自动垂直及旋转导向钻井系统

所属单位北京天高智机技术开发公司产品简介该自动垂直及旋转导向钻井系统是北京天高智机技术开发公司为了适应油气田开发中定向井、水平井特别是多分支井和大位移井作业的需要而开发的新产品，可在钻柱旋转状态下实现井眼轨迹的随钻导向控制，克服了滑动导向作业中摩擦阻力过大、岩屑沉积等问题；亦可通过闭环钻井实现闭环控制，是代表钻井技术向信息化、智能化和自动化方向发展的前沿技术，具有结构简单、工作可靠、便于在高转速下工作、体积小、重量轻等特点。     

Φ311自动垂直钻井系统技术探讨

在钻井过程中,有效实现高陡地层的防斜打快是一个普遍存在的技术性难题。传统的防斜纠斜方法,大多以牺牲钻压、降低机械钻速为代价,防纠斜效果不明显,因此具有较多弊端。Φ311垂直钻井系统是克拉玛依钻井工艺研究院历时多年研制成功的井下工具,是机、电、液一体化的井下智能自动垂直钻井系统。该系统已在新疆油田成功应用两井次。试验结果表明,该系统各项指标均达到设计要求,满足了高陡易斜难钻地层防斜打快的技术要求。本文主要对该垂直钻井系统的结构、工作原理、配套技术及现场应用等情况进行论述。     

90年代以来钻井技术进展与发展趋势

进入９０年代以来钻井技术正在迅速发展、变化，以适应降低作业成本、提高勘探开发总效益的需求形势，逐步细化为具有代表意义的水平井、多分支水平井、大位移井、小井眼、连续油管钻井、重入井钻井技术。文中侧重介绍了１９９５、１９９６年在以上这些方面的工艺、工具、相关的地层评价测试技术、技术集成化应用的突破和进展，以及近期钻井技术发展特征和趋势，对１９８５年、１９９５年，及未来的２０００年的钻井技术水平作了对比。     

地质导向钻井技术的现场应用

地质导向钻井以下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹的钻井技术。使用这一技术，可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。新疆油田MBHW04水平井是国内第一口使用地质导向钻井技术的井。重点介绍了地质导向钻井技术的具体步骤及其在新疆油田MBHW04井中的应用情况，包括自然伽马测井资料的解释和应用。应用地质导向钻井技术，该井获得良好的油藏开发效果。     

导向钻井系统导向钻进水平井段的理论与实践

导向技术的研究与试验在胜利油田取得了圆满成功，获得了较好的试验效果，推广的300余口井初步统计节约成本上亿元，经济效益十分显，在水平井井眼轨迹控制施工中，导向钻井系统在斜井段和水平段的施工中均获得了显的经济效益，在对导向钻井技术研究和指导水平井井眼轨迹控制现场施工过程中，对水平井段导向钻井进行了探索，应用加权残值法编制了导向钻具受力分析软件并着重对复合钻井增斜力进行了初步研究，在理论研究和现场实践中得到了一些有价值的结论，提出单弯单稳型导向钻具导向钻井水平段的优化措施。     

垂直升船机传动系统动力学仿真及疲劳寿命预测

针对垂直升船机传动系统大模数齿轮的疲劳寿命问题,提出一种联合虚拟仿真技术.运用SolidWorks及其插件GearTrax建立传动齿轮齿条机构的三维模型,在ADAMS中进行齿轮齿条机构动态啮合力仿真,并研究了传动速度对啮合力的影响.基于有限元软件ANSYS分析了传动机构大模数齿轮的弯曲应力,与理论计算值相比误差为1.6%,误差较小,可以作为齿轮疲劳寿命预测的依据.利用获得的载荷历程和弯曲应力结果,基于名义应力法对该大模数齿轮进行疲劳寿命预测,结果表明该大模数齿轮能很好地满足设计使用要求,联合虚拟仿真技术能有效地研究大模数齿轮的疲劳寿命问题.     

