基于Profinet网络的软扭矩控制系统

软扭矩控制系统采用高性能PLC和现场网络总线PROFINET作为主控装置,配以钻机电控系统交流变频装置,结合钻井过程动态参数,完成钻井过程防卡钻、防脱扣以及提高钻井效率等功能,同时该系统也能快速消除钻柱扭转的振动振幅,在钻井过程中保持速度稳定.     

钻柱极限扭转圈数的确定

在现有分析方法的基础上,考虑到井筒内泥浆粘滞阻力的影响,推导出井内被卡钻柱极限扭转圈数的新的计算方法,与现在结果进行对比分析认为在钻柱遇阻进行倒扣或套铣中,在泥浆粘度和动切应力较高、卡点较深的情况下,必须充分考虑泥浆粘滞阻力的影响。     

旋转钻柱动载扭矩的研究及其应用

本文就钻井作业中经常发生的具扭事故进行了运动机理上的分析和研究，并动用双向应务主能量守恒原理，对钻柱在静态下的轴向和和在剪切作用力下的许用扭矩计算，以及钻柱在旋转状态下的动态许用扭矩的计算进行了研究，从而使扭矩计算及其人限制更接近于现场实际。     

钻具粘滑现象分析及软扭矩系统在长北气田的应用

钻井过程中钻具经常会因扭矩过大而"憋停",当扭矩达到某一值后钻具会突然快速释放,这种现象通常称为钻具粘滑。钻具的粘滑经常伴随井下震动,容易引发金刚石钻头崩齿,从而缩短钻头寿命,也会引起井下仪器(MWD/LWD)失效。钻具的粘滑跟井下钻具组合和所钻地层岩性有关。粘滑现象是一种阈值现象,即低于临界转速粘滑就会发生。软扭矩系统针对粘滑现象作用机理而研发,通过降低临界转速,有效地控制了钻具粘滑。该系统在长北气田进行了推广应用,从源头上消除了钻具粘滑现象,保护了钻头和井下仪器,应用效果良好。     

旋转钻柱动载扭矩的研究及其应用

本文就钻井作业中经常发生的钻具扭断事故进行了运动机理上的分析和研究,并运用双向应力状态分析方法及能量守恒原理,对钻柱在静态下的轴向力和在剪切作用力下的许用扭矩计算,以及钻柱在旋转状态下的动态许用扭矩的计算进行了研究,从而使扭矩计算及其限制更接近于现场实际。     

扭矩和边界约束对水平井钻柱静力分岔的影响

分析了轴向力和扭矩对钻柱弯曲变形的影响,推导出在井孔约束下水平井段钻柱的非线性静力分岔微分方程。采用Galerkin方法对其简化形式的研究表明,在钻井工程中,水平井段钻柱的静力分岔主要取决于钻压和井孔尺寸,扭矩产生的影响可以忽略。在不计扭矩情况下,用解析法求得的两端铰支模型钻柱的临界钻压与用能量法得到的结果相同。对铰-固模型钻柱静力分岔的研究表明,当钻柱屈曲后形成的半波数达到4以上时,两种模型计算的临界钻压差别很小。因此,对水平井段较长的钻柱可用比较简单的两端铰支模型计算其临界钻压。     

钻柱拉力—扭矩模型述评

为加深对钻柱摩阻问题的研究,约翰西克、莱萨哲、何华山、杨姝和李子丰先后建立了5种钻柱拉力—扭矩模型。通过分析对比,认为李子丰模型是目前较完善的钻柱拉力—扭矩模型,适用于一切钻井过程中钻柱、套管柱稳态拉力和扭矩的计算,且具有较高精度。     

对“被卡钻柱的倒扣”方法的探讨

在处理卡钻等事故中,采用原钻具正扣倒正扣的处理方法。第一确定卡点深度,用扭转极限的80％正转、扭紧钻柱,使欲倒开的接头处于中和点;用向右扭紧钻杆时扭转圈数的60～80％,向左旋转倒扣。第二采用较大拉力、较小扭矩力进行被卡钻柱的倒扣。并介绍了使用该方法的计算和注意事项。     

钻柱扭矩测量方法研究

钻井过程中扭矩参数的精确测量一直是钻井工程中的一大难题，长期以来人们一直在探索。目前国内外有关钻柱扭矩测量的方法与研究工作有了较大的进展。概括介绍了钻柱扭矩测量的国内外发展状况。并在此基础上进一步介绍了方补心扭矩仪及井下马达电流测量扭矩的原理及优点，提出了通过测量扭矩来判断钻柱扭转振动的强烈程度。与此同时，方补心扭矩仪的成功研制基本解决了长期困扰钻井界的钻柱扭矩测量问题。     

