自动垂直钻井系统大功率开关电源的研制

针对以泥浆发电机为供电方式的自动垂直钻井系统,需要大功率电源系统来驱动随钻测量仪器与液压动力组件,为了适应较宽的泥浆发电机电压输入范围,并在提供大功率、高稳定性的基础上满足井下高温环境工作要求,研制出了一种额定功率为200W的移相全桥（ZVS）软开关电源,性能稳定可靠、电能效率达到92％。     

自动垂直钻井执行系统试验研究

在自动垂直钻井系统中,要求执行系统能够对控制系统的指令做出迅速、准确的响应。由于执行系统的结构复杂,通过理论模型研究的方法很难得到其准确的性能参数。建立了室内模拟试验系统,完成了执行系统工作性能的试验研究,得出了其压力-上盘阀驱动扭矩、流量-压力、压力-纠斜力拟合曲线和关系式,并证明了研制的执行系统的工作性能符合自动垂直钻井系统的控制要求。     

自动垂直钻井系统执行机构性能模拟试验

为了实现自动垂直钻井功能,要求执行机构能够对控制系统的指令做出迅速、准确的响应。由于执行机构的结构复杂,通过理论模型研究的方法很难得到其准确的性能参数。因此,建立了室内模拟研究系统,完成了对执行机构工作性能的试验研究,得出了其压力-上盘阀驱动扭矩、流量-压力、压力-纠斜力的拟合曲线方程,为自动垂直钻井系统现场试验提供了选择技术参数的依据。试验结果还表明,研制的执行机构的工作性能符合自动垂直钻井系统的控制要求。     

捷联式自动垂直钻井系统

针对高陡构造及大倾角地层的防斜打快难题,成功研制了具有自主知识产权的捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进中的主动防斜和纠斜,主要由捷联式稳定平台和防斜纠斜执行机构组成,其中由基于旋转基座的测控短节、电源短节、伺服短节组成的捷联式稳定平台是捷联式自动垂直钻井系统的核心。在稳定平台的控制下,伺服短节驱动防斜纠斜执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制,利用活塞驱动翼肋推靠井壁,产生具有纠斜作用的侧向推靠力,以实现有效的防斜、纠斜功能。通过捷联式稳定平台地面联调试验和现场试验,初步验证了系统工具的可行性、稳定性和可靠性,为工具进一步改进和现场试验提供了技术支撑。     

自动垂直钻井系统VDS的形成与发展

自动垂直钻井系统源于德国的ＫＴＢ计划,利用可伸缩的近钻头稳定器控制井斜,采用井下闭环自动控制,可以在地层倾角很大的情况下把井眼控制在几乎垂直的状态,而且垂直钻井时钻压得到了解放。本文详细介绍了ＶＤＳ的形成及发展过程,结构变化及其在使用当中出现的问题及改进情况。     

国产自动垂直钻井系统的改进与优化

高陡构造及岩性变化复杂条件下的井斜问题一直是困绕钻井工作者的一大技术难题。中国石化南方探区河坝、普光等构造的岩性变化频繁,地层倾角大,自然造斜力强,井斜控制十分困难,极易发生井斜,严重制约了钻井速度的提高。国外自动垂直钻井系统在该地区进行了多井次的应用,效果良好,在控制井斜的同时大幅度提高了钻井速度,较好地解决了钻速提高与井斜控制之间的矛盾。但国外自动垂直钻井系统服务价格昂贵,钻井成本居高不下。为了降低钻井成本,决定在该地区应用中国石化自主研发的捷联式自动垂直钻井系统。然而,该系统在之前的现场试验过程中暴露出降斜、提速效果不明显等问题;经过原因分析,对系统进行了进一步的改进与优化,之后又进行了2井次的现场试验,显示出非常好的防斜打快效果,为系统的推广应用打下了坚实的基础。     

自动垂直钻井系统BHA力学分析的一维模型

为了指导自动垂直钻井工具的研发和现场应用,并且为自动垂直钻井系统底部钻具组合的优化设计提供理论依据,在充分调研自动垂直钻井系统的结构特征、工作原理的基础上,用纵横弯曲法建立了加装自动垂直钻井工具的BHA的一维力学分析模型,建立了自动垂直钻井系统的BHA的普遍力学方程。确定了钻头和上切点处的边界条件,推导出钻头侧向力和钻头转角的计算公式。应用所建立的力学模型能准确地计算出稳定器支点的内弯矩和梁柱各点处的挠度,同时也可以计算出一定工作条件下的钻头侧向力和钻头转角,通过分析钻头侧向力和钻头转角随钻进参数的变化规律可以分析钻进参数对自动垂直钻井工具造斜能力的影响规律,为指导自动垂直钻井工具的现场使用提供理论依据。     

