旋转阀泥浆脉冲器转子水力特性研究

利用流体仿真法对所建立的泥浆脉冲发生器进行三维流场仿真,分析了定子、转子间隙及钻井参数等因素对泥浆脉冲器性能的影响;总结了这些因素对转子水力转矩和脉冲强度的影响。     

水力脉冲空化射流钻井技术现场试验

水力脉冲空化射流钻井是在钻井过程中将水力脉冲空化射流发生器安装于钻头上部的一种钻井新技术,可以综合利用机械能量及水力能量提高钻井速度。通过使用水力脉冲空化射流发生器将钻井过程中进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动,钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流。文章分析了冀东油田高尚堡地区高94-22井水力脉冲空化射流的现场试验并与同区块邻井进行了对比,结果表明水力脉冲空化射流钻井较常规钻速提速13.51%～45.4%,有较高的利用价值。     

小井眼水力脉冲射流提速研究及应用

在深井中采用小井眼钻井技术可以有效降低钻井成本,但也面临着机械钻速低以及水力参数设计困难等问题。为此,将脉冲射流钻井技术与小井眼钻井技术相结合,设计了小井眼水力脉冲射流发生器。通过数值模拟和试验分析了小井眼水力脉冲射流发生器的压耗、脉冲射流频率随排量变化的关系,同时对小井眼水力脉冲工具进行了现场试验。试验结果表明,与采用常规钻井方式的邻井相比,在钻进参数变化不大的情况下,水力脉冲射流钻井方式的机械钻速提高了15%~30%,并且钻井过程中各参数稳定,没有发生井下异常,钻具起出后,小井眼水力脉冲发生器和钻头结构完好,钻头新度在80%以上,可以继续使用。     

连续波脉冲器流场数值仿真及稳态水力扭矩

转子稳态水力扭矩是连续波脉冲器设计的一个重要参数,对于连续波脉冲器转子优化设计与电机控制具有重要意义.为此,考虑转子流场的非定常特征,建立了非定常的稳态水力扭矩数值仿真模型,研究了稳态水力扭矩的非定常流场特性、稳态水力扭矩的计算方法以及参数影响规律.研究结果表明:流体介质流过转子时,转子叶片迎流面一侧流速高、压力低,另...     

钻井液脉冲发生器转子结构优化设计

连续波钻井液脉冲发生器具有较高的传输速率,其产生的压力波信号质量主要由信号幅值和频谱特性决定,与转子形状密切相关。为了获得理想的正弦波形,以提高脉冲发生器的传输距离及信号质量,建立了三角形定/转子流通面积计算数学模型,并依据钻井液脉冲发生器脉冲幅值设计准则及压力波与正弦波最大相关系数设计准则,建立了三角形定/转子形状优化模型,同时采用Fluent软件对优化结果进行三维建模及流场仿真。仿真结果表明:优化所得三角形定/转子产生的压力波信号满足设计要求且与理想的正弦波信号近似。研究结果可为连续波钻井液脉冲发生器的结构优化提供参考。     

基于空间矢量脉冲宽度调制的异步电机直接转矩控制系统

基于直接转矩控制算法的基础上,分析了三相异步电机的数学模型,介绍了直接转矩控制算法各部分的原理,得出利用滞环比较器正确选择电压空间矢量的方法。通过对传统直接转矩控制方法中转矩脉动问题的分析,研究了有效减小转矩脉动的方法。选用基于空间电压矢量脉冲宽度调制的直接转矩控制算法(TDC-SVPWM)减小转矩脉动,并介绍了该算法的原理。通过Matlab中的Simulink模块,分别搭建传统直接转矩控制(TDC)系统和基于电压空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)的直接转矩控制系统的仿真模型,对比两者的仿真结果,进一步验证了改进后的直接转矩控制系统对改善电磁转矩脉动的有效性。     

脉冲空化射流钻井技术

伴随着石油工业实施油气勘探开发,今后石油钻井深度会越来越深,深井比例也会增加,岩石愈来愈硬,如何提高深井钻井速度将成为钻井界研究的重要课题之一.水力脉冲空化射流钻井是在钻井过程中利用水力脉冲空化射流发生器增强钻头喷嘴射流的作用,用以提高钻井速度的一种新技术.     

