液动射流式冲击器工作数学模型建立

从液动射流式冲击器活塞冲锤的受力分析入手，建立了活塞冲锤的运动方程，并求出了解析解，编制了液动射流式冲击器计算机辅助设计软件。液动射流式冲击器设计软件的计算结果与室内冲击器试验进行了对比拟合，实测值与计算值吻合的较好，误差小于6％，并通过软件模拟计算得出了各参数变化对冲击器性能参数的影响，为液动射流式冲击器的设计提供了理论依据。     

新型液动射流冲击器顶紧及密封机构设计

针对液动射流冲击器中压盖与射流元件之间出现的密封及缸体活塞卡死问题,设计了新型碟簧元件顶紧及密封机构,对该密封机构进行了理论计算、强度校核和性能测试试验。试验得出了该结构射流冲击器的最大冲击功、冲击频率和冲击末速度,得到了冲击器性能参数与操作参数之间的关系曲线。试验结果表明：该机构可以解决液动射流冲击器内部零部件因预紧力不足导致的密封失效和因预紧力过大导致缸体变形、活塞运动受阻或卡死的问题;冲击器的性能参数得到了优化,可以根据现场所需的冲击功和冲击频率,对冲击器的流量等操作参数进行调节,以满足不同地层岩性的钻井需求。     

液动冲击器工作动力学模拟研究

液动冲击器工作性能是影响冲击旋转钻井技术现场应用效果的主要因素之一。为充分发挥冲击旋转钻井技术的应用效果，在考虑射流元件工作特性的基础上，运用流体力学理论建立了液动冲击器工作动力学模型，并编制了计算液动冲击器性能参数的模拟程序，通过模拟计算程序得到了在不同液动冲击器结构参数和钻井水力参数下液动冲击器基本参数的变化规律。该动力学模型不仅可用于改进液动冲击器的设计，而且可用于优选液动冲击器的性能参数和冲击钻井钻具组合设计。该研究成果在四川川东地区龙会4井和天东90井得到了应用，对现场施工设计起到了较好的指导作用。     

液动射流冲击器顶紧及密封机构设计与试验

针对以往液动射流冲击器中元件压盖与射流元件之间出现的密封失效、缸体变形及活塞运动受阻等问题,设计了新型碟簧元件顶紧及密封机构。对该密封机构进行了理论计算、强度校核和性能测试试验,得出了该结构射流冲击器的最大冲击功、冲击频率和冲击末速度以及冲击器性能参数与操作参数之间的关系曲线。试验结果表明,该液动射流冲击器工作正常,稳定性良好,在不同排量下具有稳定的冲击功、冲击末速度和冲击频率。现场应用中,可以通过调节冲击器的行程参数和操作参数获得最佳的冲击功和冲击频率,以满足地层岩性的钻井需求。     

塔河油田液动射流冲击器+PDC钻头提速技术

为了进一步提高塔河油田深部硬地层的机械钻速,基于旋冲钻井技术理论与实践经验,开展了液动射流冲击器+PDC钻头提速技术研究与实践,探索液动射流冲击器与PDC钻头配合使用提高深部地层机械钻速的技术可行性。首先根据塔河油田深部硬地层的特点及与冲击器配合的要求,优选了PDC钻头;接着利用液动冲击器性能测试系统,测试了液动冲击器各结构参数对其性能的影响;最后根据测试结果及所优选PDC钻头的抗冲击性能,确定了液动射流冲击器的结构及性能参数。液动射流冲击器与PDC钻头配合在 S116-3 井、TP324井和TP328X井的奥陶系地层进行了应用,机械钻速与同井上下井段及邻井相同井段相比,提高了32%~45%。这表明液动射流冲击器与PDC钻头配合使用,可以提高塔河油田深部地层的钻速。      

阀式液动射流冲击器的研制

液动射流冲击器在深井模拟实验室的试验结果表明，其在实际应用中具有良好的可行性和应用前景。与此同时，也发现了一些问题，如由于喷嘴过流断面较小等原因导致的射流元件易损坏的问题，所以需要增大喷嘴过流断面。但这种改变必然对射流切换造成影响，其它结构参数必须重新设计。而大量模拟试验表明：增大喷嘴过流断面，调整其它相关结构参数，射流能够实现切换。为此，实际冲击器在设计时增设一阀，将信号道移到中板，改变劈形，排空孔下移且合二为一。重新设计的阀式液动射流冲击器与同规格射流冲击器相比，在冲击功及冲击频率方面相差不大，但压耗大幅度降低。     

旋冲钻井参数对破岩效率的影响研究

通过理论和试验相结合的方法,分析了旋冲钻井参数对破岩效率的影响及钻井参数与冲击器性能参数间的关系,讨论了石油钻井中常遇到的泥岩、砂岩、灰岩的基本特性参数与冲击器的冲击功和冲击频率的关系,给出了岩石强度、可钻性及硬度与冲击器性能参数的关系.     

