动垂直钻井工具的纠斜液压系统展开研究,以实现钻具的纠斜力稳定、可变及钻具矢量纠斜效果。针对油缸压力无法调节及液压泵引起油缸压力不易稳定的问题,研究一种新型纠斜液压系统。在建立纠斜液压系统数学模型的基础上,进行了系统和油缸压力的动态响应分析。仿真结果表明,新型纠斜液压系统提供的导向推力较传统系统稳定性更高,压力波动幅度更低;调节比例溢流阀的输入电流55~85 mA,并保持比例溢流阀输入电流增量不变,钻杆转速越大,油缸压力在单位时间内的开环调节精度就越高。

深井自动垂直钻井工具工作于数千米深的井下,对其上的液压导向机构的性能有较高的要求。利用仿真软件包AMEsim对该液压导向机构进行接近于实际工况的仿真,揭示了这种液压系统的特有的性能。特别是超常环境压力下系统仿真结果表明,由于超常环境压力可改善系统的吸油性能,因而使得该系统具有适应超常环境压力的特性。对液压导向机构的理论和实验分析证明了系统仿真的有效性。

自动垂直钻井工具可实现井下主动纠斜保持井壁垂直。为了保证纠斜成功要求液压导向机构的纠斜油缸所产生的导向力在井下恶劣工况下能可靠工作。在建立液压系统数学模型的基础上采用Matlab/Simulink仿真软件建立液压导向系统的仿真模型并仿真研究系统压力的动态响应特性。结果表明该系统能够提供稳定的导向力可满足纠斜要求。并通过实验验证系统仿真的正确性。