石油钻机多功能钻杆气动卡瓦的设计及应用

针对石油钻井起下钻作业时 ,双吊卡或手提式卡瓦作业存在劳动强度大、工作效率低、安全性能差等问题 ,设计研制了一种利用压缩空气作为动力通过气缸上下动作实现卡瓦体自动升降的钻杆动力卡瓦 ,兼具卡持钻杆和自动刮泥等多种功能。该卡瓦克服了现有钻井卡瓦自动化程度低、工作高度高、价格昂贵、功能单一等问题。通过建立气动卡瓦受力模型 ,卡瓦体径向力及摩擦力等各项指标均达到了设计要求。现场应用表明 :多功能钻杆气动卡瓦安装、操作简便 ,减轻了劳动强度 ,提高了起下钻工作效率     

卡瓦式套管头可靠性分析

卡瓦悬挂系统是套管头的核心,卡瓦能否安全可靠地悬挂套管是其关键。对卡瓦悬挂套管进行了力学分析,并采用有限元法进行了模拟,结果表明,当壳体内部受液态压力时,应力随厚度的减小而不断增大,最大应力为220MPa;卡瓦的最大应力在齿的根部,为366MPa,悬挂体主要承受卡瓦的挤压载荷,其最大载荷为200MPa。经过校核,壳体、卡瓦和悬挂均符合设计要求,同时也指出了危险应力位置,以期为后续套管头的设计提供理论依据。     

江苏省机电新产品介绍11则

W127/2250 W127/3150钻杆卡瓦钻杆卡瓦是用于石油、天然气钻井作业中上扣或卸扣时卡持钻杆或其它管柱的必备工具。随着我国石油工业的发展,中国两部地区已成为石油、天然气钻采的重点地区,而我国的西部地区地质情况复杂,钻井深度达到     

江苏省机电新产品介绍11则

<正> W127/2250 W127/3150钻杆卡瓦钻杆卡瓦是用于石油、天然气钻井作业中上扣或卸扣时卡持钻杆或其它管柱的必备工具。随着我国石油工业的发展,中国两部地区已成为石油、天然气钻采的重点地区,而我国的西部地区地质情况复杂,钻井深度达到6000米以上,国内已有的卡瓦不能适应其要求。过去靠进口,每年需花费大量的外汇,根据市场的需求,如东通用机械厂经过调研,并参照国外样机,设计试制了适应我国实际条件的大载荷钻杆卡瓦,即W127/2250、W127/3150钻杆卡瓦。该产品采用了新材料,结构合理重量轻,较好地满足了深井和超深井作业的需要。经国家油气田设备监督检验测试中心和江苏省     

高温高压深井试油与完井封隔器卡瓦咬入套管深度分析

在高温高压深井试油与完井中,封隔器定位性能主要取决于主要部件卡瓦,卡瓦咬入套管深度不足常常会引发封隔器定位失败。以完井封隔器RTTS为例,对高温高压深井复杂工况下,封隔器在井下试油与完井作业中卡瓦与套管间的作用进行分析,建立卡瓦与套管的力学模型,并对卡瓦与套管间的相互作用进行有限元分析。通过能量守恒定律建立卡瓦牙剪切应力公式和挤压应力公式,推导出试油与完井封隔器卡瓦咬入套管深度公式,分析影响试油与完井封隔器的定位性能参数。     

基于犁沟效应的镶齿型卡瓦侧钻坐封器坐封过程数值分析

基于开窗侧钻过程中侧钻坐封器卡瓦失效导致开窗失败的情况,设计了一种新型的镶齿型卡瓦侧钻坐封器。建立了承受坐封载荷和轴向载荷下的镶齿型卡瓦装配体有限元法分析模型,计算出了镶嵌不同齿型的侧钻坐封器卡瓦在套管壁上形成的犁沟形状及套管与镶齿的位移与应力,分析了镶齿型卡瓦的坐封可靠性。结果表明:在镶齿型卡瓦坐封分析计算中,不但要考虑犁沟摩擦因数,同时还需要考虑凸脊对犁沟摩擦因数的影响;坐封器卡瓦镶装不同齿型在套管表面产生的犁沟效应不同,卡瓦牙齿齿尖越锋利,所产生的犁沟效应就越明显;在犁沟效应与黏着效应的双重作用下,硬质合金齿吃入套管壁产生了明显的齿坑,在满足镶齿强度的前提下确保镶齿型卡瓦坐封器的可靠坐挂。     

桥塞卡瓦坐封下套管磨损机制研究

在油田开发中桥塞是主要井下工具之一,在不同的密封压差下,不同材料的桥塞卡瓦对套管产生不同的损伤。在SRV型摩擦磨损试验机上进行卡瓦磨损套管试验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDAX)对套管磨损表面的形貌及元素成分进行分析。结果表明:套管的磨损性能与载荷和接触的卡瓦材料有关;随着卡瓦材料的硬度和载荷的增加,套管的磨损加重;在重载荷作用下,套管磨损机制主要为接触疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,表面犁沟现象明显。     

