螺杆钻具整机性能试验研究

螺杆钻具整机试验台测试排量、压力、转速、扭矩参数,通过对螺杆钻具试验性能参数研究可以很好的掌握螺杆钻具的软特性.通过性能试验可以测定启动压力、每级压力;得到制动扭矩与排量关系;确定中空分流水眼尺寸与特性关系.完善试验大纲和检测标准,对判定螺杆钻具的性能非常重要.     

大扭矩螺杆钻具试验台的研制及应用

针对螺杆钻具性能试验的需要,研制了20kN.m螺杆钻具试验台。该试验台由台架主机、加载系统、循环系统和测试系统4大部分组成。加载系统由2台10kN.m的磁粉制动器串联构成,可对φ95～260mm规格的螺杆钻具进行全工况性能试验。试验台采用计算机系统自动实现扭矩加载,调节循环流量,采集扭矩、转速、压差、流量、温度等数据,输出螺杆钻具的性能参数表格和特性曲线。实际应用表明,20kN.m螺杆钻具试验台设计合理,测试数据全面、准确,测试过程自动化程度高,完全能满足生产厂家及油田现场对螺杆钻具性能检测的需要。     

中空螺杆钻具的外特性及其改进

分析了中空螺杆钻具的外特性,探讨了中空螺杆钻具的输出转速、扭矩、功率以及效率与马达压降的关系,从而指出中空螺杆钻具存在着严重的转速软特性和抗载能力差等问题;并在此基础上研制了一种稳流阀,用于改善中空螺杆钻具转速软特性。实验和分析表明,带稳流阀的新型中空螺杆钻具显着改善常规中空螺杆钻具的转速软特性,并且效率也明显提高。文中还提出的中空螺杆钻具的临界排量的概念,可作为评价中空螺杆钻具性能的一个重要指标。     

螺杆钻具台架试验与现场使用的效率分析

通过对螺杆钻具台架试验效率与现场使用效率的对比分析，论述了螺杆钻具在台架试验时一些测试数据的修正方法和评判螺杆钻具实际工作时性能优劣的方法与概念，意图对螺杆钻具的生产和装配操作提供参考。     

等壁厚螺杆钻具的研制与现场应用

为提高螺杆钻具的使用寿命,研制了等壁厚螺杆钻具。通过研究等壁厚螺杆钻具关键参数,确定了172mm等壁厚螺杆定子衬套厚度为10mm,定/转子头数比为5:6;室内等壁厚螺杆钻具与普通螺杆钻具的性能对比试验表明:同等条件下等壁厚螺杆钻具容积效率、转速、输出扭矩、总效率和输出转矩均优于常规螺杆钻具。在现场应用中,等壁厚螺杆钻具比常规螺杆钻具纯钻时间提高48.79%,机械钻速提高30%,进尺增加465.05m,取得了良好效果。     

螺杆钻具性能试验评述

随着钻井新工艺新技术的不断发展，定向井和水平井的数量逐年增多，作为井下动力钻具的螺杆钻具的用量也随之增加，使用维修后螺杆钻具性能的测试问题显得更加突出，螺杆钻具用户普遍反映，经维修后的钻具下井使用时，有时不能正常工作或不能工作，造成重复起下钻，大大影响了钻井效率，因此，建立必要的检测手段是十分必要的，就螺杆钻具试验的两种方式的作用，所能检测的性能参数，评价性能依据以及试验手段的流程原理。进行了综合分析评述。最后就两种试验所得到的参数之间的关系，以及两种试验手段的功率匹配等进行了分析计算。     

预轮廓定子螺杆钻具性能研究

为了研究预轮廓定子螺杆钻具的性能,进行了整机台架试验、马达压降试验及定子温升试验。结果表明,预轮廓定子螺杆钻具比常规定子螺杆钻具有许多优点,例如,单级承压能力强,相同长度下提供扭矩大,硬特性好,耐温性能高。预轮廓螺杆钻具替代常规螺杆钻具,能为定向井、特别是短半径侧钻井提供强有力的钻井动力。实践表明,要充分发挥预轮廓定子的性能,必须在橡胶设计、注胶工艺及匹配零部件方面做相应的研究。     

螺杆钻具试验台应用研究

本文对螺杆钻具的工作原理和工作特性进行了研究,结合螺杆钻具试验原理和试验系统组成,分析研究了螺杆钻具试验结果。     

浅谈螺杆钻具的选择

在油气钻探作业中,科学合理地选择螺杆钻具可以充分发挥螺杆钻具的优势,提高钻井效率。从螺杆本体尺寸、弯度、稳定器结构、定转子头数比以及耐温性能等5个方面,详细讨论了螺杆钻具的选择方法。指出应根据钻井液设计排量确定对应的螺杆钻具尺寸,同时根据所钻定向井的设计造斜率确定螺杆本体弯度;螺杆本体稳定器的大小和形状需根据定向井轨迹控制的要求选择,定、转子头数比应根据对扭矩和转速的要求来选择。建议根据作业井井下温度范围合理选择常温螺杆钻具和高温螺杆钻具。讨论结果可为螺杆钻具的现场应用提供理论指导。     

