自激振荡式旋转冲击钻井工具在永938井的应用

自激振荡式旋转冲击钻井工具是利用井底水力能量增强钻头冲击力,优化井底流场,提高井底岩屑的净化效果,改善岩石受力状况,从而达到提高机械钻速的目标。永938井沙三下至沙四上泥岩地层中对ZJXC-178型自激振荡式旋转冲击钻井工具进行了钻井试验,工具累计人井时间260h,纯钻时间208．7h,进尺983m,平均机械钻速4．71m／h。实验结果表明,与相同地层使用同类型钻头的邻井常规钻井相比,平均机械钻速提高35．9％,与同井相邻井段相比,平均机械钻速提高50．5％。     

振荡冲击器工作性能理论分析及其结构优化

针对国内外近几年来主要使用振荡冲击器来提高机械钻速,对此类工具的工作性能进行了理论研究并提出了它在工程技术应用中的结构优化方法。在对振荡冲击器的结构及工作原理进行分析的基础上,首次将瞬变流理论引入并建立了水力脉冲波动压力模型,利用MATLAB软件进行了振荡冲击器水力脉冲数值模拟计算,进而分析了不同因素对振动冲击性能的影响。得出了关键零部件--盘阀的过流面积变化特性,以及盘阀偏心距e和过流孔半径r对振荡冲击器性能影响规律。建立了该工具产生振动冲击的目标函数,并给出了水力脉冲装置优化步骤。在此基础上,加工了工具的样机,并进行了室内试验。试验验证了振荡冲击器的设计合理性、理论分析的有效性和数值计算的准确性。研究结果为水力脉冲工具优化提供指导意义,并为振荡冲击器在钻井现场应用提供理论支撑。     

弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置设计测试

经济的快速发展对于石油的需求不断地增加,做好石油的开采对于保障经济的发展有着极为重要的意义。旋转冲击钻井技术能够应用于深井和超深井中,并能够有效地在现有钻井工艺条件下有效提升机械钻井速度。通过利用旋转冲击这一原理采用短螺杆马达带动冲击锤的方式在钻井面上产生周期性的冲击载荷,设计了弹簧蓄能激发式的旋转冲击方式的钻井装置通过旋转和纯机械碰撞的方式在钻井的过程中产生持续的冲击载荷。本文在分析弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置结构特性的基础上对冲击效果进行了测试验证。     

多维冲击提高PDC钻头破岩效率的机理研究

在一维冲击辅助破岩技术基础上发展出了更加高效的多维冲击破岩技术,但相应的破岩机理研究却不够深入。为揭示多维冲击提高PDC钻头破岩效率的机理,建立了冲击-切削破岩分析模型,模型将一维和多维冲击作用视为不同角度的单齿冲击问题,通过有限单元法探讨了轴向、扭向和多维冲击作用下岩石的损伤演化和岩屑形成过程,并进一步计算和分析了冲击角度范围为0°~90°的破岩比功,通过现场试验对模拟结果进行了验证。结果表明:一维与多维冲击的岩石破碎机理不同,多维冲击破岩过程同时受到挤压和剪切裂纹的影响;不同冲击速度矢量存在不同的最优冲击角度使破岩比功最低;多维冲击器提速幅度高于一维冲击钻井工具;研究结果有助于传统冲击钻井工具与结构优化的技术升级。     

自激振荡式冲击钻井提速系统输出凿入力特性研究

冲击载荷高效破岩的技术优势已得到广泛认可,同时也是目前油气钻井提速的主要途径,自激振荡冲击钻井提速技术便是联合动静载荷,发挥其高效破岩特点,实现油气钻井提速的成功应用。基于自激振荡工具本身特性及前期现场试验研究,建立了自激振荡冲击凿入数学模型,定量分析了自激冲击力幅频特性、钻压及凿入系数对系统输出凿入力的影响,研究结论与实际认识相符,并进行了现场应用。研究表明:自激冲击力频率及幅值不会影响系统输出凿入力的振动平衡值,但其凿入力波动幅度与输入自激冲击力的幅值成正比,与输入振动的频率成反比;钻压不会影响冲击凿入力的频率和波动幅值,但相同冲击参数下,钻压越大,凿入力平衡值相对于初始值的增加幅度越大,大钻压可有效提高凿入力冲击效果;凿入系数虽不会影响凿入力的最终平衡值,但凿入系数增加导致凿入力波动更加强烈,且凿入力达到最终平衡值的时间越短。     

BE型橡胶隔振器冲击极限载荷研究

采用试验方法对BE型橡胶隔振器的冲击极限进行探索,获得隔振元件的冲击极限及极限载荷下的破坏模式。通过有限元软件ABAQUS,采用Marlow模型模拟橡胶材料,对BE型橡胶隔振器的抗冲性能进行数值模拟,无论极限载荷还是隔振元件的破坏模式,数值结果均与试验结果吻合较好,表明该数值方法能有效模拟隔振器的抗冲性能,是研究橡胶隔振器冲击极限载荷的一种有效手段。     

