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。     

钻井液连续波发生器转阀设计与信号特性分析

为了改善信号发生器的控制性能、提高连续波信号的产生速率与传输距离,需要设计合理的转阀阀口形状。根据压力-流量关系式推导出可以获得简谐波压力信号的阀口形状曲线方程,并据此方程对设计的转阀定转子形状进行了修正。通过三维流场仿真分析了不同定、转子轴向间隙对压力波信号的影响。结果表明,当轴向间隙小于1 mm时,推导所得的转阀阀口曲线可以获得较理想的简谐波压力信号。为了解决减小轴向间隙引起的阀口冲蚀和堵塞问题,建议在转阀设计中增加与转阀并联的旁路,在转阀入口处增加过滤装置。     

节流口串联连续波信号发生器的冲蚀性能分析

针对现有的钻井液连续波信号发生器转阀存在易堵塞、节流口处流速高和冲蚀严重的问题,根据液压流体力学的基本原理,将连续波信号发生器的转阀设计为多个节流口串联结构。该种结构可以在获得足够信号幅值的前提下解决上述问题。建立了转阀冲蚀的三维离散相流场仿真模型。计算结果表明,转阀的冲蚀随节流口个数的增加而显著减小,当节流口个数增加到一定数量时,冲蚀又有所增加;转阀的冲蚀主要集中在节流口棱边上靠近轮毂的地方。     

基于相关系数的连续波发生器转阀优化设计

在连续波发生器转阀设计中,仅以转阀的最大、最小通流面积为设计指标所得到的压力波信号畸变很大,不适合作为连续波信息传输的载波。为解决该问题,在最大、最小通流面积设计准则的基础上提出了相关系数最大的设计准则;建立了底边为直线的梯形阀口转阀通流面积的参数化计算模型;根据提出的设计准则建立了转阀阀口形状的优化模型。优化结果表明:该优化模型可以获得较理想的正弦波压力信号。为减少加工难度,对转阀的设计参数进行取整,并分析了参数取整对压力波信号特性的影响。     

基于旋转阀的钻井液连续波抗波形失真的信号调制优化研究

钻井液连续波传输技术以正弦压力波为载波,以井下测量数据为调制信号,通过对波形幅度、频率或相位的优化调制实现高速数据传输,但转阀的控制逻辑和发生器的实现方式难度高。本文基于旋转阀的连续波钻井液脉冲系统波形失真模型,对2FSK、2PSK和QPSK三种数字调制方式在波形失真情况下的误码率进行分析。结果表明：在载波频率为20 Hz,比特速率为5 bit/s,信噪比为6 dB的调制参数下,只2PSK和QPSK才能控制在1%以内的误码率性能;QPSK调制更快,且在10 bit/s的高传输速率下也能将误码率控制在1%以内,因此更适用于高速率传输的应用场合,故优选QPSK调制。另外,提出了解调时对码元过渡时间、载频误差、相位漂移的控制要求。     

连续波钻井液脉冲发生器用磁力耦合器设计

为了解决工作在井下高温高压等恶劣环境下转子与定子之间的旋转动密封问题,设计了磁力耦合机构,通过磁场的相互作用来传递动力。内磁钢与轴组成转子,外磁钢与外磁钢套组成定子,转子和定子由隔离套隔离,实现密封,定子、转子通过磁力耦合来传递转矩。通过数值分析来确定耦合器的相关参数,用有限元法计算出不同极对数情况下的转矩特性,并将仿真结果与试验曲线对比,验证了设计的耦合器是合理的,技术指标符合要求,用磁力耦合机构替代动密封,可以简化传动系统。     

虚拟信号发生器的实现

文章介绍了利用LabVIEW开发虚拟信号发生器的方法，把虚拟仪器技术与传统的测井仪器维修设备进行结合，利用软件来实现一些硬件功能。虚拟仪器可以通过在几个不同的面板的操作来实现比较复杂的功能，可以通过用户的要求和操作要求设计面板。仪器性能的改进和功能扩展只需相关软件更新，软件是虚拟仪器的核心，即“软件就是仪器”。     

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。     

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     

基于单片机的信号发生器设计

本文介绍了一种采用AT89S51单片机为主控芯片,通过DAC0832进行信号数模转换,LM324运放电路和LED显示电路等组成的数字式低频信号发生器,可产生方波、锯齿波、三角波、正弦波等波形图,并可在一定频率范围调整,波形准确、平滑。该信号发生器具有价格低、性能高和在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等特点。实验证明该系统性能良好,具有较高的应用价值。     

基于油基钻井液提高钻速的原理与方法

结合通用钻速方程和油基钻井液的特点,分析了油基钻井液对钻速正反两方面的影响,指出了影响机械钻速的主要因素是地层岩石特性,其次是井型和钻井液性能.提高机械钻速的主要途径包括钻头的合理选型、钻进技术参数的合理优化,以及钻井液配方与性能优化.通过调整钻井液配方与性能,使其能够有效清洁钻头、改变井底岩石的润湿性、大幅度提高钻井液的极压润滑性;向钻井液中加入中性润湿剂改变微裂隙表面润湿性;加入抗高温的油溶性高分子增黏提切剂代替有机土、氧化沥青等胶体颗粒,以便降低微米、亚微米颗粒含量,提高剪切稀释性和携岩效率,从而提高机械钻速.     