全尺寸石油套管冲击滑动复合磨损试验机的研制

介绍了一种新型石油套管磨损试验机的工作原理和检测方法,该试验机能模拟存在钻井液介质润滑条件时钻杆接头外壁与套管内壁之间以恒定加载、脉动加载或冲击加载工况下的套管磨损状况。试验前钻杆接头试件被固定在一个可上下直线运动的滑动平台上,固定不动的套管试件有间隙地套住钻杆接头试件。试验时利用变频调速电机驱动钻杆接头试件旋转,同时由液压伺服系统推动滑动平台下行带动钻杆接头试件外壁挤压套管试件内壁实现恒定或脉动加载,或者由偏心轮机构驱动滑动平台先上行后下落来带动钻杆接头试件对套管内壁进行冲击。在数据采集方面该试验机综合利用多种传感检测技术、数据采集和软件处理方法实现了对试件的线性磨损量、接触载荷、摩擦因数和近摩擦表面温度等摩擦学参数的在线测试。初步试验结果表明可利用该试验机对套管磨损问题进行系统的试验研究,从而为深入研究套管磨损机制提供技术支持。     

超深井5in钻杆使用动力卡瓦可行性评估

超深井使用动力卡瓦起下钻作业时,如钻具的悬重过大,钻杆被夹持部位在强挤压力下,易产生塑性变形,导致"缩颈"损坏,引起重大事故。文中分别采用传统设计方法和使用Abaqus有限元分析软件对某井5 in钻具、悬重220 t、卡瓦夹持长度为420 mm等条件下,对钻杆承载极限分析计算,分析认为在6500 m井深下,5 in钻杆使用动力卡瓦是安全可行的,可行性评估也证明了这一点。     

液压油管锚锚定机构的设计与研究

液压油管锚是一种管柱锚定用井下工具,抽油时使用液压油管锚锚定套管,可以降低冲程损失、油管漏失、提高泵效,改善管柱受力状态,延长管柱寿命。油管锚的关键是起锚定作用的卡瓦,文中设计了一种液压油管锚,对卡瓦进行了详细设计和ANSYS有限元分析。发现锚定时卡瓦最大应力出现在卡瓦牙上,卡瓦牙发生微小屈服,卡瓦牙根部和其余部位应力较小,卡瓦不会发生断裂失效。微小屈服使卡瓦牙与套管内壁的接触由线接触变为面接触,摩擦力更大,锚定更加可靠。     

基于有限元分析的完井封隔器卡瓦力学探讨

随着我国油田开采工程规模的不断扩大,油田中出现了越来越多的高温高压井。由于高温高压井况极其复杂,对完井封隔器的性能要求也越来越高。卡瓦是封隔器中的重要组成部分,当完井封隔器卡封后,卡瓦能对封隔器进行支撑。由于井底的高温高压环境中,卡瓦容易出现变形、断裂的状况,建立了整体式卡瓦模型,得到卡瓦沿应力槽断裂的最小应力和相应的卡瓦强度方程式;并进行有限元分析,得出卡瓦咬入套管深度和与套管的接触应力,对高温高压深井完井封隔器的定位性能和井下作业安全具有重要意义。     

钻杆、套管磨损分析与防磨措施研究

经济社会的持续快速发展,极大地促进了矿井开采事业的飞跃,带动了矿用钻杆、套管制造加工技术的进步。在钻杆、套管应用环境日趋复杂和应用强度日趋提高的情况下,磨损及防磨问题成为加工制造实践的一项重要课题。因此,介绍钻杆、套管的磨损机理,分析影响钻杆、套管磨损的诸多因素,着重探讨摩擦系数对钻杆、套管磨损的影响,并结合相关实践经验,分别从安科耐磨带等角度与方面提出减缓套管磨损的有效措施。     

应力监测技术在钻井架调整中的应用

利用设备状态监测与故障诊断技术解决了生产中钻杆与转盘方形卡瓦偏磨的技术难题,为钻井设备的维修决策提供了依据。     

损伤钻杆断裂的有限元仿真分析

钻杆在作业过程中,需要通过卡瓦夹持,才能顺利作业,但卡瓦在钻杆表面会留下作业损伤。为了防止损伤导致的钻杆断裂,影响结构安全性,以某深井作业钻杆实际工况为例,创建含横向半椭圆形表面裂纹的钻杆有限元模型,数值研究拉扭复合载荷下,3种类型的形状因子沿裂纹前缘的变化规律;通过多项式拟合得到形状因子表达式中对应的系数,进而推导出等效应力强度因子的表达式。仿真计算结果表明,在（0.6～0.8）之间存在一临界形状比,裂纹最深点和边界相邻点处的等效应力强度因子值在此处相等。拟合得到的等效应力强度因子表达式,为进一步研究损伤钻杆表面裂纹扩展和寿命预测提供参考。     