水平井钻柱系统动力学特性分析模型的建立

相较于直井及斜直井,水平井应用较广,但目前关于水平井整体钻柱动力学特性的研究不够深入。为探究其动力学特性,基于有限单元法以及钻柱动力学方程,综合考虑弯曲井眼轨道、钻柱与井壁非线性碰撞接触等因素,建立水平井钻柱系统钻进仿真模型,将仿真模型结果与Johancsik模型对比,验证了仿真模型的准确性。通过模拟钻进全程来剖析稳定器、大钩载荷以及卡钻情况对钻柱系统整体动力学特性的影响。研究结果表明：三维模拟分析钻柱与井壁接触力及钻柱振动验证了稳定器可减少钻柱与井壁的碰撞;当卡钻情况发生时,水平段和竖直段钻柱屈曲特性逐渐从螺旋屈曲转变为正弦屈曲;较之于未施加大钩载荷的情况,施加大钩载荷后降低了钻柱的钻进速度,缓解了钻柱的振动,验证了实际作业中施加大钩载荷的必要性;经模拟分析确定临界大钩载荷,当在钻柱端施加的大钩载荷大于临界值时,钻柱在钻进过程中会发生卡钻的情况;当其小于临界值时,大钩载荷的值越大钻柱轴向进给及横向振动越稳定,钻柱与井壁的接触力越小,在实际钻井作业中可依据井况调整大钩载荷的值。研究成果可为钻柱研究设计及结构优化提供参考。     

河南油田卡钻原因及预防措施

通过对河南油田近年来１８７次卡钻事故的分类，归纳出３种主要卡钻类型；压差卡钻、键槽卡钻、缩径卡钻。结合钻井实践，对这三种卡钻类型进行原因分析，并提出了相应的预防措施。     

海底大位移井井眼净化程度和卡钻可能性监测

在稳态拉力-扭矩模型的基础上,考虑海底大位移井井眼轨道和钻柱的特点,建立了用于监测海底大位移井钻柱与井眼摩擦系数的数学模型,提出了判断井眼清洁程度,井眼光滑程度,缩径,坍塌,键槽等复杂状况的方法.     

钻柱摩阻扭矩测试试验装置设计

现有的钻柱摩阻扭矩理论模型假设较多,导致计算值与真实值有较大差异,这严重制约了钻柱力学行为研究和钻井参数的优化。鉴于此,基于相似理论,考虑井斜角和方位角的变化,设计了可模拟不同井身结构的钻柱摩阻扭矩测试试验装置。该装置可有效测量不同钻井参数对钻柱摩阻扭矩的影响,可对任意角度的井斜角、方位角的井身结构的整体钻柱进行模拟。结合运动学和强度分析,验证了试验装置设计合理、安全可行。钻柱摩阻扭矩测试试验装置可用于竖直井、大位移井和水平井钻柱的摩阻扭矩分析、运动学和动力学等方面的研究,也可用于自动化钻井和页岩气开采等相关的科研及教学。     

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。     

钻柱摩阻扭矩分析模型研究

建立接近客观真实的摩阻扭矩分析模型是准确预测钻柱摩阻/扭矩的基础。据文献调查,现有的钻柱摩阻扭矩分析模型忽略了钻柱旋转过程中产生的附加平衡约束力。本文考虑到这一点,对井筒内钻柱的旋转条件进行了分析,建立了钻柱摩阻扭矩分析新模型,并给出了平衡约束力的计算公式。结合接触力公式、摩阻扭矩计算公式和轴向力计算公式求出该单元长度的钻柱的摩阻扭矩,从而更贴近真实情况。     

钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用

在油气井作业中,由于钻柱和井壁接触所产生的轴向阻力和扭矩损失对钻井和修井作业均有很大的影响，甚至成为作业成败的关键。钻柱的拉力和扭矩分析是水平井和大位移井设计和施工的重要内容。为此，介绍了钻柱拉力扭矩分析的数学模型、钻柱稳定性判别方法和屈曲后的附加压力和附加应力的钻柱强度校核方法。对钻进过程中的G104-5CP12侧钻水平井钻柱的各种运动状态进行了力学分析。计算表明，在正常施工过程中钻柱一直处于稳定状态，具有比较大的安全系数。     

调整扭矩和转盘转速实现钻速优化

该通过对钻井数据绘制系统的应用介绍,阐述了墨西哥湾及北海石油钻井过程中扭矩与转盘转速之间的关系,同时依据现场试验,指出在该地区钻进时,应控制调整转速和扭矩的范围,进而避免钻具事故达到实现优化钻速的目的。