旋转导向钻井技术的应用及探讨

旋转导向钻井技术可以有效提高钻井速度,解决滑动导向方式带来的井身质量差、井眼轨迹不规则、净化效果差等问题;还具有井下闭环自动导向的能力,大大提高了定向钻井效率和井眼轨迹控制的精度;能有效解决定向钻进中"托压"问题,提高钻井安全性;能够钻出更符合设计要求的轨迹。在江汉油田,共有6口井应用了旋转导向钻井技术。实践表明旋转导向钻井技术对于复杂工艺井具有提高定向钻井效率的作用;适合上部防斜要求难度高的地层,下部在长井段稳斜及长水平段延伸钻井中具有明显优势;能更加精确高效地进行工程和地质导向。在现场运用中,需要对底部钻具组合进优化,进一步提高实际施工中的造斜率,以满足各种井型需要;还应加快推进国产化进程。     

巴喀山前高陡构造防斜打快技术的研究与应用

吐哈盆地巴喀区块位于北部山前带,地层倾角大、可钻性差、岩性多变,由于其特殊的地质油藏特征导致该区块机械钻速低、钻井周期长、井身质量难以保证,如何实现该区块防斜打快是吐哈急需解决的难题。本文介绍了巴喀区块防斜打快取得的新进展,通过对该区钻井难点及制约因素的分析,开展了个性化钻头优选、充氮气欠平衡钻井、MWD＋低速螺杆复合钻井、PowerV垂直钻井等新工艺、新技术的试验与应用。实践表明,上述技术能够实现巴喀气田防斜打快的预期目标,是加快该区块勘探开发进程的重要技术,具有推广应用价值。     

基于ANSYS／LS—DYNA的垂直遮障拦截制导武器仿真研究

通过对以巡航导弹和精确制导炸弹为代表的制导武器进行分析和合理假设后，提出使用垂直遮障拦截低空突袭制导目标的构想。建立了制导武器、垂直遮障和碰撞过程的总体模型。并采用ANSYS／LS-DYNA软件对9种不同模型参数的拦截过程进行仿真。仿真验证了2种不同参数的遮障模型可以不被制导武器贯穿。     

深立井开凿实用钻爆新技术研究和应用

针对深立井钻爆具有工作环境差、安全要求高等特点,结合作者现场施工实践,对深立井实用钻爆新技术包括掏槽爆破、钻爆周边辅助眼新工艺、光面光底锅底形爆破、硬岩低抛掷减冲深孔爆破、立井软岩立体微差深孔爆破等进行了系统总结,提出了各项新技术的理论依据与应用时的关键要点.     

Critical weight on bit of double-driven bottomhole assembly during vertical and fast drilling

It is difficult to determine the optimal weight on bit (WOB) of the double-driven bottomhole assembly (DD-BHA, with double stabilizers and a bent housing positive displacement motor (PDM)) which is employed during vertical and fast drilling. High WOB leads to well deviation out of control, and low WOB leads to low rate of penetration (ROP). So considering the rock physical properties, the anisotropy index function of polycrystalline diamond compact (PDC) bit was derived with the structure and cutting performance parameters of the bit, and the effect of natural hole deviation tendencies on the performance of DD-BHA resisting deviation was represented. The concept of elliptic deformation ratio was used to characterize the performance of DD-BHA resisting deviation. Eventually, a model calculating the critical WOB was established. By comparing the model predictions with the measured hole angle changes in the field, the results show that the model predictions are accurate with error less than 5.8%, which can meet the operational requirements in the projects. Furthermore, the model was adopted to justify and guide the operating conditions and parameters during drilling, which shows that the optimum WOB predicted by the model can not only control deviation but also improve ROP effectively. The model is independent on the formation characteristics of blocks, so it can be expanded widely to other oilfields.     

立磨选粉机导流圈的数值模拟与分析

为解决立磨改造中进入选粉机分级室气流速度过低的现象,设计了一种用于提升气流速度的导流圈.采用RNG k-ε湍流模型和DPM模型分别对立磨选粉机的气相流场和气固两相流场进行了数值模拟研究,对比分析了不同导流圈α角下的速度、压力分布云图和颗粒运行轨迹.模拟发现,导流圈α角过大,会限制进入选粉机分级室的气流速度;α角过小,则将增大立磨选粉机的压阻.结果表明:α角为60°时,大部分颗粒能够被迅速提升至分级室,同时选粉机自身的压阻也相对较小,细粉在选粉机内的停留时间较短,选粉机具有最高的分级效率.试验结果和工程应用表明,导流圈的设计有效提升了立磨选粉机的性能和产量.     

A review of light amplification by stimulated emission of radiation in oil and gas well drilling

The prospect of employing Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(LASER)for well drilling in oil and gas industry was examined.In this work,the experimental works carded out on various oil well drilling operations was dis-cussed.The results show that,LASER or LASER-aided oil and gas well drilling has many potential advantages over conventional rotary drilling,including high penetration rate,reduction or elimination of tripping,casing,bit costs,enhanced well control,as well as perforating and side-tracking capabilities.The investigation also reveals that modern infrared LASERs have a higher rate of rock cuttings removal than that of conventional rotary drilling and flame-jet spallation.It also reveals that LASER can destroy rock without damaging formation permeability but rather,it enhances or improves permeability and that permeability and porosity increases in all rock types.The paper has therefore provided more knowledge on the potential value to drilling operations and techniques using LASER.     

