机械式无线随钻测斜仪脉冲发生器结构优化

针对机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井的井斜测量中存在钻井液脉冲压力低、脉冲信号弱及涡流现象严重等问题,采用Fluent软件模拟了脉冲阀和脉冲环结构优化前后脉冲阀最大直径处钻井液通过脉冲环节流孔位置瞬间的压力、速度和流线变化情况。数值模拟结果表明,结构优化后的脉冲发生器产生的脉冲压力更高、信号更强、涡流现象减少。因此,结构优化后的机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井中测量的脉冲强度更高,工作寿命更长,测量更可靠。     

连续波钻井液脉冲发生器结构设计探讨

石油钻井过程中随钻测量的参数越来越多,为把这些参数快速有效地传至地面,研制一套高速率钻井液脉冲遥传系统势在必行。解释了钻井液脉冲发生器连续波发生机理,介绍了连续波钻井液脉冲发生器及发电机短节的基本组成、设计方案、基本结构、工作原理以及信号的编码与解码方式等。对研制连续波钻井液脉冲发生器具有一定的指导作用。     

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。     

钻井液脉冲沿井筒传输的多相流模拟技术

在随钻测量系统和闭环钻井系统中,把钻井液看作气相、液相和固相的多相流体,研究了钻井液脉冲的传输速度计算方法,分析了钻井液的组份含量和特性对脉冲信号传输速度的影响.根据多相流的动力学方程,建立了模拟钻井液脉冲动态传输特性的数学模型.研究结果表明,钻井液中的气相和固相将对钻井液密度和压缩性产生影响,进而影响钻井液脉冲的传输速度和传输特性.随着钻井液密度和压缩性的提高,脉冲信号的传输速度降低.脉冲传输速度对含气量非常敏感,随着含气量的增加,传输速度迅速下降;沿井筒往复传播的钻井液脉冲在系统边界处将产生折射和反射,类似于阻尼振荡;钻井液粘度是影响脉冲信号衰减速度的一个重要因素.该数值模拟方法简便易行,可以替代部分室内实验,对现有钻井液脉冲传输系统的改进以及新系统的开发都具有参考价值.     

脉冲震源平板冲击动力学仿真研究

对脉冲震源的重锤与平板高速碰撞后所产生的瞬时冲击脉冲信号特性研究,是一个十分复杂的力学问题,需要考虑相撞物体的几何结构、弹塑性变形、冲击波的传播等多种物理过程.本文对此冲击动力学过程进行了有限元数值模拟,并对不同材料的平板在相同冲击功下所产生的冲击加速度曲线进行了对比分析,总结了平板材料对冲击波形影响的规律.     

钻井液正脉冲器原理研究

对钻井液正脉冲的基本原理进行了描述,并推导出了正脉冲幅值的理论计算公式。对国内外使用非常广泛、技术最成熟的钻井液正脉冲器的原理和工作过程进行了分析。提出了正向设计此类脉冲器的方法和思路。     

钻井液压力DPSK信号传输的误码率分析

通过钻井液压力DPSK信号的相位解调及旋转阀转速控制脉冲的重构,可以恢复信号调制过程中的数据编码,但解调系统产生的固有干扰及信号噪声会对旋转阀转速控制脉冲重构的正确性产生很大影响。鉴于此,基于无码间串扰单极性脉冲PCM(脉码调制)系统的误码率分析,通过建立重构的旋转阀转速控制脉冲信噪比数学模型,对重构脉冲的误码率进行了理论研究。研究结果表明,旋转阀转速控制脉冲的重构会受到解调系统产生的固有随机干扰及信号噪声的双重影响,二者通过影响重构脉冲的幅度信噪比使误码率增大。误码率的数值仿真结果与理论计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。研究结果为解调系统参数的优化设计及信号噪声的控制研究提供了理论指导,并且为钻井液压力DPSK信号传输的可靠性评估提供了理论基础。     

往复节流型正脉冲发生器的原理与结构设计

往复节流型正脉冲发生器是机械式无线随钻测斜仪的关键组成部分,用于产生脉冲信号,将井斜信息从井底传至地面。新研制的往复节流型正脉冲发生器的特点是:(1)纯机械结构,没有电子元器件,不需要电源;(2)结构简单,易于加工制造,且性能可靠;(3)不需要额外的动力,仅以钻井液作为动力。优化设计及性能分析表明,钻井液的流量影响脉冲强度。现场应用时,为得到合适的脉冲强度,可以通过调节钻井液的流量来实现。     

脉冲水射流破岩的数值模拟研究

根据连续介质力学理论 ,导出了脉冲水射流破岩系统的控制方程。并运用瞬时最小势能原理 ,建立了脉冲水射流破岩的有限元基本列式和离散方程。数值计算的结果较为真实地反映了脉冲射流破岩过程中岩石的动态响应的演化过程 ,揭示了射流破岩过程中的机理。所得结论与相关试验规律吻合良好 ,探索了一种研究水射流破岩规律的有效方法 ,对脉冲水射流破岩的深入研究和应用具有重要的意义。     

脉冲水射流破岩的数值模拟研究

根据连续介质力学理论，导出了脉冲水射流破岩系统的控制方程。并运用瞬时最小势能原理，建立了脉冲水射流破岩的有限元基本列式和离散方程。数值计算的结果较为真实地反映了脉冲射流破岩过程中岩石的动态响应的演化过程，揭示了射流破岩过程中的机理。所得结论与相关试验规律吻合良好，探索了一种研究水射流破岩规律的有效方法，对脉冲水射流破岩的深入研究和应用具有重要的意义。     

