往复节流型正脉冲发生器脉冲产生过程模拟

脉冲发生器是钻井液脉冲无线随钻测量系统中关键的组成部分。在介绍往复节流型正脉冲发生器的结构与基本工作原理的基础上,基于流体有限元方法,应用ANSYS软件对其脉冲产生过程进行了数值模拟分析,并与理论计算结果进行了对比。结果表明:有限元数值模拟与理论计算结果吻合,与脉冲实际产生过程的压力变化一致,比理论计算结果更接近实际情况,且钻井液流量对脉冲强度影响显著。     

柱阀结构参数对涡轮式压力脉冲发生器性能的影响

针对现有水力脉冲振荡工具的动力系统及脉冲发生装置所存在的问题,提出了一种基于柱阀系统的涡轮式压力脉冲发生器,重点研究了柱阀结构参数对压力波形和波幅的影响。以阀芯柱面开口扇形角、阀座周向过流槽的轴向长度、固定节流孔数量与直径等参数为变量,并最终统一为柱阀的固定过流面积和周向过流面积,应用仿真软件Fluent模拟研究了不同结构参数对压力波形和波幅的影响规律。研究结果显示,柱阀的结构参数对脉冲发生器的性能影响非常显著:当钻井液流量一定时,固定节流总过流面积主要影响脉冲压力的最大值,不会改变脉冲压力高压区的宽度;可变的周向过流面积主要影响脉冲压力高压区的宽度,不会改变脉冲压力幅值。该研究结果对不同工况所要求的压力波形波幅的设计及井下脉冲振荡工具的优化设计具有参考价值。      

随钻测量阀控式液压信号发生器动态数学模型

根据正脉冲液压信号发生器的基本结构和工作原理 ,简化出二通先导阀控式液压信号发生器的液压系统模型。以信号发生器液压系统工作原理为基础 ,应用液压阀的流量压力特性关系 ,建立了系统的入口和出口的动态流量平衡方程 ;在综合考虑运动件的液压力、稳态液动力、瞬态液动力 (阻尼力 )的情况下 ,建立了主阀心和溢流阀心的动态受力平衡方程 ,从而为该类型液压信号发生器的设计和动态性能分析提供了基本的理论依据     

井下震源发生器优化设计

针对随钻地震强度低、不利于井眼间防碰监测的问题,设计了一种蓄能式井下震源发生器。该发生器主要由活塞、弹簧、冲锤、铁砧和延时装置等组成,通过钻井液蓄能获得高效冲击功。为使其获得最佳输出性能,以冲锤为研究对象,建立了井下震源发生器冲锤流道模型,基于CFD动网格技术,利用CFD软件分析了弹簧刚度、冲锤质量、节流面积、出口直径和数量等设计参数及钻井液密度对井下震源发生器输出性能参数的影响规律,分析得知:节流面积、出口数量、出口直径和钻井液密度与井下震源发生器输出性能参数呈正相关关系;弹簧刚度越大,冲锤最大冲击功对应的位移越小;冲锤的质量越大则速度越小。基于单因素分析结果,以冲锤冲击功为优化目标,利用正交试验优选了设计参数组合方案。研究结果表明:各设计参数对井下震源发生器输出性能的影响不尽相同;出口直径和弹簧刚度对井下震源发生器输出性能的影响极为显著,节流面积、冲锤质量和出口数量对井下震源发生器输出性能的影响显著,而钻井液密度的影响不显著。根据研究结果筛选出了各设计参数水平的最优组合,研究结果还可以为井下震源发生器的设计提供依据。      

往复增流式井下压力信号发生器模型及特性分析

针对往复式钻井液压力信号发生器存在先导阀进液口流通面积小及流量供应能力不足导致的信号频率较低问题,提出了往复增流式井下压力信号发生器模型。根据其不同工作阶段,建立了相应的状态方程;应用MATLAB工具软件对其特性进行了实例仿真计算。计算结果表明:在相同参数情况下,增流阀信号发生器的脉冲上升时间大约为0.035 s,而原信号发生器脉冲上升时间约为0.154 s,即增流式压力信号发生器的信号频率可提高4倍。研究结果对于进一步研发井下信息高速率传输的信号发生器具有重要的指导意义。     

连续波钻井液脉冲发生器结构设计探讨

石油钻井过程中随钻测量的参数越来越多,为把这些参数快速有效地传至地面,研制一套高速率钻井液脉冲遥传系统势在必行。解释了钻井液脉冲发生器连续波发生机理,介绍了连续波钻井液脉冲发生器及发电机短节的基本组成、设计方案、基本结构、工作原理以及信号的编码与解码方式等。对研制连续波钻井液脉冲发生器具有一定的指导作用。     

液压信号发生器基本类型与信号产生的原理

将液压信号发生器概括为泄流型和节流型两大类.从流量压力特性方程出发,分析了节流型信号发生器信号产生的机理,指出了薄壁孔节流型信号发生器的分析计算依据和设计计算要点,并针对最常用的锥阀式信号发生器,进行了实例计算.提出了信号的类型取决于阀口开关的规律.控制方式是信号产生和变化的关键、采用比例伺服控制可提高信息传输量等观点.     

钻井液正脉冲信号的衰减分析

地面与井下的信息传输是井眼轨迹监测与控制的重要环节,目前,大多数的无线随钻测量系统都采用钻井液脉冲的传输方式,而如何提高传输深度和传输速率一直都是钻井液脉冲传输系统的研究主题,文中根据钻井液脉冲传输的静,动态理论模型,研究了正脉冲信号衰减规律。结果表明,脉冲信号在井眼中的往复传播类似于阻尼振荡,并逐渐衰竭,信号频率和钻井液粘度是影响钻井液脉冲信号衰减的主要可控因素。     

直井随钻测斜磁流变液式负脉冲发生器研究

随钻测量是掌握井下实时钻进信息并在此基础上进行优化控制的最佳手段，目前在油气钻井中已大量应用。钻井液压力脉冲传输是随钻测量信号传输的主要方式，虽然应用广泛，但在传输速率、功耗和精度等方面仍存在较大提升空间。为此，研发了一种用于随钻测斜的磁流变液式负脉冲发生器。阐述了磁流变液式负脉冲发生器的结构与工作原理，设计了磁流变液式负脉冲发生器的结构模型；基于麦克斯韦方程组、安培环路定理和高斯磁通定理，确定了影响脉冲发生器制动性能的参数，主要有电流、磁流变液材料参数和磁导绕管壁厚等；在选定类型磁流变液材料的基础上，基于ANSYS Electronics软件研究了电流、磁导绕管壁厚等参数对感应电磁场强度及其分布特性的影响。研究所得的结构模型、理论分析方法、仿真分析结果等可为磁流变液式负脉冲发生器的开发提供支撑，促进随钻测量技术的发展。     

机械式无线随钻测斜仪脉冲发生器结构优化

针对机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井的井斜测量中存在钻井液脉冲压力低、脉冲信号弱及涡流现象严重等问题,采用Fluent软件模拟了脉冲阀和脉冲环结构优化前后脉冲阀最大直径处钻井液通过脉冲环节流孔位置瞬间的压力、速度和流线变化情况。数值模拟结果表明,结构优化后的脉冲发生器产生的脉冲压力更高、信号更强、涡流现象减少。因此,结构优化后的机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井中测量的脉冲强度更高,工作寿命更长,测量更可靠。