螺杆钻具特性分析

螺杆钻具采用容积式单螺杆液马达作为动力机。无工作液漏失、无摩擦的理想马达是不存在的。马达工作液的漏失使得螺杆钻具总效率降低，并导致其实际工作特性偏离理论工作特性。在相同负载下，马达副的配合间隙对螺杆钻具的流量—转速特性影响很大，配合过盈量在０～０．３０ｍｍ范围内，螺杆钻具的功率及总效率较高；对漏失量超过２Ｌ／ｍｉｎ的液马达，建议不要继续使用。负载（转子输出扭矩）是影响流量—转速特性的另一重要因素，试验表明，螺杆钻具在最佳工况时的扭矩是制动扭矩的５０％～７０％。按螺杆钻具在不同流量下的扭矩—转速特性，为适应牙轮钻头钻井工况的要求，设计马达时应尽量降低转速，提高输出扭矩。     

油井钻具完整性管理与风险控制

探索建立科学合理的在役钻具检测、评价、维护和使用管理体系,对有效防止钻具失效而引发井下故障具有重要意义.基于风险检测(RBI)的理念,提出了依据钻具失效风险实施完整性管理的方法,阐述了该管理方法的流程及主要内容,分析了钻具失效定性与定量风险评价应考虑的主要因素,探讨了基于风险的钻具检测策略和建立钻具技术状态及适用性评价标准的主要依据,结合磁记忆检测技术的应用实例,介绍了实现钻具视情状态维修与使用管理的途径.实践表明,基于风险检测的钻具完整性管理,对于准确掌握钻具技术状态、有效防止因异常状态钻具入井而引发的井下故障及保障钻具资源的合理利用具有重要作用.      

海上钻具失效的力学特性分析及应用

针对海上钻井钻具失效问题,采用莫尔圆、第四强度理论及能量守恒原理建立了钻具在拉伸及蹩停动载条件下的扭矩计算方法,并进行了实例分析。结果表明,钻具在拉伸载荷或扭矩的作用下更容易失效。本文成果可为海上钻井参数选取和现场操作提供参考。     

近钻头钻具姿态测量的多传感器最小二乘原理加权融合方法

钻进过程的高速旋转和强振动,使得测量钻具姿态的三轴惯性加速度计信号中叠加了离心加速度和振动加速度,导致工具姿态测量结果严重失真。针对由三轴惯性加速度计、三轴磁通门和角速率陀螺仪构建的姿态测量系统,提出了一种多传感器加权融合的姿态测量方法。利用后两组传感器对振动不敏感和钻进过程中井斜角变化缓慢的特点,反解得到加速度计信号的两组参考值,而后依据最小二乘原理确定参与融合的各组信号的权系数,使得融合结果的方差达到最小。仿真实验验证了该方法的有效性,当井斜为1.5°时的振动和转速波动组合实验表明,井斜角解算准确性的各项指标均有明显改善,工具面角随工具旋转呈现明显的周期性变化,该加权融合方法能有效提高钻具姿态动态测量的精度。     

干热岩钻井钻具磨损及防磨技术研究

为了明确干热岩钻井过程中的钻具磨损机理,并采取合适的防磨技术方案来降低钻具磨损,首先分析了井眼内钻柱的运动状态,描述了钻柱与井壁的接触关系,并采用有限单元法建立了钻柱动力学有限元理论分析模型;然后以某干热岩典型实钻井为例,通过求解钻柱动力学模型,分析了钻具与井壁的接触状态;最后以降低钻具与井壁间的接触作用力为目标,探讨了钻具组合和钻进参数对钻具动态特性的影响规律,并进行了钻具组合优化和钻进参数优选,给出了钻具组合、钻进参数防磨推荐技术方案。该防磨技术在某干热岩井钻井作业中进行了试验,进尺116.00 m,稳定器外径磨损3.0 mm,取得了较好的钻具防磨效果。研究给出的钻具组合、钻进参数防磨技术方案,为解决干热岩钻井钻具磨损问题提供了新的技术手段。      