就地化保护装置跌落冲击载荷下的可靠性分析

目的 为了评估就地化保护装置跌落冲击载荷下的失效情况。方法 基于显式动力学理论,采用有限元法对就地化保护装置进行跌落冲击的建模仿真。分析PCB板变形与焊点失效之间的关系,探讨元件封装方式对产品抗跌落冲击性能的影响,提出以Von Mises准则得到的焊点最大应力联合跌落寿命模型,进行元件封装可靠性评估的分析方法。针对元件不同封装方式的装置进行跌落验证试验。结果 就地化保护装置跌落冲击仿真结果与试验结果基本吻合。结论 验证了评估元件封装失效分析方法的准确性,为推断产品可靠性提供了理论支撑。     

液动冲击旋转钻井技术在石油工业中的新进展及发展方向

液动冲击旋转钻井技术是在旋转钻井基础上发展起来的钻井新技术,是在钻头上部联接冲击器,将冲击钻进和旋转钻进相结合的一种钻井方法。调研了液动冲击旋转钻井技术的技术特点,和液动冲击器在国内外的最新发展和现场的应用情况。总结了液动冲击旋转钻井技术的破岩机理及钻井参数的优选方法和钻柱的动力学理论。基于目前液动冲击旋转钻井技术的发展现状,结合目前正在兴起的旋转导向钻井技术,对该技术的发展趋势进行了展望。     

水力加压器在渤南区块钻井中的应用

随着胜利油田勘探开发向深层发展,由于地质结构复杂,地层可钻性差,井身质量难以控制,钻井难度越来越大,造成钻井周期长,机械钻速低。在渤南区块钻井施工中为降低钻井成本,保证井身质量,提高钻井速度,试验应用了一种新型钻井提速工具一水力加压器,并在多口中深井得到成功应用。结果证明该工具具有一定的防斜和纠斜效果,并可减少井下钻具疲劳损害,提高钻柱和钻头的使用寿命。特别是在215．9mm井眼中,使用带有水力加压器的钻具组合比常规钟摆钻具组合机械钻速可提高27．4％～107．5％,大大降低了钻井成本。     

钢丝绳隔振器冲击特性试验研究

采用气缸式冲击模拟台对钢丝绳隔振器进行了冲击特性试验研究，介绍了试验系统及测量方法。在比较符合舰船实际冲击环境的情况下，获得了钢丝绳隔振器压缩和拉伸方向完整的特性曲线。试验结果分析表明，钢丝绳隔振器表现出明显的冲击软化现象，其冲击刚度特性小于静刚度和动刚度，而且它具有大阻尼耗能特性，是比较理想的抗冲元件。     

新型涡轮驱动水力振荡器设计与实验研究

提出了一种新型的石油钻井用水力振荡器,可有效降低管柱摩阻,提高钻井效率.该水力振荡器采用涡轮驱动,并使用双偏心动定阀作为压力脉冲发生机构.通过建立双偏心动定阀的运动特性方程,结合实际工况得出阀盘的最优尺寸.通过选定阀型的水力振荡器性能测试实验,得出在模拟钻压为30kN,流量为28L/s,工作介质为清水时的振动冲击力约为15 859N,振动位移约为4.1mm,振动频率约为11.4Hz.该分析与实验结果对水力振荡器的设计与应用具有指导意义.     

KA弯曲型橡胶隔振抗冲器冲击极限载荷研究

通过逐步增加冲击当量的试验方法对KA-100弯曲型橡胶隔振抗冲器的冲击极限载荷进行探索,获得隔振元件的极限冲击载荷。通过ABAQUS有限元软件及Yeoh超弹模型及粘性阻尼方法分析几何非线性占主导的弯曲型橡胶隔振抗冲器的冲击极限载荷。分析与冲击试验结果吻合较好,表明采用数值仿真方法可以作为冲击大变形橡胶隔振抗冲器冲击极限载荷研究的一种有效手段。     

动海水腐蚀模拟试验的发展

综述了动海水腐蚀模拟试验的研究概况,主要阐述了旋转试验、管流式模拟试验、喷射冲击试验、高速冲刷试验等４类试验方法及其优缺点,进而展望了动水腐蚀的研究动向和发展趋势。     

自激振荡脉冲射流破岩效率数值模拟

基于任意拉格朗日-欧拉流固耦合罚函数算法,建立自激振荡脉冲射流破碎岩石的数值计算模型。对比相同工况下的数值模拟结果与实验结果进行模型验证。根据自激振荡脉冲射流的自身运动规律对其破岩过程进行数值模拟,结合岩石岩性分析脉冲振幅和脉冲频率对破岩效率的影响。结果表明:随着脉冲振幅的增大,冲蚀深度先后经历线性快速增长和平缓增长阶段,破岩效率显著提高;岩石的岩性会影响冲蚀深度的增长速率;随着脉冲频率的增大,冲蚀深度表现出先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势;自激振荡脉冲射流破岩存在一个最优脉冲频率,该频率下破岩效率显著提高,且不同岩石具备不同的最优脉冲频率。数值模拟方法较好地还原了自激振荡脉冲射流破岩的物理过程,为自激振荡脉冲射流在地下工程领域的应用有一定指导意义。     

