基于轴向振动的水力振荡器参数优化

威远区块页岩气长水平井钻井摩阻大、钻压传递效率低、机械钻速慢，水力振荡器参数选取大多凭借经验，缺乏有效理论指导。考虑水力振荡器轴向振动特性，基Dieterich-Ruina摩擦定律建立起带水力振荡器的水平井摩阻预测模型，通过威远X平台X-1井实测数据验证模型精度。优化结果表明，威远区块页岩气龙马溪组三开215.9 mm井眼中水力振荡器最佳安放位置为距离钻头150 m处，最佳钻井排量不低于35 L/s。现场试验结果表明，采用推荐的优化参数能够大幅提高该区块水平段机械钻速，值得进一步推广应用。研究成果不仅能够为威远区块水平井降摩减阻提供指导，还能为水力振荡器参数优化提供新的思路和方法。     

水力振荡器关键力学参数变化规律的研究

为了解决水平井、大位移井等复杂井钻进过程中出现的大摩阻、钻压拖拽等问题,设计了一种新型水力振荡器。根据水力振荡器的内部结构和工作特性,结合流体力学原理,对水力振荡器过流面积、压降、总轴向力关键力学参数的变化规律进行理论分析。选取某一规格水力振荡器的不同静阀孔径进行算例分析,结果表明在水力振荡器输入流量和入口压力一定时,静阀孔径大小与过流面积呈正比,与压降、总的轴向力呈反比;此外,通过改变流量至25L/s,进一步分析水力振荡器关键参数的变化规律。研究结论可为水力振荡器轴向振动分析提供理论支撑,为实现水力振荡器减摩降阻的功能提供技术指导。     

新型钻井振荡器工作原理与振动特性研究

提出了一种新型钻井振荡器。研究振荡器的工作机理,推导出了轴向脉冲激励函数,在此基础上建立了振荡器轴向振动分析模型,得到振荡器在振动下的位移、速度、加速度等关键参数;根据算例参数设计对应的室内实验,并将算例分析结果与实验结果进行对比,验证了振动分析模型的合理性,结果表明,振荡器可以产生平稳的高频微幅振动,使钻柱与井壁之间的静摩擦转化为动摩擦。研究结果对解决定向井、水平井钻进过程中钻压传递、钻柱磨损、粘卡等问题具有一定的参考意义。     

Φ73水力振荡器振动建模以及碟形弹簧优化设计

设计出一种振动节振动频率与振荡元件激励频率相同,使之能够共振的Φ73水力振荡器,对该水力振荡器系统进行了振动建模,并计算了振动系统的固有频率。一方面采用常规的方法经过多次试凑设计出一种符合要求的碟簧,另一方面在给定设计条件的约束下,以组合碟簧最大压缩量为目标函数,应用Matlab求解出水力振荡器用非标碟簧参数的最优值。通过与常规计算的结果进行对比,发现优化设计的方法更加有效和方便,最终根据优化设计的结果设计出振动节的结构。优化后的水力振荡器振幅增大,钻井过程中振动传播的距离更远,带动管柱由静摩擦钻进变为动摩擦钻进的部分更多,产生托压的概率减小。     

水力振荡器振动特性分析

针对大位移井和水平井钻柱与井壁摩阻大的问题,提出一种具有轴向振动减摩作用的水力振荡器。在水力振荡器结构设计、工作原理分析的基础上,建立其运动方程和力学特征模型,确定马达转子和动阀板运动关系,进行马达转子和阀片部分的受力分析,并建立水力振荡器在水平井的振动方程。通过算例分析得到过流面积变化频率与流量成正比,过流面积随静阀孔直径增大而增大,总轴向力随静阀孔直径增大而减小,振动位移随静阀孔直径、安装位置和井壁摩擦系数的增大而减小。现场试验表明,水力振荡器的使用可以减小井壁摩擦,改善钻压传递,钻井提速效果明显。     

复采掘进过程中的探放水钻探设备分析

针对复采掘进过程中的探放水钻孔常常出现塌钻、压钻、卡钻和退钻难等问题,从出现原因、设备型号和技术措施三方面进行分析。分析表明,钻机向前钻进的过程中,“压酥”煤体就容易受到钻杆钻进扰动,使得钻杆外壁“压酥”煤体在应力作用下向钻杆中心应力传递,从而导致难钻进现象;使用PDC刮刀钻头、刻槽钻杆或多棱钻杆和大扭矩钻机在复采煤层中钻进效果较好;采用注浆套管技术可有效解决难钻进的问题。该研究成果可指导复采或软岩探放水的施工,保障安全生产。     

