石油钻柱顶部高频激振解卡耦合响应特性

采用顶部高频激振进行钻柱解卡具有操作简便、高效低成本的优点,但是解卡作业效果受到井下复杂环境的严重影响。将解卡装置和钻柱相结合,并考虑环境因素影响,建立解卡装置-钻柱系统耦合振动模型,据此揭示系统振动响应特性,以及钻井液黏度、卡点深度、井斜角及高频解卡装置的工作参数等因素对卡点处解卡力的影响特性,并结合特定工况确定最佳工作参数范围。研究结果表明:在高频激振解卡作业中,解卡效果的影响因素相互耦合;针对实际作业环境和钻柱结构,通过优化获得最佳的作业参数,可以有效地提高解卡效果。     

压差粘附卡钻的快速解卡工艺技术

在钻井过程中,受地层多变性、钻井设备、仪器仪表自动化程度以及钻井操作技术熟练程度的制约和影响,井下往往会发生各种各样的复杂钻井事故,有的复杂事故会造成钻井成本急剧升高,甚至导致一口井报废。通过对压差粘附卡钻的解卡工艺研究,提出了快速解除压差粘附卡钻的机理和首选处理方法,重点阐述了降压解卡的关键技术、适用条件、相关数据的确定及现场施工方案与措施,对加快油气勘探开发、提高钻井速度、降低钻井成本十分有利。     

复杂结构井钻柱解卡参数分析

在复杂结构井解卡过程中,为了优化旋转上提和旋转下放的解卡参数,确保载荷能够最大限度地传递至卡点,分析了遇卡钻柱与正常钻柱在摩阻扭矩计算方面的差异,探讨了旋转、减阻器和卡点深度对遇卡钻柱轴向力传递效率的影响。实例计算和分析结果表明,遇卡钻柱的摩阻系数与变形量存在耦合关系,且随载荷分布、卡点深度等参数的变化而变化;钻柱旋转可以提高载荷传递效率,下放解卡时旋转降阻作用更加明显;旋转上提解卡时卡点拉力随井口拉力的增加而增加,旋转下放解卡时最大卡点压力可能不是悬重放空时,通过优化解卡参数可以最大程度地增加解卡载荷;旋转上提和旋转下放解卡过程中,减阻器会降低最优解卡参数下的最大卡点载荷,减阻器轴向摩阻系数越大越不利于解卡作业。     

磨溪气田水平井射孔枪卡钻解卡工艺技术

磨005-H10井和磨017-H3井为磨溪气田雷一^1气藏和嘉陵江气藏的两口水平井，均采用127mm尾管射孔完成，油管传输射孔后即发生卡钻。由于射孔枪与套管间隙小，打捞工具选择困难，再加上水平井的特殊性，解卡工艺难度大，工程风险大。该两口井采用震击器震击解卡工艺和倒扣解卡工艺处理卡钻事故，获得成功，对水平井井下作业和水平井修井具有一定指导意义。     

天64井卡钻简析及串接上击器解卡技术

安徽油田天64井钻达1845.99m,换钻头、钻具下钻速度快,发生缩径卡钻。文中简析了卡钻原因,介绍了串接液压上击器解除卡钻工艺技术及其成功应用。     

考虑顺流向和横流向耦合作用的海洋立管涡激振动响应特性

海洋立管的涡激振动是导致海洋油气井事故的主要因素。笔者采用Hamilton变分原理考虑海洋立管内部流体和管外海洋环境载荷的联合作用下，建立了立管横流向和顺流向耦合振动模型，采用尾流振子模型模拟流体对大长径比立管横向和顺流向的涡激力。借助Newmark-β和4阶Runge-Kutta耦合迭代法，求解立管振动和涡激力计算模型，与现有文献实验数据结果对比验证了模型的有效性。在此基础上，系统地分析了不同均匀流和顶张力情况下立管横流向和顺流向涡激振动响应的特性。结果表明，横流向振动在剪切流和均匀流中都具有频率锁定效应，顺流向振动表现为均匀流中的频率锁定效应和剪切流中的多频效应；在高流速下，需同时重视顺流向和横流向的涡激振动影响。     

