连续管速度管柱优化设计软件开发

目前我国尚无连续管速度管柱优化设计软件,而国外相关软件的计算模型过于陈旧,操作较为困难,功能不满足现场需求。鉴于此,以Visual Studio 2015为开发平台,结合国内气田现场的作业条件和前期计算模型的相关研究,自主开发出连续管速度管柱优化设计软件,并验证了其实用性。软件分为输入和输出2大功能模块,采用菜单框架结构,充分考虑气田现场技术人员需求,力求软件界面简洁,实际操作方便,功能模块齐全。依据所得参数,软件能对连续管速度管柱的下入时机、尺寸及全周期施工方案提供推荐。实例验证结果表明该软件能较好地实现预定功能。研究成果对气田现场的连续管速度管柱施工作业具有一定的指导意义。     

国内外连续管软件研究分析

针对国内目前连续管软件技术长期依赖进口,与国产设备配套性差,严重影响现场施工安全性和作业效率的问题,分析了连续管软件技术现状与国内外的差距所在。在进行大量文献调研的基础上,首先对国外NOV CTES公司的Cerberus软件的架构、基本功能和技术特点等进行了分析,并介绍了国内井下连续管力学分析软件、钻井水力参数计算软件和流体特性参数分析软件,然后对比分析了国内外连续管软件技术,并结合连续管软件编制所需模型的实际应用效果,论述了各种模型的适应性和选择依据,最后针对该技术的发展方向给出了相关建议:加快连续管软件数据库的结构设计速度;优化连续管软件的整体架构;研发配套的连续管检测监控系统。分析表明,国内连续管设计评估软件模块单一、尚无相关产品,严重制约了国内连续管技术的进一步发展。为了解决这一问题,需要对国内连续管软件技术进行持续改进,而研究内容对国内连续管软件技术的完善有一定的借鉴作用。     

连续管钻机注入头驱动系统结构参数设计方法

连续管钻井是钻井技术发展的重要方向,连续管技术要满足钻井需要,要求连续管作业机注入头具有更大的功率,以适应大管径连续管的作业需求。通过对连续管注入头驱动系统进行相关力学计算,建立了注入头驱动系统关键参数优化设计方法,同时运用机械动态仿真软件RecurDyn建立了注入头链条驱动系统仿真模型,验证了优化结果的合理性。分析结果表明,参数优化后的驱动系统模型在相同的连续管线速度条件下运行平稳,各链节的晃动小;注入头驱动系统结构参数确定后,应用机械动力学仿真方法对系统动态特性进行仿真模拟可以减小设计的盲目性。     

钻修机井架承载能力评估系统软件开发

针对现有钻修机井架承载能力和稳定性计算软件存在的不足,结合现场测试数据以及有限元分析软件,开发了钻修机井架承载能力评估系统软件。该评估系统软件采用VB设计用户界面,采用菜单框架结构,包括登陆界面、模块选择主菜单以及各功能模块界面。该软件可以后台调用ANSYS软件,实现井架的有限元计算,并将分析结果实时显示在界面中;同时可以结合现场加载应力测试数据对井架进行稳定性分析和承载能力评估。实例验证结果表明,钻修机井架承载能力评估系统软件可以很好地实现预定功能,界面简洁,操作方便。     

连续管钻井水力加压器结构设计

连续管钻井过程中,底部钻具组合无钻铤,钻压施加困难。为此,设计了一种适用于88.9 mm微小井眼连续管钻井的73 mm三级水力加压器,建立了水力加压器串联在涡轮钻具上方时产生的轴向推力计算模型。为了延长水力加压器的工作寿命,设计了密封性能优良的车氏密封结构;主活塞杆与主缸体之间采用矩形花键连接方式,并进行了矩形花键连接副的接触应力分析。计算与分析结果表明,在钻井液排量5.0～6.0 L/s、密度1.05～1.20 g/cm3条件下可产生50～90 kN的轴向推力,完全满足88.9 mm微小井眼连续管钻井需要。     