塔深1井超深井段弯螺杆钻具MWD定向纠斜技术

塔深1井五开从6800 m钻进到完钻井深8408 m,所钻油藏岩性以白云岩为主,岩性复杂,给井斜控制带来了极大困难,曾多次采用各种常规的防斜打直技术,都没有取得成功。后使用弯螺杆动力钻具MWD随钻测斜纠斜技术,通过控制钻压、螺杆弯度、工具面,定向与复合钻进来对井斜进行控制,用正确方法精心调整反扭角、选用抗高温高压MWD和动力钻具、下钻分段循环降温等措施克服了超深井段给工具使用带来的问题,有效地控制住了井斜,优质高效地完成了钻井任务。应用结果表明,MWD加弯螺杆动力钻具纠斜是一种高效、安全、简单实用的纠斜方法,不仅在井斜控制困难时有使用价值,在常规钻井中推广使用也能有效提高效率和控制井斜。     

自动垂直钻井工具在蓬莱气区推广应用

四川盆地地质条件复杂,川中蓬莱气区雷口坡～嘉陵江组挤压褶皱变形、地层倾角大、自然造斜率高,常规的弯螺杆定向＋复合钻进方法纠斜效率低,机械钻速慢,钻井周期长,成为该区提速增效的技术难题, 影响整体开发效果。为达到解放钻压、防斜打快、提高机械钻速,实现优快钻井的目标, 在雷一段 ～ 嘉陵江地层和雷一段～飞仙关地层,应用自动垂直钻井方法,使用Power-V、VertiTrak垂钻工具,钻进过程中解放钻井参数,闭环自动调整,使井斜保持垂直,对克服该地区地层倾角大的井斜问题具有针对性。 因此进行了工具优选、施工参数优化和配套技术方案的实施,在PSX13、PSX6井等6口井的钻井中, 平均机械钻速为8.45 m /h, 是未使用该工具邻井的 5.71倍,井斜控制在1 °以内。其中 PSX6、PSX9 井等实现一趟钻超千米进尺,实钻数据表明应用先进的垂钻技术在蓬莱气区降斜提速的效果显著,取得了良好的经济效益和社会效益,可在蓬莱气区进一步推广应用     

PDC轴承长寿命螺杆钻具传动轴总成设计

在深井、超深井中使用螺杆钻具,对螺杆钻具的使用寿命要求越来越高.制约螺杆钻具的效率和使用寿命的关键部件是传动轴总成.对几种螺杆钻具传动轴总成的结构进行对比分析,选用高耐磨的聚晶金刚石复合片(PDC)制造滑动止推轴承,设计出具有长寿命的PDC轴承传动轴总成.分析了PDC轴承及PDC轴承传动轴总成的结构及关键设计参数.井下...     

井口钻塞加压装置的研究与应用

用螺杆钻具钻近地面的水泥塞及桥塞等塞面时,因钻塞管柱自重轻,钻压不能有效作用在钻头处,不仅塞面无法钻穿,而且螺杆钻具产生的反扭矩也无法控制,施工过程中钻进效率低且存在安全隐患。为此,研制了井口钻塞加压装置。该装置利用小修作业设备即可将近地塞面钻穿,同时可安全控制塞面钻穿时的井内压力及螺杆钻具产生的反扭矩。井口钻塞加压装置在大港及江苏油田共应用11口井,成功率100%;该装置简化了施工作业工序,确保了现场作业的安全性,有效提高了生产时效,降低了作业成本。     

川东地区使用PDC钻头的配套钻井液技术

通过对螺杆钻具带PDC钻头钻进对钻井液性能的影响的研究，得到了对钻井液固相含量、固相颗粒粒径分布、流变性、滤失造壁性、润滑性及维护处理量等性能的影响规律，得出了螺杆钻具带PDC钻头钻进的配套钻井液工艺，应用于14口井，完全能满足螺杆钻具带PDC钻头钻进对钻井液工艺技术的要求，并对经济技术效益进行了分析。     

双台肩钻具接头性能校验方法研究与应用

双台肩钻具的抗扭强度比API钻具高,其应用越来越广泛,但由于对双台肩接头的性能无全面的校验方法,导致双台肩钻具在应用过程中经常发生故障。为此,通过总结现场经验、分析双台肩钻具生产厂家及标准的要求、根据双台肩钻具接头的受力,建立了双台肩钻具接头性能校验方法。该校验方法通过计算双台肩钻具接头的钳长、接头内外径匹配程度、上扣扭矩、螺纹抗剪切强度、台肩提升能力和抗压强度等性能参数对其进行校验。中国石油的一些钻井项目,在应用双台肩钻具时,利用该校验方法对双台肩钻具接头的性能进行了校验,发现双台肩钻具接头性能达到要求后未再发生双台肩钻具故障。这表明,利用建立的双台肩钻具接头校验方法对接头性能进行校验,可以保证双台肩钻具接头的性能达到要求,保障钻具安全。