水平井侧钻过程中钻柱横向振动规律的研究

在水平井的侧钻过程中,钻柱很容易发生横向振动,引发钻柱失效、井眼扩径等严重事故。鉴于此,全面地分析了侧钻水平井钻柱的横向振动,以近井底长钻柱单元为研究对象建立了这种振动的力学模型,研究了横向振动的动力学规律,获知了钻柱横向振动的共振频率的分布规律。振动规律的实际应用反映了钻柱横向振动规律理论分析的正确性。侧钻水平井钻柱横向振动规律的研究对水平井在侧钻过程中保持井壁稳定、减少钻柱失效、提高钻速和降低钻井成本具有重要的理论价值和实际意义。     

下部钻柱涡动机理及规律研究

根据转子动力学理论,转子的涡动机理及规律与碰摩作用密切相关,考虑下部钻柱与井壁之间是否发生碰摩作用,应用转子动力学理论建立了2个下部钻柱涡动分析模型,探讨了下部钻柱涡动机理及规律。下部钻柱与井壁之间可能存在2种碰摩作用:一是"部分碰摩"作用;二是"全周碰摩"作用。理论分析表明:(1)下部钻柱的同步正向涡动源于下部钻柱的质量偏心,而反向涡动源于下部钻柱与井壁之间的碰摩作用;(2)下部钻柱的反向涡动状态相当于钻柱沿井壁做无滑动的反向滚动,反向涡动频率与自转频率之比等于钻柱半径与井眼间隙之比。     

空气钻井条件下钻柱振动特性研究

空气钻井过程中钻柱损坏问题严重,直接影响到了钻井成本并威胁钻井安全,共振是引起钻柱失效的主要原因之一,故需要对其振动特性进行分析和研究。为此,在理论分析的基础上,建立了钻柱振动有限元模型,利用ANSYS软件对空气钻井钻柱振动特性进行了数值模拟。研究结果表明：扭转和纵向振动固有频率数值较大,共振区域窄;横向振动固有频率很小且各阶频率间隔小,共振区域宽;钻柱扭转、纵向振动和横向振动特性受钻柱长度影响很大;空气钻井中钻柱纵向振动和横向振动的固有频率比常规钻井中钻柱振动的固有频率要高很多。谐响应分析结果表明：钻井液的存在使钻柱低频共振响应显著加强,而高频共振减弱;钻井液对钻柱安全有着积极的影响。在进行空气钻井时,需要根据不同的钻柱长度和钻柱组合,动态选择合理的转盘转速。该研究成果对空气钻井转速优选具有一定的指导意义。     

井下钻柱信道的声传播特性

基于钻柱信道的随钻数据声波传输方式能够满足现代钻井速度快、传输数据量大的要求。在声传播特性分析模型建立基础上,采用传递矩阵计算方法,对不同钻柱组合的声传播特性进行了研究。结果表明,钻柱信道的一个最明显特征是窄频带多波段通信。钻柱信道的几何结构、物理参数和信号频率对信道传输性能有显著影响,随着信号频率和传输距离的增大,接收信号衰减程度增大,同时信道的声传输性能还受钻柱材料的弹性模量和密度的联合作用影响。对于周期性钻柱,当钻杆长度增大时,通带中心向低频偏移,通带和阻带变窄;当接头横截面积减小时,通带变宽,阻带变窄,一个频带周期内通带中心向频带中心频率偏移,距离频带中心越近,其偏移量越大。对于非周期性钻柱,结构和物理参数差异的增大,会引起钻柱信道频域特性的显著变化,声传输性能显著下降。信噪比是影响井下信息声传输系统设计的关键因素,同时为了实现声波遥测,声传输方式的通信工作频率应尽量选择低频。     