快速产生钻井液连续波信号的往复阀阀口设计

针对锥阀式和旋转阀信号发生器存在正脉冲信号频率较低、阀口分布空间受钻柱径向尺寸限制和供液能力不足等问题,设计了能快速产生连续波信号的往复阀。在介绍该往复阀的组成及连续波信号产生机理的基础上,建立了阀口形状曲线的数学计算模型,并研究了阀口形状与阀口排布对连续压力波产生特性的影响。模拟计算结果显示,设计的阀口（单排阀口数量4个、沿轴向阀口排数3排）产生的压力波与理想正弦压力波的相关系数达到了0.965 7,最大频率达到了10 Hz。研究结果表明,设计的往复阀阀口能够产生近似正弦波的连续压力波,并可以减小阀芯往复运动的位移、缩短往复运动周期,从而提高压力波信号产生的频率。      

钻井液体系分类方法研究进展

综述了国内外钻井液体系分类方法,介绍了分散介质分类方法、API和IADC钻井液分类方法,提出了按钻井液密度大小分类的新方法。按密度分类主要可分为5大类,包括密度小于1.0g/cm3的低密度钻井液、密度介于1.0~1.2g/cm3之间的普通钻井液、密度介于1.2~1.6g/cm3之间的普通加重钻井液、密度介于1.6~2.3g/cm3之间的高密度钻井液、密度大于2.3g/cm3的超高密度钻井液。根据密度对钻井液体系进行分类,有利于钻井液体系的选择与使用。     

钻井液沉降稳定性测试与预测方法研究进展

在钻井作业中,为了平衡地层压力和维持井壁稳定,通常需要在钻井液中加入重晶石,铁矿粉等高密度材料。然而,加重材料在重力作用下容易发生沉降,并引发井下漏失、卡钻、井控和固井作业困难等问题。20世纪80年代末以来,国外学者对重晶石沉降问题进行了广泛研究。对目前常用的钻井液沉降稳定性测试技术、影响沉降稳定性因素以及钻井液沉降稳定性预测和控制方法进行了论述。     

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近海钻井过程中产生的钻屑通常直接向海洋排放以致形成一个钻屑堆,海底探测发现,使用油基钻井液的钻井过程中所产生的钻屑上残余的矿物油降解速率非常慢,岩屑堆下的动植物被窒息,而且还影响到岩屑堆周围的海洋生命,因为残余的矿物油许多年内都在进行缓慢的有氧生物降解过程,耗尽了油周围水中的氧,因而需要研究既不污染环境又具有优良特性的新型钻井液,文章首先对酯基液的制备和性能以及乳状液配方的优选进行了简单描述,然后对优选出的酯基钻井液配方进行了系统的评价试验,研究结果表明,所研制的酯基钻井液体系具有优良的润滑性和储层保护性,其页岩抑制性介于柴油基和水基钻井液之间,适用于井底温度不超过120℃的钻井条件。     

甲酸盐钻井液体系的研究

对甲酸钠在钻井液体系中的应用进行了研究.对甲酸钠钻井液进行了耐温试验、储层保护试验及盐敏试验,结果表明,其钻井液体系具有耐温性好,储层伤害低,但甲酸钠加量过高会导致岩心盐敏伤害,甲酸钠最佳加量为20％,现场使用甲酸钠加重需控制其加量.     

海洋深水钻井的钻井液研究进展

在参阅大量海洋深水钻探方面的技术文献资料的基础上 ,对海洋深水钻探中的钻井液使用作了归纳和总结。目的在于借鉴国外成功经验 ,为我国今后开展这方面研究工作做一些技术信息方面的铺垫 ;还结合国外海洋深水钻井液研究现状 ,提出了对海洋深水钻井的钻井液研究的几点建议。     

用显微观测法评价泡沫钻井液的稳定性

针对当前泡沫钻井液稳定性评价方法的不足,建立了一种新的泡沫钻井液稳定性评价方法——显微观测法。对不同泡沫剂加量、不同时间对泡沫钻井液稳定性的影响进行了实验研究,并对泡沫在常温下的聚并行为进行了分析。结果表明,泡沫的数量随着泡沫剂加量的增大而减少,稳定泡沫直径集中在16μm附近;粒径相差较大的泡沫容易发生聚并;搅拌时间越长,泡沫钻井液的稳定性越好,在2h后基本达到稳定。     

钻井液正脉冲信号的衰减分析

地面与井下的信息传输是井眼轨迹监测与控制的重要环节,目前,大多数的无线随钻测量系统都采用钻井液脉冲的传输方式,而如何提高传输深度和传输速率一直都是钻井液脉冲传输系统的研究主题,文中根据钻井液脉冲传输的静,动态理论模型,研究了正脉冲信号衰减规律。结果表明,脉冲信号在井眼中的往复传播类似于阻尼振荡,并逐渐衰竭,信号频率和钻井液粘度是影响钻井液脉冲信号衰减的主要可控因素。     

钻井废弃物随钻固化和钻井液一体化处理研究

目前吉林油田环保钻井采用的是废弃物不落地收集与集中处理模式,该模式有较强的适应性及较好的处理能力,但随着技术不断发展,其弊端逐渐显现。一方面,废弃物中可继续使用的钻井液约占排放总量的1/3,直接无害化处理这些钻井液既造成了资源浪费,又增加了处理成本;另一方面,处理后的废弃物不能妥善安置,容易引发多重污染;因此,提出钻井废弃物随钻固化和钻井液一体化处理的新思路。通过试验研究,该技术可提高钻井液利用率,达到降本创效的目的,固化后的废弃物浸出液能满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》二级排放标准要求,固化物的抗压强度超过1.5 MPa,可用于铺垫井厂及道路,获得了较好的社会效益及经济效益。