卫生型离心泵水力性能的参数化研究

为给卫生型离心泵过流部件结构的优化设计提供依据,采用CFD分析软件Fluent对卫生型离心泵内部流场流动进行了数值模拟和水力性能的参数化分析.给出了建模和流场分析方法,分析了泵内流体速度和压力的分布特性,基于流动模拟结果预测了水力性能.性能预测结果与试验结果吻合较好.关键结构参数对水力性能影响的计算结果表明,叶轮轴向间隙、叶片宽度、叶轮与蜗壳直径比等参数均存在最优值.研究结果对卫生型离心泵的结构改进和性能提高具有参考价值.     

隔振缓冲元件轴向拉伸冲击特性检测方法

水下非接触爆炸攻击作用下,隔振缓冲元件必然会产生剧烈的冲击压缩及拉伸响应,大量的实船及模型试验表明轴向拉伸往往会造成比轴向压缩更为严重的后果。但国内对于隔振缓冲元件拉伸条件下的冲击特性研究较少,相关特性参数的缺失已严重影响设备抗冲击能力的设计及计算,需要开展一些探索性的工作。为此,基于落锤冲击法,提出一套有、无预压条件下隔振缓冲元件轴向拉伸冲击特性参数的测试方法,并分别对两种型号的橡胶型隔振器开展拉伸冲击特性检测。通过试验结果与基础冲击法试验结果比对,表明采用落锤冲击法开展隔振缓冲元件轴向拉伸冲击特性的测试是可行的。同时,该文的试验结果也可为选择合适的隔振缓冲元件轴向拉伸和压缩冲击特性参数检测方法提供依据。     

隔振元件的冲击特性数值分析及试验研究

运用轻气炮试验装置发射的炮弹撞击砧块,再利用砧块的惯性对抗冲元件施加冲击载荷,分别测量隔振元件所受到的力和位移,可以得到隔振元件的抗冲动态特性,本方法解决了测评抗冲元件动态特性的问题,为抗冲元件动态特性的研究提供了新的试验方法.同时,运用有限元法对试验进行了动态数值分析,数值分析结果与试验结果进行了比较,取得了较好的效果,这为在试验比较困难情况下对抗冲元件动态特性进行研究提供了新的手段.     

基于流固耦合的管道双车振动运移水力特性研究

为了探究流固偶合作用对筒装料管道水力运输流场水力特性的影响,采用商用ANSYS Fluent 12.0软件对管道流场和管道双车结构响应进行联合求解,并分析管道双车在平直管道振动运移的水力特性。管道流场计算采用雷诺时均动量方程和RNG k-ε湍流模型,管道双车结构响应计算采用刚体运动方程。结合模型试验,分析轴向流速及测压管水头,并将模拟结果与试验结果对比。结果表明:模拟结果与试验结果一致,最大相对误差不超过5.36%,说明采用流固耦合方法求解管道双车在平直管道振动运移的水力特性是可行的;管道双车瞬时速度与间距均在微小范围内呈不规则振动变化,可将管道双车振动运移视为恒定运动。     

斯特林制冷机混合填料回热器性能优化及试验研究

针对旋转整体式斯特林制冷机的回热器性能优化,讨论了回热器丝网填料选型的原则,分析了不同温区采用不同丝网参数的回热器模型,并利用REGEN软件对混合丝网模型进行了优化分析。通过实验数据对模拟优化的结果进行了分析和讨论,验证了混合丝网模型优化结果的正确性,为旋转整体式斯特林制冷机回热器性能优化提供依据。     

基于CFD-DEM耦合的水平井PDC钻头水力结构研究

钻采深层页岩气的水平井段多为泥岩、页岩等黏性地层,为提高钻井效率和减少钻头泥包的发生,必须保证井底岩屑被快速运移,这对PDC （polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片）钻头的水力结构提出了要求。为此,基于CFD-DEM （computational fluid dynamics-discrete element method,计算流体动力学-离散单元法）耦合方法,对水平井PDC钻头井底流场进行数值模拟分析,并以岩屑滞留量和岩屑运移比作为评价指标,对直径为152.4 mm的五刀翼PDC钻头的流道形状、喷嘴数量、喷嘴排布方式及喷嘴直径等水力结构参数进行分析。最后,对水力结构改进后的PDC钻头进行现场应用。数值模拟结果表明：流道形状为抛物线型的PDC钻头具有更好的携岩性能;在总喷射面积相同的情况下,PDC钻头应采用较少数量的喷嘴;喷嘴等径排布的PDC钻头的携岩性能优于非等径排布的;在一定范围内,适量减小PDC钻头喷嘴直径有利于岩屑运移。现场应用结果表明,在同区块、同地层的多个水平井段钻进时,水力结构改进后PDC钻头的钻井效率更高。研究结果可为PDC钻头结构优化提供参考。