钻井用液动冲击器的参数测试系统

钻井用液动冲击器主要由接头，外缸，射流元件，缸体，活塞，冲锤，外筒，砧子等组成，根据其结构特点设计了一套参数测试系统。通过室内测试得到了准确的冲击器测试参数。对调节冲击器的性能及结构改造设计起到了至关重要的作用。文章简要介绍了钻井用液动冲击器的基本结构及工作原理，着重介绍了冲击器测试部分的软硬件结构组成及功能特点。     

?228.6 mm射流冲击器研制及硬地层提速试验

涪陵页岩气田二开?311.1 mm直井段钻遇的龙潭组、茅口组地层坚硬,可钻性差,钻头使用寿命短,机械钻速低。为了提高该井段机械钻速,研制了?228.6 mm射流冲击器,并进行了台架试验,结果显示,该射流冲击器性能参数可调范围大,当行程、冲锤质量和排量变化而其他条件不变时,冲击力、单次冲击功、冲击频率随之呈近线性变化。在台架试验的基础上,优选了?228.6 mm射流冲击器的结构及性能参数,优化了钻具组合及旋冲钻井参数,并在焦页109–1HF井硬地层进行了现场试验。现场试验结果表明,?228.6 mm射流冲击器提速效果显著,较邻井二开平均机械钻速提高104.9%。?228.6 mm射流冲击器的成功研制,为涪陵页岩气田二开直井段硬地层钻井提速提供了有效的技术手段。      

沙特HWY区块HWY-116井提速技术

为提高沙特HWY区块三开直井段钻进坚硬、强研磨性地层时的机械钻速,在HWY-116井三开井段进行了液动射流冲击器旋冲钻井技术试验。根据液动射流冲击器性能参数与岩石抗钻特性参数的关系,与HWY-116井钻井设计结合,优化了钻具组合,选择了与液动射流冲击器配合的PDC钻头,优化了旋冲钻井参数,形成了适用于HWY-116井的?228.6 mm液动射流冲击器旋冲钻井提速技术。应用该提速技术后,HWY-116井三开井段机械钻速为9.40 m/h,与邻井相同井段相比提高了45.5 %。这表明,应用液动射流冲击器旋冲钻井技术可以提高沙特HWY区块坚硬、强研磨性地层的机械钻速。      

渤海绥中36-1油田丛式井口隔水套管设置与施工贯入

以渤海绥中36-1Ⅱ期开发工程平台丛式井口为实例,简述在优快钻井等工艺条件下隔水套管的作用,以及隔水套管作为非结构构件在以往设计中存在的某些不规范问题;论证绥中36-1Ⅱ期开发工程平台丛式开钻进中减少套管设计入土深度、采用小直径钢桩打入等问题;根据贯入特性、工程规范和施工特点,提出了有关桩锤配置与动力连续作业等技术的改进措施。     

空气锤钻具防斜机理研究

空气锤在提高气体钻井机械钻速的同时可以有效控制井斜。通过对井底应力及空气锤破岩过程的研究,利用摩尔-库伦准则建立了考虑岩石本身以及周围压力的各向异性指数计算公式。结合空气锤的破岩特性得出空气锤钻具的防斜机理为:空气锤钻具的破岩力主要来自于内部冲击力,较小的钻压使钻具变形较小;空气锤的半圆形牙齿以及巨大冲击载荷使待破碎岩石的局部各向异性指数变小;空气锤低转速条件下的高频冲击有利于克服岩石的各向异性而实现平衡破碎。      