石化机械水力振荡器研制成功并完成工业应用

<正>【本刊讯】近日,由中石化石油机械股份有限公司(以下简称石化机械)研究院自行研制的钻井工具6-1/2"水力振荡器在江汉油田松滋区块某井成功完成工业应用,解决了在该区块钻进过程中定向水平井磨阻大、易托压等难题。水力振荡器系列工具长期被国外公司技术垄断,为了攻克这一难题,石化机械在2011年取得了集团公司立项支持后,组建项目团队开展技术攻关,在试验台架进行了500多小时的疲劳试验和性能试验,并在江汉油田6口井进行了14次现     

高效螺杆钻具在召51-44-19井中的应用

螺杆钻具作为以钻井液为动力的一种容积式马达,是国际上石油钻井过程中最常用的一种井下动力钻具。随着我国在中西部地区直井、定向井、大斜度井以、水平井、丛式井以及多底井数量逐渐增多,螺杆钻具在石油、天然气井钻进过程中防斜打直以及定向造斜过程中起了至关重要的作用。文中重点介绍了高效螺杆钻具的结构及工作原理,对直井钻井中螺杆钻具的选型与使用三方面进行分析,旨在提高螺杆钻具在直井钻井过程中的机械钻速,缩短钻井周期,减少钻井成本。     

钻井液作用下水平井钻柱横向振动建模与分析

根据哈密顿原理,并考虑到钻井液和钻柱的耦合作用,建立了水平钻柱横向振动的数学模型,分析了内外钻井液流速、钻井液密度、钻井液粘度系数、重力、摩阻、钻压等对钻柱横向振动特性的影响规律,并基于自主研制的水平井钻柱动力学试验装置,开展了不同钻压、钻井液流速条件下的钻柱横向振动特性模拟试验研究。研究结果表明:钻压的增加、钻井液的存在及其流速的提升都会导致钻柱的横向振动频率减小以及振动幅值上升。     

钻井减摩振荡器工作特性研究与试验分析

针对水平井、定向井钻井过程中摩阻大、拖压等问题,提出一种新型振荡器以减小钻柱与井壁之间的摩擦(钻井减摩振荡器)。首先分析减摩振荡器的工作原理,建立其运动学和力学模型,在此基础上,建立试验条件下的振动分析模型。通过算例分析得到过流面积变化频率与流量之间的关系,计算结果表明过流面积随静阀孔直径增大而增大,总轴向力随静阀孔直径增大而减小,与过流面积成反比。对静阀孔直径为27.94 mm的减摩振荡器进行试验测试,通过分析试验测试与理论计算结果的关系,验证了研究方法的正确性。研究成果可为新条件下的钻井减摩降阻、提高机械钻速的相关技术与工具研究提供参考。     

电液比例控制技术在石油钻机刹车系统中的应用

电液比例控制技术在石油钻机刹车系统中的应用任淑霞１前言刹车系统是石油钻机的重要组成部分,它的一项重要功能是在钻进过程中控制施加在钻头上的钻压、送进钻具。由于钻进过程中地质结构的变化、泥浆性质、井壁阻力等因素的影响,常使钻头钻压发生随机性的变化。...     

振荡冲击器工作特性研究

振荡冲击器在石油钻井中的应用越来越广泛,逐渐成为钻井提速的关键技术之一。对振荡冲击器的结构、工作原理以及水击力的产生和振动机理进行分析与探讨,对水击力和振幅进行了计算,得到水击力大小与阀孔开度成反比关系且随阀孔开度变化而变化,水击频率与螺杆转速成正比关系,阀片组上下产生双水击作用。分析认为双水击作用有助于破岩,产生的轴向振动是连续温和的振动,能够有效解决水平井、大位移井托压、黏卡和有效钻压传递问题,有助于工具面控制,对大部分随钻测井仪器无影响,延长了钻头寿命。     

液力推进式钻井工具理论分析和流体仿真

大位移水平井钻井过程中,存在钻压难以控制和上部钻柱振动这两个主要问题,限制了水平段的进尺位移和钻进速度,应用液力推进式钻井工具可以一定程度上解决这些问题。对使用液力推进式钻井工具的性能进行理论分析,并应用“弹簧阻尼”模型进行简化分析。利用SolidWorks和Fluent软件对液力推进式钻进工具进行流体仿真,得到压力云图和速度矢量图,获得准确的钻进速度。最后,应用Fluent和MATLAB 软件对使用液力推进式钻井工具的钻进速度的影响因素进行分析并作出合理解释。     

机械振动降摩减阻技术在滑动钻井中的应用

摩阻问题是目前各种复杂结构井钻井作业中最突出的问题,尤其体现在滑动钻进中,托压、粘阻严重。大摩阻和大扭矩的存在使得钻柱发生屈曲,钻压无法传递至钻头,井眼的延伸自动停止,钻井作业很难继续甚至出现危险事故。文中主要介绍了井下摩阻产生的原因及其危害,阐述了机械振动降摩减阻方法的原理及其在此领域的优势,并选用了周向水力振动器为减阻工具进行现场实验,通过对比两口井的现场开采数据,分析了机械振动方法在井下减摩中的可行性以及该技术给石油开采行业带来的效率提升。     

