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。     

新型XPJQ系列下套管漂浮减阻器的研制与试验

为有效减小大位移井、长水平段水平井的套管下入阻力,保证套管的安全下入,研制开发了新型XPJQ系列下套管漂浮减阻器。基本的技术思路是,依据套管在下入过程中的受力大小、状态及影响因素,利用漂浮接箍或漂浮减阻器实现对水平段套管内部全掏空,以有效降低套管正压力、减小套管下入摩擦阻力。根据漂浮下套管技术及固井技术的要求,研制开发的新型下套管漂浮减阻器由1个主部件（漂浮减阻器）和4个辅助部件（可钻式防落物浮箍、高承压漂浮旋流鞋、剪销式套管清理器、防转碰压塞）组成。下套管漂浮减阻器地面试验表明,各功能都运行平稳,各项技术参数均达到设计要求。在胜利油田胜2-平17井的现场试验也表明,各部件工作正常,可实现漂浮功能。研究认为,新型XPJQ系列下套管漂浮减阻器性能可靠,可在大位移井、长水平段水平井推广应用。      

钻杆减阻工具减阻效果计算与分析

通过全井钻柱系统动力学模型和计算软件,以某已实施水平井为例,计算了井口至不同井段的动态摩阻扭矩,根据计算结果初步设计了多种减阻工具安放方案,完成了不同安放方案动态摩阻扭矩的计算与分析,通过分析发现动力学计算方法能较好地反应摩阻扭矩的波动情况;具体井况中减阻工具的安放数量存在一个临界值,并非越多越好;安放位置必须经过对比计算确定,合理的安放位置不仅可以有效降低摩阻,而且可以减少安放工具数量。文中的钻柱系统动力学特性分析技术可以为减阻工具选型及安放位置优化提供有力的支撑。     

大位移井减扭阻工具的研制

井下的摩阻和扭矩是大位移井设计和施工的两个关键因素,文章针对古巴大位移井的现状,研制了机械式减扭阻工具来减低摩阻和扭矩,提高钻具的使用寿命,提高大位移井的施工质量,完善大位移井钻井工艺技术。详细介绍了机械式减扭阻工具的结构和室内Landmark软件对工具性能的模拟,通过大量的试验数据表明机械式减扭阻工具的使用可以有效地降低钻具的扭矩和摩阻,对钻具受力有着良好的改善功能。     

大位移井减阻工具合理安放位置研究

大位移井技术因其具有巨大经济效益并能够满足特殊作业的目的而得以迅速推广应用，但水平井段摩阻扭矩又成为了制约大位移井推广应用的关键因素。为了减少大位移井摩阻扭矩的目的，首先根据用测斜数据，应用3次样条函数拟合井眼轨迹。将多维井段装有减阻工具套管柱作为类连续梁，并考虑弯曲载荷的影响，综合考虑了井斜角、方位角以及套管柱自身几何参数等多因素对套管柱挠曲变形综合影响，以此建立大位移井不同井段套管柱力学模型，完善了部分国外学者计算套管柱挠度“软模型”的不足；进而给出了优化大位移井减阻工具合理安放位置理论计算方法。     

减摩工具及其应用

减小井下摩阻是大位移井钻井中的一个重要技术问题,使用减摩工具是解决这一问题的有效途径。重点介绍了非旋转钻杆护箍(NRDPP)的结构、降扭减摩机理、使用方法和注意事项以及应用效果,对其它几种减摩工具,如钻杆轴承短节、DSTR短节、低扭矩钻杆的结构和特点仅作了简单介绍,对使用和研究该类工具有借鉴意义。     

横向振动对水平井眼中钻柱摩阻的影响研究

激振力的幅值和频率是影响横向振动类减摩阻工具性能的主要参数,利用自行研制的旋转激励载荷作用下摩擦力测试试验装置,研究了激振力的幅值和频率对钢-石板平面摩擦副摩擦系数的影响规律.试验结果发现,在激振频率为5,10和20 Hz条件下,与未施加激振力时的摩擦系数相比,当激振力增加到34.2 N时,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数分别减小21.6%,29.0%及34.4%;在激振力为11.4,22.8和34.2 N条件下,与未施加激振力时的摩擦系数相比,当激振频率增加到30 Hz时,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数分别减小22.8%、27.4%及39.0%.研究结果表明:在相同激振频率下,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数与激振力幅值呈线性负相关;在相同激振力幅值下,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数与激振频率呈对数负相关.      

南海东部惠州油田大位移井减摩减阻技术浅析

大位移井具有水平段长、井斜角大及裸眼稳斜段长的特点,钻井过程中井下钻柱承受的摩阻扭矩远高于常规的直井和定向井.因此,钻井过程中控制摩阻、扭矩在合理的范围是成功地钻成大位移井的关键点.分析了南海东部惠州油田大位移井钻完井作业中的减摩减阻技术在现场的应用效果,结果表明该减摩减阻技术能显著降低大位移井钻完井过程中的摩阻与扭矩...     