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。     

井下低频脉动注水工具设计及仿真计算

分析了油田稳压注水开发中存在的问题和井下低频脉动注水技术机理。在调研国内外低频脉动注水工具的基础上,设计了一种新型井下低频脉动注水工具,可不改变现有注水工艺在井下自动运行。根据设计参数进行了建模仿真,仿真结果与理论计算数值能够较好地吻合。     

脉冲射流动力机构的结构设计和数值模拟

现有文献针对脉冲射流动力机构脉冲特性控制的研究尚存不足,为此,以典型的叶片驱动盘阀式脉冲射流发生机构为研究对象,采用数值计算方法,从排量、叶轮内径、叶片个数、叶片型线安放角和阻力扭矩5个方面对动力机构的速度场、压力场、转速及压耗进行分析,揭示动力机构结构参数对最终脉冲特性的影响规律。模拟结果显示:内径与安放角对转速影响较为明显,转速随内径的增大先减小后增大,内径为56 mm、排量为15 L/s时转速最低达到546 r/min;在分析范围内,叶轮转速随叶片个数的增加而增大,叶片个数由3增加至6时,转速在600~1200 r/min间变化,不同排量下平均增幅仅为59 r/min;叶轮转速随安放角的增大而减小,不同排量下平均减幅为673 r/min。研究结果可为同类工具的脉冲压力和频率等特性控制提供理论指导。     

等离子脉冲解堵装置的自反馈送丝装置设计

为了解决井下等离子脉冲解堵装置的金属丝传送精度等问题,根据该装置的工作原理和技术要求,设计了带有自反馈控制功能的送丝装置。通过金属丝传送的动力学分析,以及JCY-1型转动源模拟试验,研究金属丝的传送精度和准确性。结果证明,该装置能精准地将金属丝传送到等离子脉冲作业腔体内,并完成解堵任务,具有良好的应用前景。     

脉冲埋弧焊原理及波形特征

提出了一种采用直流脉冲电流的埋弧焊工艺,研制开发了以单片机为核心的脉冲电流控制器。该控制器包括三种输出控制形式,并且可以采用数码管监视脉冲参数和控制器的运行状态。试验表明,分别改变脉冲频率、脉宽比、峰值电流和基值电流值可以得到不同的输出波形,其中电流波形变化比较大,电压波形变化比较小,从而证明了脉冲控制器对焊接电流的有效控制。     

负压脉冲射流辅助钻井模拟试验研究

负压脉冲射流是以负压脉动为特征的非连续射流。通过在钻头上部使用负压脉冲射流调制器，使井底压力产生负压脉动，能够瞬间减小井底岩石上的压持效应，降低岩石的抗破碎强度．从而达到提高机械钻速的目的。利用中围压模拟钻进试验系统进行了负压脉冲射流辅助钻进效果试验。通过在天然砂岩岩心中钻进，考察了负压脉动值、围压对负压脉冲射流辅助钻井钻速的影响。试验结果表明。随着脉动负压值的增加。负压脉冲射流辅助破岩钻进速度线性增大；围压对负压脉冲射流辅助钻井钻速的影响较常规钻井小；与常规钻井相比。室内模拟钻井试验条件下负压脉冲射流辅助钻井可以使钻速提高0．7～3.0倍。     

低频脉冲注水工具的结构设计与计算

利用低频、高幅的振动波处理油层,可以拓宽波及范围、提高流体的注入速度和产油率。现有的工具多为地面增压方式,不能与常规注水管网相连,且对注水管柱的强度要求很高。为此设计了一种井下增压的低频脉冲注水工具,叙述了该工具的组成与工作原理。综合考虑系统要求与作业环境,对该工具关键部件的主要参数进行了设计计算。建立了系统的动态仿真模型,分析了各部件的工作性能。仿真结果表明,压力脉冲的峰值可达5.7 MPa,脉冲频率为0.042 Hz,满足了系统对油层进行低频率、高振幅振动波处理的设计要求。     

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本文研究了脉冲喷嘴上喷嘴的流道形状对脉冲射流特性的影响规律，流道形状分别是流线性，锥形，等变速形及三次曲线形。通过实验研究得到的结论，为优选冲喷嘴，指导现场使用，具有重要意义。本文还在常用泵压范围内，研究了泵压对冲射流特性的影响规律，得到了产生脉冲射流的起始脉冲压力。     

脉冲试井数值模拟的现场应用

通过油藏数值模拟技术 ,建立了多层油藏非均质及多相流体条件下的理论模型 ,并做出脉冲试井的压力理论曲线。现场应用中 ,在充分考虑地质及沉积特征的前提下 ,通过调整静态参数得到了理论曲线与实测曲线的最佳拟合 ,最终获得模拟区域内多层非均质渗透率分布图。该方法所获得的地层水平渗透率分布与其它方法所获得的渗透率分布互相补充 ,可为三次采油方案设计提供可靠依据     

水力脉冲诱发井下振动钻井技术

在分析现有水力脉冲钻井技术和冲击振动钻井技术现状的基础上，结合当前钻井工程实际，综合水力脉冲和冲击振动钻井两类技术的优势，发展了水力脉冲诱发井下振动钻井技术，即利用水力脉冲直接诱发钻头机械振动，改善钻头与井底附近岩石的受力状况，从而有效提高钻井速度。现场试验表明，该技术具有效果显著、易于实现、工具结构简单、对钻头和地层的适应性强且不影响钻具组合等特点，具有很好的现场应用前景。