PDC齿磨损前后钻头钻进能力对比实验与分析

PD C钻头能钻进的地层越来越宽,已能钻进硬地层和复杂夹层,但在硬地层中其机械钻速普遍较低。针对上述现象开展了PD C齿正常磨损前后的钻头钻进能力对比实验和分析,并提出建议。P D C钻头能正常钻进的前提是P D C齿能有效地吃入岩石;钻头磨损后攻击性减弱,PD C齿不能很好地吃入地层,是钻头机械钻速下降和发生打滑的根本原因;钻头磨损后加大钻压能增加PD C齿吃入岩石的能力,改善钻速,但也加快了钻头的进一步磨损,当磨损到一定程度时,加压提速的效果并不明显。建议,作钻头分析设计时针对硬地层应充分考虑钻头的攻击性;应进一步开展磨损状态下的钻头分析。     

塔河油田膨胀管侧钻水平井技术的应用

塔河油田177.8 mm套管开窗侧钻时,需满足地质避水要求,面临钻遇易漏及易坍塌泥岩地层的难题,要实现侧钻井眼的长久稳定,采用下膨胀管封隔不稳定地层两开次钻进技术是行之有效的方案。详细介绍了塔河油田12区部署的利用膨胀管技术封隔复杂地层的侧钻水平井TH12115CH的施工情况,并与前期的3口膨胀管试验侧钻水平井结果进行对比分析,总结了该项技术存在的问题,并从套管开窗、定向扩眼、钻头优选、螺杆钻具优选、水力参数优化及膨胀管固井等配套工艺技术方面,提出了解决问题思路,为后期降低该项技术推广应用成本积累经验。     

钻井用不停泵循环阀设计及现场试验

钻井过程中钻井液不间断循环,可保证在上、卸钻杆操作过程中井下压力的稳定,解决井壁坍塌、溢流、沉砂卡钻一系列问题。为实现钻井过程中钻井液的连续循环,设计一种钻井用不停泵连续循环阀,应用有限元软件ANSYS对所设计的阀体结构进行分析,计算阀体在不同工况下的应力。结果表明,连续循环阀阀体结构的最大应力小于材料的屈服应力,强度满足要求。现场试验证明不停泵循环阀工作可靠,可实现钻井过程中钻井液连续循环。     

液压马达自动送钻装置的研制

 液压马达自动送钻装置是石油钻机提升系统中重要的设备之一,当绞车主动力系统发生故障时,可代替绞车主动力系统的功能进行应急操作,提升最大钻柱重量;可以根据钻进作业过程的需要,在恒钻压送钻和恒钻速送钻两种模式下进行选择,完成自动送钻设定。通过设定输出扭矩,反向拖动绞车滚筒,实现自动调整送钻速度和钻井过程安全保护,达到钻进作业过程中恒压和恒钻速目的。利用计算机控制技术与液压控制技术相结合精准控制液压马达实现高精度送钻。控制系统采用PLC编程控制,通过接收外部的连续钻压测量信号与液压马达转速检测单元的信号,实现钻井作业中的信息综合处理和送钻控制。经过油田现场17套钻机30余口井的应用表明,该装置值得推广应用。     

水平井钻柱涡动特性数值分析与试验

根据转子动力学和流体力学理论,建立了水平井钻柱涡动的动力学方程,分析了钻柱自重、井壁摩阻、钻井液流速等因素对水平井钻柱涡动的影响规律,阐释了诱发水平钻柱涡动产生的机理及边界条件。基于自主研制的水平井钻柱动力学试验装置,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,分析了钻压、转速、流体速度等参数对钻柱涡动轨迹和涡动速度的影响规律。研究结果表明：在钻柱的远钻头段不会发生涡动,但是转速达到阈值后,近钻头段便会出现涡动现象,并且随着钻压和转速的增加,其涡动轨迹幅值也在增大;而近钻头段的涡动方向并不是始终如一的,存在正反两个方向的涡动,并且随着转速的增大,还会出现“半频涡动”现象;另外,钻井液的存在及其流动速度的增大都不会改变钻柱现有的运动状态,仅小幅增加其运动范围。研究成果对水平井钻井工艺参数的选定有一定的借鉴作用。     

凿岩机械与气动工具

GJ20076141潜孔钻机智能防卡系统的研究[刊,中]/郭勇…//筑路机械与施工机械化.—2007,24(1).—53～55对潜孔钻机卡钻机理进行了探讨,为提高潜孔钻机的防卡钻能力,提出了一种能对卡钻事故和卡钻类别进行判别,并能自动处理卡钻和恢复正常钻进的智能防卡系统。该系统能大大提高潜