自动垂直钻井系统BHA力学分析的二维模型

为了指导自动垂直钻井工具的研究开发和现场应用,并且为自动垂直钻井系统底部钻具组合的优化设计提供理论依据,在充分调研自动垂直钻井系统的结构特征、工作原理的基础上,结合自动垂直钻井工具的BHA的一维力学模型,用纵横弯曲法建立了加装自动垂直钻井工具的BHA的二维力学模型,得到了自动垂直钻井系统的BHA的二维力学方程。确定了钻头和上切点处的边界条件,推导出了钻头侧向力和钻头转角的计算公式,应用建立的力学模型能准确地计算出稳定器支点的内弯矩和梁柱各点处的挠度。同时,也可计算出一定工作条件下的钻头侧向力和钻头转角,通过研究钻头侧向力和钻头转角随钻进参数的变化规律可以分析钻进参数对自动垂直钻井工具造斜能力的影响规律,为自动垂直钻井工具的现场使用提供理论依据。     

φ311mm自动垂直钻井系统在宣页1井的应用

宣页1井的地质构造具有地层倾角大、各向异性、可钻性差及自然造斜能力强等特点,采用多种传统防斜钻具组合钻进,依然无法较好地防止井斜。为此,研制了φ311 mm自动垂直钻井系统。该钻井系统包括稳定平台及防斜纠斜执行机构2部分,可以有效解决高陡构造及大倾角地层的防斜打快问题,能够完全释放钻压,在保证井斜精度的前提下,可大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本。该系统在宣页1井的应用中总进尺210.88 m,纯钻时间64 h,机械钻速3.29 m/h,与传统钻具相比,钻速提高114%,并收到明显的纠斜效果。     

自动垂直钻进系统的液压系统设计

研制的自动垂直钻进系统由随钻测量系统、信号传输系统、信号采集与处理系统、钻具纠斜系统等组成 ,其中具有 3个可伸缩支撑滑块的钻具纠斜系统的液压部分是设计的重点。根据液压系统的特点和纠斜工作要求 ,优选了主要由柱塞泵和电磁压力比例控制阀组成的压力调节回路 ,对纠斜系统 3个油缸的输出压力进行了测试 ,并对出现的压力不稳和高压泄漏问题做了调整和改进 ,结果表明 ,液压系统的设计是合理可行的。     

发电机自动切换系统改造效果分析

为了提高本厂自动化管理,各集气站自2008年安装了发电机自动切换系统,由于自动切换系统在运行过程中出现了电瓶亏电及发电机自动启动过程中带负荷时间过短等不足,特提出几点建议如通过增加电器元件的完善自动切换系统实现与备用电源或发电机的自动切换,以保证供电的可靠性和安全性,为今后发电机自动切换系统能够更加良好地运行提供参考。     

自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究

井斜动态测量是指在钻井过程中对井眼的井斜角、工具面角等物理量的实时检测和信息的提取,比静态测量复杂,钻具的振动和转动均会导致相应的井斜测量信号严重失真,但其中的振动信号可用低通滤波器滤除,而钻具转动对加速度计所产生的离心力导致的测量信号的失真,则必须通过诸如转速补偿之类的修正才能去除.低通滤波器可选用一定阶数和转折频率的巴特沃斯滤波器,而加速度计输出的转速补偿则须预先对加速度计进行标定.利用专门的实验装置对井斜动态测量的方法及其具体实现进行了有效的验证.     

机械式自动垂直钻井工具的研制

为了有效地提高直井的钻井速度和质量,根据现有技术研制了机械式自动垂直钻井工具。这种钻具能适时感应井斜的重力信号,并由重力驱动执行机构,利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差,在钻柱旋转的情况下推动活塞靠向高边井壁,对钻头施加指向井眼低边的周期性侧向力,在钻进过程中实现对井斜的适时修正。现场试验结果表明,机械式自动垂直钻井工具的工作原理正确,结构可靠,能够在主动、适时防斜的同时,有效地释放钻压,提高钻速。该工具的研制成功为直井的防斜打快工艺提供了一种新的技术手段,具有广阔的应用前景。