顶驱下套管用卡瓦板承载能力分析及卡瓦牙结构优化

针对顶驱下套管用卡瓦牙板承受较高拉扭载荷后出现夹持不稳、牙齿磨损与齿尖断裂等问题,基于薄壳弯矩理论,考虑卡瓦板工作时承受的轴向力、径向力、扭矩,建立了卡瓦板的承载能力力学模型;基于响应曲面法,建立了卡瓦牙尺寸优化数学模型,并对优化数学模型进了方差分析。结果表明,卡瓦板长度大于200mm时,扭矩对卡瓦板承载能力的影响逐渐变大,扭矩对承载能力的影响不能忽略;所建卡瓦板承载能力力学模型取1.15倍安全系数后可应用于工程实践;方差分析证实了卡瓦牙数学模型的合理性,并得出了卡瓦牙最优结构参数,使卡瓦牙应力减小了17%。     

卡点计算的有限元分析

在修井作业中钻杆被卡不是偶然的事,常常需要判断钻杆卡点位置.为了寻找判断卡点位置的理论依据,需要弄清楚钻杆在套管中的力学行为特征.在深达千米甚至数千米的油水井中,利用常规手段是难以描述出钻杆工作时的应力应变状态以及钻杆的变形形态.而利用有限元法有望模拟直井中钻杆在套管中的变形形态,并给出提升力与钻杆变形量的计算结果.现场施工工程师可以根据提升力与钻杆变形量之间的关系,判断出钻杆在井下的卡钻的位置,从而利用合理的手段和工具解决卡钻问题.研究目的就是要实现直井管柱的有限元模拟过程,并通过对有限元计算结果的分析,认识套管中修井钻杆的力学行为特征,为判断卡点位置提供分析依据.     

可钻式桥塞卡瓦结构优化设计

针对水平井分层压裂中常用的可钻式桥塞的卡瓦系统,采用有限元分析其坐封、承载过程中的力学特性,研究了镶齿类和铣齿类卡瓦牙主控参数(呀型、牙瓣数、牙弧半径、卡瓦背锥着力长度等结构参数)对卡瓦锚定性能的影响,并优化设出了一种新型复式桥塞卡瓦结构。理论分析结果表明:复式卡瓦结构在保证速钻性的基础上,具有更高的承载能力,且大大降低了应力集中现象对套管的损伤。这对于目前的页岩气井和深井与超深井高强度地层分层压裂提供一种新的选择。     

桩基础施工新技术专题讲座(二十三) 气动潜孔锤与长螺旋钻孔机组合技术(上)

气动潜孔锤长螺旋钻孔灌注桩成孔原理该成孔原理属于气动潜孔锤同步跟管成孔施工技术,利用双动力头分别驱动钻杆和设在钻杆底部的气动潜孔锤及外部钢套管。钻杆动力头带动长螺旋钻杆及底部潜孔锤作顺时针转动,潜孔锤在压缩空气作用下所产生的冲击功和冲击频率直接传给锤头快速破碎孔内岩石;同时套管动力头驱动钢套管逆时针旋转,钢套管下端环状合金钻头切割岩层与潜孔锤同步跟进成孔;穿管过程中形成的渣土和岩石颗粒借助于潜孔锤排出的压缩空气从钢套管与螺旋杆之间向上吹起排出套管外,从而实现孔底冲击回转钻进与清孔同步施工。     

钻杆转速对石油套管磨损的影响

为得到钻杆转速对石油套管摩擦磨损性能的影响,采用N80碳钢材料加工制作销盘,G105钢材加工制作销钉,在油基钻井液润滑条件下使用UMT摩擦实验机开展了套管摩擦磨损销盘实验.分析了销盘磨损速率、摩擦系数、表面形貌、磨损产物的组成以及不同钻杆转速下钻井液温度的变化.结果表明:在实际钻杆转速范围内(60 r/min～140 r/min),套管磨损率随着转速的增加先降低后逐渐增加;在较低转速下(60 r/min),套管磨损机理主要为氧化-磨粒磨损;在高转速下(140 r/min),套管表面磨损机理转变为腐蚀-磨粒磨损;钻杆转速越高,套管受腐蚀磨损越严重,套管失效风险增加.在中等钻杆转速80 r/min下,套管磨损率最低.研究结果可为钻井工程师、产品供应商和相关行业的制造商减少套管磨损提供参考.     

修井机卡瓦重要承载部件的有限元分析

研究并设计了不压井修井机卡瓦的基本结构,得出了卡瓦所能占用的最大空间、夹紧管柱所需的最大摩擦力及气缸所需要提供的最大支持力。通过有限元软件对卡瓦重要承载部件进行分析,得出卡瓦体与管柱的最大变形量和最大许用应力。