水下航行体垂直出筒流体动力特性研究

采用数值仿真的方法研究了水下航行体垂直发射出筒过程多相流场和流体动力特性演化规律．结 合动网格技术,采用多相流Mixture模型、Singhal空化模型及标准的A—s湍流模型,对混合流场的RANS方 程进行求解,进而求解了水下航行体运动的固体边界与运动流场相互作用形成了流一固耦合问题,使用此方 法,实现了在重力影响下水下航行体垂直发射出筒过程和流体动力特性进行数值模拟研究,分析了高压气团 对航行体出筒过程中的水弹道及其流体动力特性的影响,分析了航行体压差系数、粘性系数和总力系数波动 的原因     

垂直井筒两相流温度场的模拟计算

井筒多相流体的物性参数和流变特性参数等均是温度的敏感函数,因此,精确计算井筒多相流体的温度分布是准确预测其压力分布、进行油井生产参数优化设计和工况分析等的重要基础。文中基于两相流动力学和传热学理论,建立了垂直井筒及其周围地层温度场的数学模型。依据建立的模型,编制了不同开采工艺下的井筒温度场计算程序,并对单相和两相流体流动下的井简温度场进行了计算与对比分析。     

江汉油田水平井钻井技术的应用与发展

江汉油田通过对水平井钻井工程设计、井眼轨迹控制、钻井液和完井技术的引进和推广应用,形成了适合不同地区、不同油藏类型的水平井钻井技术,取得了显著的经济效益和社会效益。文章在介绍江汉油田水平井钻井技术的推广应用情况的基础上,根据油田勘探开发的需要提出了水平井钻井技术的研究发展方向。     

长8储层直井井网体积压裂影响产能因素研究

鄂尔多斯盆地三叠系长8储层,岩性致密、物性差,采用常规重复改造增产措施难度大,现采用滑溜水与冻胶交替注入的混合水压裂技术进行增产改造.基于长8储层的地质特征,应用eclipse数值模拟方法建立单元井网缝网模型,对储层改造体积大小、缝网长宽比、裂缝间距和裂缝导流能力等体积压裂主要产能影响因素进行分析,并通过设计正交试验方案,研究了现有井网对于混合水体积压裂的适配性.同时,在优选的各影响因素条件下,探讨了注水井压裂对于油井产能的影响.     

复合材料盒段弯曲试验与数值研究

为了确定垂直尾翼承力盒段与机身连接形式,并获取两种方案所构成盒段的力学性能数据,对垂直尾翼承力盒段进行了弯曲试验,得到了壁板上的应变分布状态。应用有限元软件ANSYS建立了垂直尾翼承力盒段的有限元模型,通过分析计算得到了盒段的弯曲极限载荷和壁板的应变云图。分析数值模拟结果与试验结果,比较了两种盒段在弯曲载荷作用下的力学性能。载荷达到极限载荷的50%之前,盒段根部的载荷-位移曲线和蒙皮上的载荷-应变曲线均呈线性关系。通过比较数值模拟结果和试验结果,验证了数值模拟的可行性。     

建筑增强型垂直轴风力机气动特性数值研究

为捕获建筑环境中蕴藏丰富的高品质风能,结合高耸建筑的高度优势与建筑扩散体强化风速效应,将垂直轴风力机放置于不同建筑扩散体之间,通过数值模拟的方法研究建筑增强型垂直轴风力机在具有不同实度与不同翼型时的气动特性.结果表明:建筑扩散体可大幅提升风力机获能效率,建筑增强型垂直轴风力机较原始垂直轴风力机最大风能利用系数提升4.47倍,其最佳尖速比位置向右偏移,但其载荷波动较剧烈,且对建筑外廓敏感,其中圆弧形截面建筑可有效减小建筑分离涡造成的影响.随着实度的增加,建筑增强型垂直轴风力机风能利用系数先增大后因叶片间干扰而减小,其载荷波动和自启动性在多叶片时得到明显改善.对于不同系列的翼型,FXLV152翼型有助于减小疲劳累积损伤,最大厚度较大的NACA0021翼型有利于提高风力机的获能效率,S809非对称翼型则不适用于建筑增强型垂直轴风力机.数值结果为建筑增强型垂直轴风力机的工程应用提供部分参考依据.