可旋转钻柱定向钻进工具设计及测试

针对滑动定向钻进时摩阻高、机械钻速低的技术难题,设计了一种滑动定向钻进时可旋转钻柱的降阻工具RSD,建立了底部钻具组合扭转动力学模型,分析了RSD扭矩及RSD安放位置对于螺杆钻具工具面角的影响规律。利用可模拟螺杆反扭矩振动的试验装置,进行了RSD原理样机室内测试,并利用测试井进行了RSD原理样机现场测试。理论分析及测试结果表明,RSD工作原理可行、结构设计合理,在钻柱旋转时可以稳定和调节螺杆钻具的工具面角。研究认为,利用RSD既可以实现螺杆钻具滑动定向钻进,又可以旋转RSD以上的钻柱,降低摩阻。      

SwiveIMASTER钻柱旋转头力保管柱下入

对于大位移井、水平井而言，由于垂深浅、位垂比大，导致管柱下入摩阻大，依靠管柱自身重量难以下放到位，     

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。     

钻柱振动录井的研究现状及发展趋势

钻进过程中钻头破岩会引起钻柱的轴向、横向和扭转振动,这种振动携带了井下钻头、所钻地层和钻柱的信息.利用在钻柱顶部测量的振动信号,监测井下钻具的工作状态,获取钻头下方地层特性的技术称之为钻柱振动录井.对钻柱振动录井技术的基本原理、钻柱振动特征、测量仪器、数据处理方法和存在的主要问题及发展趋势作了系统分析,认为:钻柱振动录井可用于井下工况监测、地层评价与钻前预测,具有很好的发展前景;钻柱的传播效应使井下振动信号发生了强烈畸变,发展钻柱振动录井的关键是引入新型信号分析方法,分离钻头、钻柱、地层信息,有前景的方法包括反褶积、小波分析、独立成分分析等;无线传输、多参数、多分量钻柱振动测量手段的应用将有助于信号分析和井下信息提取.     

摩阻扭矩装置钻柱稳定性分析及可视化应用

钻进过程中钻柱的非线性屈曲影响着摩阻扭矩试验装置的安全和平稳运行.针对现有的水平井摩阻扭矩试验装置,基于动力学软件ADAMS,结合力平衡理论和相似理论,建立了与真实试验装置具有一致钻井参数的水平井段钻柱-井壁动态非线性接触模型.研究了不同钻压下钻柱在井筒中的运动状态与钻柱系统各测点的偏移量,通过分析得到钻柱屈曲的临界预...     

Influence of Mechanical Rotary Percussion Tool on Friction Drag in Horizontal Wells

Chemistry and Technology of Fuels and Oils - Friction between the drill string and the well wall is one of the key factors restricting the rate of penetration (ROP) in the process of sliding...     

LET扣钻具在塔里木油田的应用

为了降低钻具接头螺纹齿根的应力集中,减少钻铤、稳定器、转换接头等失铲事故的发生,根据降低公扣大端啮合齿高度的设计思路开发了一种新型钻具螺纹ＬＥＴ扣,主要介绍了ＬＥＴ扣的设计、加工及现场试验情况。ＬＥＴ扣钻具的加工、现场使用结果表明,ＬＥＴ锃钻具加工,不影响修扣次数、上卸扣操作及其使用性能,能够显著提高钻具的疲劳寿命,具有一定的推广应用价值。而且ＬＥＴ扣钻具螺纹与ＡＰＩ标准螺纹具有互换性。     

基于加速度传感器的钻柱振动测量方法研究

为了预防钻柱振动失效,采用加速度传感器测量钻柱的纵振、横振、扭振及耦合振动。给出了加速度传感器在钻柱上的安装位置和数量,建立了加速度传感器测试信号值与钻柱振动值的关系式。采用ANSYS数值仿真软件模拟了钻柱的4种振动工况,数值仿真得到的钻柱振动加速度值与理论计算结果误差<5%。为钻柱振动测量工具的设计提供了理论依据。     

钻井管柱自动输送装置的研制与应用

为有效解决目前我国石油钻井现场在钻杆、钻铤及套管等钻井管柱上、下钻台作业过程中存在的钻工劳动强度大、危险系数高及效率低等问题,成功研制出钻井管柱自动输送装置。该装置采用成对抓取机械手与双摇杆起升结构实现对钻井管柱的自动抓取与输送。钻井现场试验结果表明,该装置可在手动与无线遥控2种操作模式下,成功实现钻井管柱在地面与钻台面之间的自动、安全、高效、往复输送,从而取代钻工完成起、下钻井管柱的高强度作业,提高作业效率。     

旋转钻柱内赫巴流体流动模型与流场特性研究

为了揭示钻井液在旋转钻柱内的流动特性,采用数值模拟方法建立了旋转钻柱内赫巴流体的流动模型。研究了钻柱的旋转速度、轴向流速及密度的变化对钻柱内螺旋流场的影响,并给出了合理的解释。通过分析得出旋转钻柱内赫巴流体的流动由于其表观黏度的单峰分布特性,使得螺旋流场减弱了流体质点在各方向上的随机脉动趋势,并增强了流场旋流的整体趋势。该项研究成果对于钻柱内考虑旋转效应流场钻井液流动的深入研究具有指导意义。     

基于升沉预测的钻柱补偿装置仿真研究

为减小大洋钻探过程中井底钻压波动,提高钻柱补偿装置的补偿精度,开展了基于非水动力学船舶升沉预测方法的仿真研究.首先以船舶姿态传感器的升沉位移信号为输入,建立基于卡尔曼滤波的升沉预测模型,然后利用AMESim平台搭建450T死绳端钻柱补偿装置仿真模型,通过仿真的形式实现波浪信号的采集、处理和预测,再对引入升沉预测前、后的...     

基于磁记忆的海上钻柱损伤监控技术研究

钻柱疲劳断裂等事故会严重影响海上钻井作业的安全。对钻柱损伤检测方法进行分析,提出磁记忆方法适合用于现场钻柱损伤实时检测。通过室内试验研究,确定磁记忆信号切向分量梯度最大值可用来表征钻柱损伤状态。结合海洋石油钻井特点,研制了一套基于磁记忆的海上钻柱损伤实时监控系统。该系统在起钻过程中对钻柱接头-管体进行一体化检测,不影响起钻速度。通过试验井抽样检测试验,缺陷检出率达100%,并在中海油南海某油田成功应用2口井。基于磁记忆的海上钻柱损伤监控技术研究为海洋石油高效安全开发提供了技术支持。