稳定器是一种新型的井下钻井轨迹控制工具,广泛应用于水平井、大位移井等复杂井的钻井作业。在改变钻井轨迹时,常规稳定器需要频繁起下钻,增加钻井成本。需要设计一款新型变径稳定器,以适应钻井作业需求。本文根据井下变径稳定器的工作原理,设计了一种基于钻井液脉冲控制的电控变径稳定器。该稳定器通过接收井口泥浆泵发出的压力脉冲信号,驱动大力矩电机进行相应的动作;带动径向活塞的伸缩来进行稳定器直径的改变,从而改变钻头的侧向切削力,调整钻井轨迹。首先使用Solidworks软件对变径稳定器进行三维结构建模;使用Adams软件和Workbench软件对径向活塞、轴向传动楔面体、稳定器导向段外壳和稳定器进行动力学仿真及静力学校核。依据稳定器信号传输方式的工作条件,地面井底之间通过泥浆钻井液的压力负脉冲方式进行指令信息的传输。设计了稳定器下行通讯方案,绘制出稳定器下行通讯原理方案图。初步设计中空直流无刷电机的结构参数,然后在Maxwell软件里面对电机进行有限元仿真分析。最后,对底部钻具组合在二维井身环境中进行受力分析。通过纵横弯曲法建立底部钻具组合的力学模型;综合考虑各方面因素的影响,建立三弯矩方程;根据连续条件和边界条件,得到钻头侧向力和钻头倾角的方程式。在Matlab软件中计算钻头侧向力和钻头倾角,然后代入钻头造斜率公式。讨论稳定器直径、钻压、井斜角和活塞井壁支撑力等钻井参数对稳定器降斜行为的影响规律。结果显示,该稳定器的最大井斜控制量为2.96°/100m;减小稳定器直径、减小钻压、增大活塞井壁支撑力有助于井下底部钻具组合的降斜功能;当实际井斜角变大时,井下底部钻具组合的降斜特性逐渐增强。