喷射钻井井底水力能量近似计算方法

本文在湍流射流理论的基础上,通过室内单股水射流的多次实验,提出和验证了射流轴心速度及径向速度的计算模式,并进一步推导了一组井底水力参数的近似计算式,可供定性分析及对比井底水力参数时参考。文中还讨论了缩短喷距可以提高射流作用到井底的能量问题,可供改进喷射钻头喷嘴布置时参考。     

钻柱振动能量转化效率评价试验方法研究

利用量纲分析法推导了模拟试验的相似准则,根据该相似准则设计并建立了钻柱振动能量转化效率试验装置,推导了试验参数,设计了能量转换结构,选取了能量转换结构的核心部件模拟蓄能元件,绘制了模拟蓄能元件的弹性曲线,并与原型蓄能元件的弹性曲线进行了对比,两者拟合性较好。建立的试验装置可进行不同钻进参数、弹性刚度和安装位置条件下的冲击振动试验,可通过测量井底钻压波动值和纵向位移波动值来计算井底钻柱振动能量值,从而分析不同试验条件下井底钻柱振动能量的转换效率。研究结果可为有效利用钻柱振动能量提供参考依据。     

喷射钻井井底流场的研究

在全尺寸试验架玻璃井筒内进行了喷射钻头井底流场试验。用贴线法研究多股液流在井底场空间流动时的流向、路线等分布全貌。一个良好的井底流场,应能满足岩屑离开井底,在井底推移和从井底举升这三个基本动作并使之配合好。试验对比了对称井底流场和不对称井底流场的特征和优缺点。试验表明,不对称井底流场的三个主要优点是:有效地利用向下冲击的高速射流;合理地安排下行液流与上返液流的"流道",尽量控制其相互干扰并利用其相互促进的方面;扩大和强化液体沿井底的横向流动。为此,新型喷射钻头应以不对称井底流场为设计依据和发展方向。     

一种井底信息采集装置

该井底信息采集装置已获美国专利，钻进时依靠与个柱相接的探测器实时采集井底相关信息。探测器与钻头上部装有传感器的连接短节，可方便地实现机械与电的连接或分离，各传感器采集到的井底信息经电磁耦合器传送给探测器，再以钻井液正压脉冲方式传至地面，由信息处理设备处理。位于连接短节和探测器中的发电机，分别为传感器和探测器提供电源。该装置的研制为实时采集井底钻井参数、优化钻井创造了条件，同时这可根据需要配置不同的传感器、采集相应的参数，从而增加采集参数数量，为今后全面优化钻井和综合地层评价奠定了基础。     

一种井底信息采集装置

该井底信息采集装置已获美国专利。钻进时依靠与钻柱相接的探测器实时采集井底相关信息。探测器与钻头上部装有传感器的连接短节,可方便地实现机械与电的连接或分离,各传感器采集到的井底信息经电磁耦合器传送给探测器,再以钻井液正压脉冲方式传至地面,由信息处理设备处理。位于连接短节和探测器中的发电机,分别为传感器和探测器提供电源。该装置的研制为实时采集井底钻井参数、优化钻井创造了条件,同时它还可根据需要配置不同的传感器、采集相应的参数,从而增加采集参数数量,为今后全面优化钻井和综合地层评价奠定了基础。     

喷射钻井井底速度场的试验

本文用流体力学现代测速方法;"毕托管-传感器+模数转换板-微机"对全尺寸三牙轮钻头井底射流和漫流的特性及流动规律进行了室内实验和研究。文中首先分析了喷嘴组合方式对射流和漫流特性的影响,在此基础上提出强化射流和漫流的新型喷嘴结构构思,接看讨论了喷嘴出口水力参数对射流和漫流的影响。研究射流速度、能量及漫流速度的沿程衰减规津表明,其衰减相当严重。最后经过实验结果对比,就射流自身所具有的特性提出了新的看法。     

钻柱振动特性分析与井底岩性识别方法初探

文中详细分析钻柱轴向振动的特性,建立了更能直实反映钻柱系统的轴向振动的力学模型,提出钻柱柱轴向振动的广义状态向量,用广义传递矩方法研究钻柱轴向受迫振动的一般规律,并给出计算任意组合钻柱系统的轴向振动稳态响应的一般方法,提供了不同测量条件下分析钻柱轴向振动状态的不同方法。     

喷射钻井中提高井底水力能量的分析研究和工业性试验

本文论述了提高我国喷射钻井的途径:适当降低排量,减少沿程损耗,提高钻头水马力;缩短喷距,减少射流穿透泥浆"垫层"的水功率损耗,提出了计算井底水力能量的近似计算公式;改善井底流场以充分发挥输送到井底的水力能量作用。同时介绍了华北18口试验井的经济效果。     

钻柱轴向振动仿真与井底状态监测方法探讨

在钻柱轴向振动的研究中 ,为了弥补先前的变量分离法和有限单元法存在的不足 ,提出了广义传递矩阵法。根据钻柱结构、受力和运动特性 ,建立了适合任意钻柱组合 ,且能真实反映钻柱系统的轴向振动的计算机仿真模型。引入描述钻柱轴向振动特性的广义状态向量 ,可简化复杂的工程计算问题。针对不同的测量方法 ,可仿真钻柱不同截面与不同功用的振动量。实现的两种仿真方案中 ,方案 (1)可用来优选钻头、优化设计钻具组合和优选钻井参数 ;方案 (2 )可用来随钻监测井底工况、井底岩石性质和钻头工作状态     

