上击器的震击动载荷计算

应用弹性动力学分析方法, 在合理假设的基础上, 建立了震击作用动力学模型。模型将上击器震击解卡过程分为储能阶段、震击前阶段、震击阶段和震击后阶段。根据该动力学模型, 对现场某直井进行了实例计算, 结果表明, 在上击器震击解卡过程中, 只有作用在卡点的震击力才是真正起作用的震击动载荷, 如果该动载荷小于粘卡力, 则难以解卡。上击器震击时产生的震击力与上提拉力的比值不是固定值, 而是随钻柱结构变化而变化。一般而言, 上击器越靠近卡点, 解卡效果越好。     

石油钻柱顶部高频激振解卡耦合响应特性

采用顶部高频激振进行钻柱解卡具有操作简便、高效低成本的优点,但是解卡作业效果受到井下复杂环境的严重影响。将解卡装置和钻柱相结合,并考虑环境因素影响,建立解卡装置-钻柱系统耦合振动模型,据此揭示系统振动响应特性,以及钻井液黏度、卡点深度、井斜角及高频解卡装置的工作参数等因素对卡点处解卡力的影响特性,并结合特定工况确定最佳工作参数范围。研究结果表明：在高频激振解卡作业中,解卡效果的影响因素相互耦合;针对实际作业环境和钻柱结构,通过优化获得最佳的作业参数,可以有效地提高解卡效果。     

石油钻柱顶部高频激振解卡耦合响应特性

采用顶部高频激振进行钻柱解卡具有操作简便、高效低成本的优点,但是解卡作业效果受到井下复杂环境的严重影响。将解卡装置和钻柱相结合,并考虑环境因素影响,建立解卡装置-钻柱系统耦合振动模型,据此揭示系统振动响应特性,以及钻井液黏度、卡点深度、井斜角及高频解卡装置的工作参数等因素对卡点处解卡力的影响特性,并结合特定工况确定最佳工作参数范围。研究结果表明:在高频激振解卡作业中,解卡效果的影响因素相互耦合;针对实际作业环境和钻柱结构,通过优化获得最佳的作业参数,可以有效地提高解卡效果。     

液压机械一体式震击解卡技术在水平井中的应用

震击解卡是解除井下管柱卡阻的常用手段,但应用于水平井时,因其井筒摩阻大,震击器上部钻杆柱储存的弹性形变能释放时被摩阻消耗,震击效果差,为此,进行了水平井液压机械一体式震击解卡技术研究。技术方案为:通过设计双级弹簧缸结构来增加弹簧加速器的弹力,多组弹簧加速器串联来增加工作行程,配合液压增力器形成了水平井液压机械一体式震击解卡管柱,能够克服弯曲井眼摩阻的影响,提高震击效果。室内试验表明水平井液压机械一体式震击解卡管柱的震击性能参数符合设计要求,并根据试验数据制定了现场施工技术参数。现场应用表明:液压机械一体式震击解卡技术解卡效果显著,并且大钩载荷能减少80%,降低了对修井设备的要求,提高了该技术的适用性。     

钻柱摩阻扭矩智能实时分析与卡钻趋势预测

钻柱摩阻扭矩的实时分析对提高钻井效率、规避钻井卡钻风险具有重要作用,目前摩阻扭矩分析以钻前预测为主,但钻井过程中摩阻扭矩的实时分析尚不成熟。针对当前井底钻压扭矩预测不准、钻柱摩阻系数的确定存在盲目性等问题,提出一种钻柱摩阻扭矩智能实时分析方法。该方法利用神经网络模型实时计算井底钻压扭矩,结合摩阻扭矩刚杆模型采用二分法实时反演摩阻系数,准确分析钻柱受力。考虑到钻柱摩阻系数在一定程度上表征钻柱卡钻趋势,进一步利用该方法对钻井卡钻趋势进行预测。将该方法应用于现场数据,发现某井钻柱摩阻系数在6 000~6 100 m区间整体呈现逐渐增大的趋势,且在6 100 m处附近,钻柱摩阻系数从0.35附近陡增至0.75,变化极为剧烈,说明即将发生卡钻。经过对该井的钻井日志查证,该井在6 100 m处附近蹩停顶驱钻具卡死。说明利用该方法对卡钻趋势进行预测具有良好的效果,便于现场实时调整钻井参数,有效规避卡钻风险,提高钻井效率。     