水力脉冲空化射流发生器配合Power V防斜打快技术

高陡地层防斜打快一直是钻井界面临的技术难题,而Power V系统应用于防斜打直既能保证井身质量又能解放钻压,但由于其成本高,制约了在现场的推广应用.为此,在风城1井进行了水力脉冲空化射流发生器配合Power V防斜打直现场试验,结果表明,水力脉冲空化射流发生器配合Power V系统既能有效控制井斜角,又能提高机械钻速,减少了Power V系统的占用时间,降低了钻井成本.详细分析了水力脉冲空化射流发生器配合Power V系统防斜打快的机理及现场试验情况.     

水力脉冲射流压力波动特性规律研究

脉冲射流在井底能够产生瞬时负压和脉冲冲击等作用,减小岩屑的压持效应,提高破岩和清岩效率。在建立水力脉冲射流特性模型的基础上,研究了水力脉冲射流压力波动随管路变化的趋势,分析了管路长度和粗糙度等因素对脉冲压力波动特性的影响,并通过室内试验对分析结果进行了验证。分析结果表明,水力脉冲射流发生器能将连续射流调制成脉冲射流,并在后接管路中形成周期性压力波动;随着流体在管路中前进,脉动压力幅值呈线性衰减,且脉动压力幅值的衰减随管路长度的增加而减小;在后接管路长度和粗糙度一定的条件下,管路中的脉动压力幅值随水力脉冲射流发生器入口排量的增大呈增大趋势。     

往复增流式井下压力信号发生器模型及特性分析

针对往复式钻井液压力信号发生器存在先导阀进液口流通面积小及流量供应能力不足导致的信号频率较低问题,提出了往复增流式井下压力信号发生器模型。根据其不同工作阶段,建立了相应的状态方程;应用MATLAB工具软件对其特性进行了实例仿真计算。计算结果表明:在相同参数情况下,增流阀信号发生器的脉冲上升时间大约为0.035 s,而原信号发生器脉冲上升时间约为0.154 s,即增流式压力信号发生器的信号频率可提高4倍。研究结果对于进一步研发井下信息高速率传输的信号发生器具有重要的指导意义。     

泥浆脉冲发生器研究现状

介绍了泥浆脉冲发生器的基本类型,分析了国内外研究现状,解释了连续波泥浆脉冲发生器发生机理,定性探讨了转子扭矩的影响因素,给出了转子优化设计原则。     

随钻测量阀控式液压信号发生器动态数学模型

根据正脉冲液压信号发生器的基本结构和工作原理 ,简化出二通先导阀控式液压信号发生器的液压系统模型。以信号发生器液压系统工作原理为基础 ,应用液压阀的流量压力特性关系 ,建立了系统的入口和出口的动态流量平衡方程 ;在综合考虑运动件的液压力、稳态液动力、瞬态液动力 (阻尼力 )的情况下 ,建立了主阀心和溢流阀心的动态受力平衡方程 ,从而为该类型液压信号发生器的设计和动态性能分析提供了基本的理论依据     

水力加压器和井下马达组合时的钻压计算

水力加压器由于能吸收钻头冲击振动,能提供一恒定的易于控制的钻压而在油田得到广泛应用。文中分析了水力加压器串联在井下马达上面和下面时两种组合钻具的钻压计算、针对水力加压器串联在井下马达上面的组合钻具,将马达压降和马达转子输出扭矩的关系简化为一直线,建立了相应的钻压计算数学模型。该模型考虑水力加压器活塞及其缸体内壁间的摩擦力、水力加压器以下钻柱重量、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力和活塞下推力等参数,用迭代法计算出马达压降和钻头钻压。同时也用压力平衡法计算出钻压,现场试验表明,两模型可靠、计算结果正确。     

控压钻井环空水力模拟计算

环空水力模拟是控压钻井技术的一个重要组成部分。环空水力模拟不仅可用于控压钻井水力参数设计,还能指导现场实时判断、准确地处理井下出现的各种复杂情况。详细地分析了控压钻井作业环空水力学特征,根据实际钻井液特性,选择相适应的钻井液流变模型,综合考虑井下温度、压力对钻井液密度和剪切应力的影响,进行控压钻井环空水力模拟计算。与实施控压钻井的2口井现场实时PWD数据进行对比,表明水力模拟结果与现场数据较为吻合,可用于指导现场施工。     