关于喷射钻井中井底水力参数的计算问题

本文以实验数据为基础,根据流体力学的基本原理,提出了钻头喷咀射流的井底流量、平均流速和水功率的近似计算方法,并对射流横截面上流速分布和轴心速度进行了分析。井底水力参数计算是研究射流与岩屑、岩层相互作用,进一步提高喷射钻井效果的重要课题。     

高压喷射钻井技术及其应用

高压喷射钻井是实现钻井提速的有效手段。塔里木盆地作为我国石油工业的战略接替地区,钻井提速的需求非常迫切。针对塔河地区高压喷射钻井先导试验过程中存在的问题,通过环空流场数值模拟研究,分析了钻井液排量、流变性能等参数对水力能量的影响,开展了钻井装备优化配置,制定了钻井参数优化方案,并在3口井进行了现场试验。试验表明,采用推荐的高压喷射钻井参数优化方案施工,对钻井提速具有非常显著的效果,建议在塔河地区推广应用。     

井下增压装置提高钻速机理与适用性

利用井 下增压装置产生高压射流辅助钻头机械破岩是提高机械钻速的有效手段之一,现有井下增压装置可分为利用钻井液水力能量和钻柱振动能量2种增压方式。针对不同地层对井下增压装置输出压力要求和不同增压方式适用井深条件等问题,通过数值模拟和现场试验分析等手段,研究了地层岩石力学参数对增压射流破岩的压力要求,探讨了2种井下增压方式的适用条件。结果表明,在地层岩石的摩擦角为20°~50°、内聚力小于60 MPa、当井下增压装置输出射流压力达到100 MPa以上、喷距不超过10倍当量喷嘴直径时,增压射流具备直接破岩能力。钻柱减振增压集钻柱减振和井底钻井液增压为一体设计新思路,装 置活动部件少,受井深、钻井液性能参数等影响小,井下最长工作时间已达230 h以上,比利用钻井液水力能量的增压方式具有更宽的适用范围。     

吸振式井下液压脉冲发生装置

为了提高钻井过程中井底钻井液能量及其利用效率,设计了吸振式井下液压脉冲发生装置,建立了装置的仿真模型并进行了仿真分析,对装置的性能进行了现场测试。基于将钻柱振动能量转化为井底钻井液液压的思路,设计了吸振式井下液压脉冲发生装置的结构并分析了其工作原理,在此基础上建立了装置的仿真模型。仿真分析结果表明:该装置可调制出较高幅值的井底脉冲压力,产生高出常规钻进喷嘴压降2~6 MPa的射流压力,且通过优选钻井液排量和钻头喷嘴当量直径可提高脉冲压力幅值。现场试验结果表明:与常规钻进相比,该装置可大幅提高钻进速度,有效延长钻头使用寿命;装置性能稳定、使用寿命长,可满足现场钻井施工要求。图5表3参13     

基于比能理论的钻头工作状态监测方法

钻头工作状态是影响钻井机械钻速和钻井效率的重要因素之一,而钻头的地下工作环境具有高隐蔽性和不确定性,一旦出现异常,很难在第一时间被现场施工人员发现.文中分析了钻头工作状态的影响因素,利用Farrelly等人提出的比能法,通过多元线性回归模型计算钻头扭矩,得到钻进过程中钻头比能值监测的工程简化模型.比能监测值的异常变化,...     

大排量超高压喷射钻井技术

为了进一步提高塔河油田中上部地层的机械钻速．依据其钻井地质特点,文中开展了大排量超高压喷射钻井技术研究。依据塔河油田钻井地质环境,制定了大排量、适当钻头压降的超高压喷射钻井技术方案,并据此优化升级钻井装备,以满足大排量超高压喷射钻井技术的需求。依据试验方案．对排量和钻头压降2个核心参数进行了优化设计,并开发了水力学计算软件,在此基础上优化了钻进参数和钻井液性能参数。现场应用5口井,与常规钻井技术相比,35MPa高压喷射钻井的机械钻速可提高50％～260％,钻井周期可缩短38％～58％,同时该技术还具有明显的防阻卡效果,井身质量较好,提速提效显著。     

高温高压气井多封隔器管柱完整性分析方法及应用实例

为了分析计算多封隔器管柱的力学行为并评价封隔器的完整性,以压裂施工载荷工况下的双封隔器管柱系统的完整性为研究对象,提出了管柱力学全长分析与封隔器芯轴三维有限元分析结合的综合分析方法,并给出了相关的分析计算流程。以塔里木盆地迪西1井的弹塑性力学分析为例,首先对整体管柱全长进行了三维有限元分析,求取在管柱各处的应力分布;然后采用三维实体单元分析封隔器芯轴的局部结构中的应力分布与塑性应变分布,判别双封隔器管柱作业的安全性。研究结果表明:①在重力、液体压力和温度应力的作用下,管柱各处的轴向应力状态为拉应力,处于弹性应力范围;②在管柱轴向应力和液体压力共同作用下的芯轴发生了明显的塑性变形;③为了缓解压裂施工导致的温度下降引起的轴向拉应力过大的现象,应在两个封隔器之间加装伸缩节。结论认为,该方法用于分析多封隔器管柱得到的变形及应力分布数值结果与实际情况能很好的匹配,证明了该方法的有效性和实用性。