大位移井减阻工具性能试验与数值模拟

为解决大位移井、长水平井等在钻进过程中摩阻大、托压等问题,设计了新型大位移井减阻工具。该工具利用水力脉冲压力波动,使钻柱产生轴向振动,有效减小钻柱与井壁间的摩阻,改善钻压传递,延伸定向井、大位移井、水平井等井眼长度。通过工具性能试验和数值模拟相结合的方法,验证了减阻工具设计的可行性和振动的稳定性。分析了叶轮的叶片数、承压板的通孔面积、钻井液排量等参数对减阻工具脉动压力频率和幅值、压降、轴向振动位移等的影响规律。研究结果可为大位移井降摩减阻技术研究、减阻工具参数优选等提供参考。     

一种新型的油管锚定装置

本文介绍的油管锚定装置,由井下油管张力锚和井口可调式悬挂器组成。当张力锚下到预定位置后,转动管柱并上提一定高度,油管张力锚的控制部分推锚定卡瓦外张,卡在套管内壁上,建立支点。继续上提管柱,当油管承受一定的预拉力时,井口可调式悬挂器调节出油管承受的设计张力,并将管柱重力和预拉力全部传递给井口,使张力锚与悬挂器间的油管柱,长期处于预拉力状态,从而控制了油管的伸缩。解卡时,下放管柱,使原工作件回到初始住置则可解卡。胜利油田至1988年10月已在20余井次上进行了试验,作到坐卡灵活可靠,解卡安全,下井成功率达到1     

水平钻井振动减阻器参数优化设计

水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效的理论方法指导。为此,首先建立了带振动减阻工具的钻柱动力学模型,揭示了不同振动减阻参数下的减阻规律。然后以提高减阻效率为目标,结合振动传播距离模型与反扭矩作用距离模型,并考虑钻柱疲劳失效以及水力能量损失等约束条件,建立了振动减阻工具激励参数与安装参数的优化设计方法。研究结果表明：(1)减阻器激励力幅值、减阻器的数量和安装间距是影响减阻效率的主要因素;(2)随着减阻器激励力幅值增大和安装数量增多,减阻效率不断提高,多个减阻器振动传播范围相互独立时其减阻效率高于交叉重叠情形;(3)当减阻器激励力幅值过大时,存在管柱疲劳失效的风险,当减阻器数量过多时,存在水力能量损耗过高的风险。结论认为,利用该方法优化减阻器后,减阻效率可由原来的10.2%提高至40.1%,该方法可以有效指导减阻工具激励参数与安装参数优化,有助于支撑长水平井滑动钻进降低管柱摩阻,显著提高钻机机械钻速。     

建立在钻柱受力变形分析基础之上的钻柱摩阻分析

在定向井和水平井中,钻柱的摩阻负荷分析是一个不容忽视的问题。本文把钻柱整体看成是一弹性梁,按钻柱与井壁的接触情况计算摩阻负荷,而没有采用以前的"软模型"。它能够考虑钻柱刚度、钻柱与井壁的间隙、下部钻具组合扶正器的安置等因素,从模型上进一步接近了钻柱的实际工作状况,提高了摩阻分析的准确性。并对一口水平井增斜段的钻柱上提和下放时的摩阻负荷进行了分析计算,能看出钻柱在上提和下放时的受力及变形状况,为钻柱的摩阻负荷分析提供了一种新的计算方法。     

页岩气水平井用轴向振动减阻工具研究

随着非常规资源的广泛开发,水平井、定向井、大位移井、多分支井的数量越来越多,通常这些井的位垂比较大,轴向钻压向下传递存在困难,有时将出现过大的摩阻和钻柱屈曲,甚至会导致钻柱发生自锁,使得泥浆电机滑动钻进、钻柱与完井管柱的下入、钻进期间为钻头传递钻压都将变得异常困难。轴向振动减阻工具可以实现钻柱及井下工具连续的轴向振动,打破静态摩擦并消除扭转振动,解决拖压问题、实现有效的钻压传递、减少滑动钻进期间的钻具拖压和电机制动现象、提高对工具面的控制能力,增加钻速和钻头寿命。该技术工具不仅适合于水平井、定向井、大位移井、多分支井和套管开窗侧钻井,而且同样适用于深直井和超深直井、旋转钻进和旋转导向、连续管作业等,讨论了轴向振动减阻工具的原理结构和应用效果,并对其良好使用提供了建议。