侧钻井钻柱疲劳损伤评价方法的研究

通过对侧钻井用钻杆材料的疲劳性能试验 ,得到了钻杆材料P S N曲线 ,在此基础上获得修正的钻杆柱P S N曲线 ,提出了一种描述侧钻井钻柱疲劳损伤的新方法 ,即采用理论简化的办法 ,先获得钻杆材料标准试样的P S N曲线 ,再考虑钻杆的形状、尺寸、表面加工方法、应力状况等影响 ,将钻杆材料的P S N曲线转化为钻杆柱的P S N曲线 ,来进行疲劳强度的评估。将此方法运用于胜利油田井下作业公司侧钻井钻杆柱的优化设计 ,对钻具组合做了必要的修正、完善后 ,使钻杆柱所受疲劳损伤降至最低程度 ,从而延长了钻杆柱的使用寿命     

用矩阵传递法分析水平钻柱的稳定性

在水平钻柱稳定性的研究中,一般把水平钻柱看作均质等直杆,但实际上钻柱是由钻杆连接而成,存在直径较钻杆本体部分大的钻杆接头。鉴于此,利用矩阵传递法对水平钻柱的稳定性进行分析研究,研究中考虑了钻杆接头的影响,把每根钻杆视作一个单元,求出其单元矩阵,由于井壁在钻杆接头处给水平钻柱一弹性支承,因此应求出相应的弹性支承传递矩阵,然后通过各单元传递矩阵及弹性支承传递矩阵相乘,获得水平钻柱两端的状态向量关系,再代入两端约束条件,即可求得水平钻柱临界钻压。这种方法既适用由单一钻杆组成的水平钻柱,也适用于不同杆径、杆材组成的水平钻柱。     

气体钻井钻柱振动特性及控制措施

为解决气体钻井钻柱频繁失效的实际问题,综合考虑钻柱纵横扭耦合振动,根据气体钻井全井段钻柱系统动力学模型分析了气体钻井钻柱的振动特性,并从减振抑振角度提出了空气锤钻井工艺和采用减振减阻工具两种振动控制措施。以川西某实钻井气体钻进段为例,在利用美国ESSO公司现场数据验证全井段钻柱系统三向耦合振动力学模型可行性与结果可靠性的基础上,量化评价了常规气体钻井和采用振动控制措施气体钻井工艺的钻柱振动特性。对比分析表明,这两种工艺措施的减振抑振效果明显,不仅能够有效减弱气体钻井中下部钻柱的振动强度,而且使上部钻柱的动态应力也大大降低。     

钻井液影响下多扶正器钻柱振动的理论分析

根据动力学基本理论的分析认为,钻井液流体对多扶正器钻柱横振振型的影响主要来源于流体的科氏惯力。据此,推导了考虑钻井液流动影响的多扶正器钻柱横向振动的微分方程,并用拉普拉斯变换理论中的有理分式反演法、延迟定理、位移定理、卷积定理等求解了该微分方程,给出了考虑钻井液流动影响的多扶正器钻柱横向振动的频率方程和振型函数的精确解析式。与忽略钻井液影响的结果比较,其频率方程,振型函数要复杂得多,需要用计算机编程求解,但这一新的课题有待继续研究。     

井下温度对钻柱扭转振动固有频率影响的讨论

钻柱共振是引起深井钻具失效的主要原因,钻柱工作在井下的高温环境中,温度的升高必然使钻柱的固有频率发生变化。分析了井下温度对钻柱扭转振动固有频率的影响,推导出了井下任意温度时钻柱扭转振动固有频率的计算公式。通过实际算例,讨论了井下温度对钻柱扭转振动固有频率的影响。分析结果表明:钻柱扭转振动固有频率随着温度的升高而降低,不管钻柱多长,二阶固有频率的降低幅度都大于一阶固有频率的降低幅度,但二者差别不大。当井下温度不超过200℃时,钻柱扭转振动固有频率的变化幅度不会超过常温下计算值的3.7%。当温度升高时,钻柱扭转振动固有频率的降低幅度与钻柱长度关系很小,可以忽略钻柱长度的影响。任意温度时钻柱扭转振动固有频率与温度成近似线性关系,可以根据常温下的计算值和温度变化值通过一个简单的一次函数来计算,避免了求解超越方程的困难。