空气锤钻井机械比能计算方法

空气锤钻井是目前硬质岩层钻井提速提效的重要工艺,为了实时评价空气锤钻头的工作效率,提高钻井施工可控性,对空气锤钻井机械比能计算方法进行了研究。基于前人提出的机械比能相关理论,分析了空气锤钻头机械结构和钻进机理,引入冲击效率和冲击速度等参数修正完善机械比能计算模型,并提出能量传递效率η_tr,辅助分析空气锤钻井效率。根据以上理论模型,研制了空气锤钻井机械比能计算软件,可综合利用钻井参数、岩石力学参数、机械比能、能量传递效率等多种连续曲线剖面科学评估空气锤钻头的钻井效率,并采用元坝区域的钻井数据进行验证。结果表明,该计算方法得到的空气锤机械比能和能量传递效率对钻井效率的评价基本与现场实际情况相符,本文所研究的方法对评价空气锤钻井效率、优化钻井参数和钻后分析具有重要意义。     

反循环空气锤及其在气体钻井中的应用前景

在介绍常规空气锤钻井技术及其应用的基础上,研究了反循环空气锤在国内外的发展现状,分析总结了反循环空气锤用于气体钻井所能发挥的技术优势。反循环空气锤在油气勘探钻井领域具有广阔的应用前景,研制开发适合气体钻井用的反循环空气锤具有重要现实意义。     

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明：空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效　情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接Ø279. 4 mm 钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施     

新型液动射流冲击器实验

针对天然气深井、超深井钻井中难度大，时效低，钻头寿命短等问题，提出在深井、超深井钻井中采用新型液动冲击回转钻井技术。新型液动射流冲击器包括肺形阀式射流冲击器、盖板流阀式射流冲击器、连体阀式射流冲击器、麻雀型阀式射流冲击器，其工作原理与传统射流冲击器类似。实验包括凹劈、凸劈、尖劈、平劈实验。实验结果表明：通过改变劈形，增加阀等措施，除麻雀型阀式射流冲击器外，均可实现正常冲击。但连体式射流冲击器中的阀及尖劈极易损坏。为了实现深井钻井，建议采用加大喷嘴过流断面面积、改变劈形等措施来解决新型液动阀式射流冲击器易损坏的问题。     

浅层折射重锤激发系统的研制

本文解决了浅层折射施工中重锤作为激发源研制的问题。通过对车装钻机进行改造,将重锤安装在井架上,依靠重锤自身重量撞击地面,最后利用同步装置触发浅层折射仪来完成采集工作。通过多次试验,解决了浅层折射施工中重锤激发方式的同步问题和重锤激发方式的可行性。有效降低了安全风险,减少了对环境的污染和破坏,该方法特别适合在城市、村庄、道路、新疆坎儿井等区域施工。     

防流体倒灌的新型泡沫锤研制及其应用

空气锤在油气田研磨性地层提速和高陡地层防斜应用中逐步成熟,但还存在出液地层钻井作业受井底压力的影响而出现输出功率低甚至不工作,以及停止循环时地层液体倒灌气缸而污染空气锤的问题。为此,研制出了同时适应于气体(干气)和雾化泡沫(湿气)钻井介质、具备防止井下流体倒灌的新型泡沫锤。该泡沫锤与空气锤相比,优化了气室结构以保证气体和雾化泡沫钻井介质的输出功率;新增的防倒灌装置在接单根时,依靠泡沫锤阀体与液体当量密度差推动阀体向上运行,可封闭地层流体进入泡沫锤的通道。在松辽盆地徐深气田外围的肇深17井下白垩统泉头组、登娄库组开展了现场试验,泡沫锤在气体介质条件下相比常规钻井机械钻速提高6.5倍,相比气体牙轮钻井提高1倍;在泡沫介质条件下相比常规钻井机械钻速提高2倍且钻进过程未发生井底流体倒灌现象。试验结果表明,所研制的泡沫锤在气体介质条件下相比空气锤输出功率未降低且具备了适应雾化泡沫钻井介质和防井下流体倒灌的能力。     

空气锤撞击应力波模拟研究

空气锤钻井具有转速低、钻压小、控制井斜容易、提高机械钻速、减少钻井时间和成本等优点，因而在国内外各个领域受到广泛的重视和应用。但是研制大直径、高性能空气锤仍然是目前的难题，空气锤活塞和钻头在撞击过程中产生极高应力，严重制约了空气锤尺寸的设计，导致构件寿命大大降低。根据应力波传播理论及赫兹非线性撞击理论，应用差分原理对空气锤整个撞击过程、撞击过程中活塞和钻头受力进行了模拟研究，并编制了空气锤撞击应力波的模拟程序；应用此程序就活塞中截面位置变化对其性能的影响进行了研究。通过实例分析，得出空气锤活塞中截面位置对活塞受力影响较大，对整个凿入效率影响不大的认识。