导向钻井稳定控制平台的反馈线性化控制

旋转导向钻井的稳定控制平台单纯采用PID控制时,控制性能与工具面角度的给定值有关。在某些角度下,平台会产生振荡旋转现象,无法实现工具面角度的稳定,使导向工具失去导向控制功能。分析表明,导致这种现象的主要原因是系统存在非线性偏心作用力矩,该力矩与工具面角度成正弦函数关系。基于反馈线性化原理,提出了平台系统的输出反馈线性化控制方法,消除了非线性因素的影响,实现了线性的闭环系统。仿真表明该方法可实现平台系统在钻井过程强扰动作用条件下的任意角度位置稳定控制。针对非线性偏心作用力矩不可直接测量问题,提出了一种基于系统运动姿态测量的偏心作用力矩在线估计方法,可有效减小估计误差所导致的控制性能劣化,并给出了一个在线估计的应用实例。水力驱动条件下的控制测试验证了基于偏心作用力矩在线估计的反馈线性化控制方法的有效性。     

中空螺杆钻具的外特性及其改进

分析了中空螺杆钻具的外特性,探讨了中空螺杆钻具的输出转速、扭矩、功率以及效率与马达压降的关系,从而指出中空螺杆钻具存在着严重的转速软特性和抗载能力差等问题;并在此基础上研制了一种稳流阀,用于改善中空螺杆钻具转速软特性。实验和分析表明,带稳流阀的新型中空螺杆钻具显着改善常规中空螺杆钻具的转速软特性,并且效率也明显提高。文中还提出的中空螺杆钻具的临界排量的概念,可作为评价中空螺杆钻具性能的一个重要指标。     

液压控制式双向随钻扩孔工具研制

随钻扩孔工具不仅能显著提高小井眼固井质量,而且解决了深井超深井钻井过程中的缩径难题,从而避免了发生井下事故。在分析研究国内外随钻扩孔工具特点的基础上,研制了一种高效随钻扩孔工具,具有随钻同心扩孔、水力可控、强制收翼、双向扩孔的特点。以井深1 000 m为例,进行了刀翼收放的水力学校核。同时,运用有限元对其本体进行了不同转矩工况下的强度校核,当转矩高达40 kN·m时,最大等效应力仅为10.6 MPa,满足设计要求。该工具的研制对国内随钻扩孔的研究具有重要意义。     

基于齿条啮合的螺杆钻具定转子造型设计理论

用传统的线型设计方法设计的定转子轮廓线在摆线弧和圆弧连接处不平滑,该部位在运行过程中不断磨损定子橡胶,会加速橡胶衬套的损坏,缩短螺杆钻具的使用寿命。而基于齿条啮合方法的定转子造型设计不仅可以克服传统线型的造型缺点,而且还可设定更多参数,获得的线型也更加多样,除了用于螺杆钻具定转子线型外,还可供其他螺杆式水力机械使用。为此,利用数学分析方法详细论述了螺杆钻具定子及其啮合转子的线型生成过程,得到了不同参数下的定子及其共轭转子线型的参数方程,可通过基本参数对定转子线型进行精细控制。比较了不同水平偏移量下定子线型的变化情况,阐述了该参数对线型的影响。研究结果可为螺杆式水力机械定转子线型设计提供参考。     

水力脉冲波协同多氢酸酸化解堵反应动力学模型

水力脉冲波协同多氢酸酸化技术对于高压注水、注汽井近井区域的储层堵塞具有高效的解堵效果。但目前针对该项技术的模拟理论及动力学研究较少,现场工艺参数设计存在一定的盲目性。基于多氢酸活性酸组分的酸岩反应模型,以水力脉冲波传播动力学为基础,构建了水力脉冲波协同多氢酸酸化反应动力学模型;研究了孔隙度、渗透率、酸液及矿物浓度随时间和距离的变化规律,分析了水力脉冲波协同多氢酸酸化解堵的参数敏感性,并进行了矿场应用分析。研究表明:协同作用进一步提高了储层的酸化解堵效果,明显改善了酸液流速、酸液及矿物浓度的分布;振幅、频率较高时,酸液流速的径向差异直接影响相邻位置的解堵效果。针对不同类型的砂岩油藏设计了水力脉冲波协同多氢酸酸化解堵参数,并成功开展11井次矿场试验,注水压力平均下降6.3 MPa,注汽压力平均下降3.5 MPa,起到了显著的解堵降压增注效果。