赫-巴模式水力参数设计与计算

目前水力参数的计算需要进行流变模式的选择,才能更好地计算出循环压耗,这是钻头水力参数设计与计算的基础。笔者认为采用赫-巴模式进行水力参数的设计比宾汉模式、幂律模式更加简便和准确。在给出用赫-巴流体准确求解循环压耗的基础上,以最大钻头水功率的工作方式为依据,设计出最优的水力路线,以此来优选钻井水力参数和各种喷嘴尺寸。最后通过计算实例和编制的程序对宾汉模式、幂律模式和赫-巴模式进行了分析对比,并对计算结果进行了讨论。实例验证表明,文中的设计方法可满足钻井工程的需要,对指导现场钻井有重要的意义。     

连续管钻井振动减阻工具设计与分析

连续管钻井振动减阻工具对连续管钻井技术的发展和应用具有重要意义。国外已有较为成熟的减阻工具,而国内的减阻工具研发工作尚处于起步阶段。鉴于此,设计了一种用于73.0 mm连续管的减阻工具,对其关键参数频率和振幅进行了计算分析,并用ANSYS有限元分析软件完成了工具的强度校核,同时通过对工具进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。其动态性能分析结果表明:工具能够满足强度和功能要求,无发生破坏结构的危险,工具结构安全可靠。研究内容可以为我国连续管钻井技术和减阻工具的发展提供支持。     

钻井水力参数优化方法及应用现状

钻井水力参数优化设计对于提高钻井速度有着非常重要的意义。总结了目前在钻井优化软件中常用的3种水力参数优化设计原则及其在钻井工程中的应用方法,并介绍了这些优化方法的差异和发展趋势。针对国外主要钻头生产商提供的水力计算软件及部分钻井仿真软件中的水力学计算模块进行了对比分析,指出了发展具有自主知识产权的钻井水力优化设计软件需要注意的问题及解决方法,对于优化钻井设计具有指导意义。     

欠平衡/气体钻井设计与分析软件

国内开发的一些欠平衡钻井软件不能同时满足欠平衡钻井众多工况的综合设计和实时监测的需求,为此开发了欠平衡/气体钻井设计及分析软件。软件包括气体欠平衡、雾化欠平衡、泡沫欠平衡、充气欠平衡、液相欠平衡以及钻井知识库系统、模型对比、钻井方式选择、钻井方式转换、完井方式选择、设备选择、钻井液帽钻井、全过程钻井和动态模拟等功能模块,可以对多种欠平衡钻井方式进行钻前设计、随钻实时监控和完钻事后分析等全过程欠平衡钻井设计与监测,从钻前设计、钻中监控、钻后分析3个方面满足欠平衡钻井设计与施工的需要。现场应用结果表明,欠平衡/气体钻井设计及分析软件优选了欠平衡钻井水力参数计算模型,简化并修正了精度较高、可行性较好的模型,可对环空、钻柱的水力参数进行分段计算,与其他欠平衡钻井软件相比,更适合工程实际应用。     

小井眼水力脉冲射流提速研究及应用

在深井中采用小井眼钻井技术可以有效降低钻井成本,但也面临着机械钻速低以及水力参数设计困难等问题。为此,将脉冲射流钻井技术与小井眼钻井技术相结合,设计了小井眼水力脉冲射流发生器。通过数值模拟和试验分析了小井眼水力脉冲射流发生器的压耗、脉冲射流频率随排量变化的关系,同时对小井眼水力脉冲工具进行了现场试验。试验结果表明,与采用常规钻井方式的邻井相比,在钻进参数变化不大的情况下,水力脉冲射流钻井方式的机械钻速提高了15%~30%,并且钻井过程中各参数稳定,没有发生井下异常,钻具起出后,小井眼水力脉冲发生器和钻头结构完好,钻头新度在80%以上,可以继续使用。