多功能钻杆气动卡瓦的优化设计及应用

针对气动卡瓦的产品系列化和标准化程度不够,并且在承载力方面没有明确的行业标准等问题,对钻杆卡瓦进行了系列化和标准化优化设计。优化设计方案主要从以下2点考虑:(1)在结构允许的情况下,力求加大卡瓦与钻杆的接触长度和面积,以提高卡瓦的承载能力,又不咬伤钻杆。(2)改善卡瓦体与卡瓦牙的装配结构,保证卡瓦有足够的强度,利用有限元软件开展卡瓦受力模型优化设计。在压力试验的基础上,还对优化方案进行了进一步的改进。优化结果表明,多功能钻杆卡瓦的厂内最大试验压力达到并超过了6122kN,卡瓦卡紧管柱可靠、卡瓦及钻杆本体无损伤,承载能力达到了设计指标。     

带标准补心的气动卡瓦的研究与应用

研究了一种带标准补心的气动卡瓦,它由卡瓦座、气缸、活塞杆、卡瓦体、支撑盘、配气座、销轴及气路管线构成。两块卡瓦座通过铰链连接为一个整体,内部装有4个气缸,气缸的活塞杆上装有支撑盘,支撑盘下面装有卡瓦体,卡瓦体置于卡瓦座内。该气动卡瓦采用全内置式气缸气路结构,解决了外置气路设备易损坏的问题,卡紧钻杆时工作面基本与钻台面平齐,方便液压大钳的使用。其卡瓦座适用于标准补心,如需进行不同规格的钻杆起下钻作业可以通过更换不同规格的卡瓦体来实现,卸下卡瓦体后能满足使用手提式卡瓦非正常情况作业,实现了钻井气动卡瓦的多功能性,使用安全可靠。     

RTTS封隔器卡瓦力学性能分析

为了解RTTS封隔器卡瓦在井下的力学行为,优化其结构参数和提高其承载能力,利用弹性力学楔形体应力分析方法分析了RTTS封隔器卡瓦的应力分布及强度,确定了卡瓦牙根部的应力集中系数与集中应力,同时根据井下卡瓦的平衡条件,导出了RTTS封隔器卡瓦在井下承受的真实轴向载荷的计算公式。算例分析结果表明:(1)卡瓦下端面牙齿受力较大,该点为应力危险点,而卡瓦端面最薄处牙齿受力则较小;(2)相同轴向载荷作用下,封隔器卡瓦在不同套管尺寸下的应力分布不同;(3)增大卡瓦片数、牙面长度、牙面宽度及卡瓦楔角等结构参数可以有效降低卡瓦的相当应力。因此,校核RTTS封隔器卡瓦的强度应以其牙根部应力危险点为依据。     

RTTS封隔器卡瓦力学性能分析

为了解RTTS封隔器卡瓦在井下的力学行为,优化其结构参数和提高其承载能力,利用弹性力学楔形体应力分析方法分析了RTTS封隔器卡瓦的应力分布及强度,确定了卡瓦牙根部的应力集中系数与集中应力,同时根据井下卡瓦的平衡条件,导出了RTTS封隔器卡瓦在井下承受的真实轴向载荷的计算公式。算例分析结果表明:(1)卡瓦下端面牙齿受力较大,该点为应力危险点,而卡瓦端面最薄处牙齿受力则较小;(2)相同轴向载荷作用下,封隔器卡瓦在不同套管尺寸下的应力分布不同;(3)增大卡瓦片数、牙面长度、牙面宽度及卡瓦楔角等结构参数可以有效降低卡瓦的相当应力。因此,校核RTTS封隔器卡瓦的强度应以其牙根部应力危险点为依据。     

新型气动钻杆卡瓦在钻井生产中的应用

在起下钻作业时,双吊卡和手提式卡瓦作业方式存在着工人劳动强度大,工作效率低,安全性能差等问题;现有的动力卡瓦存在自动化程度低,卡瓦体工作高度高,国外卡瓦价格昂贵等问题。新型气动卡瓦体的工作高度低,可自动刮泥,并具有安装操作简便、自动化程度高、悬挂能力大等特点。在钻井生产中推广应用新型气动钻杆卡瓦,可减轻工人劳动强度,提高工作效率。     

内嵌卡瓦尾管悬挂器的研制与应用

为解决常规尾管悬挂器不适宜超深井、大位移井和小间隙井等复杂井的问题,开展了内嵌卡瓦尾管悬挂器的研究。创新研究了其利用卡瓦侧面承载的内嵌卡瓦尾管悬挂器坐挂机构,改变了卡瓦和锥套间挤压力的方向,减小了锥套所受的径向力。同时坐挂机构采用无推杆连接方式,提高了悬挂器的入井安全性。对承载斜面角度、锥套外径等方面进行了有限元分析和结构优化。研究结果表明,在卡瓦斜面轴向夹角为α2时,卡瓦和套管的最大应力最小;当锥套外径为D2时,内嵌卡瓦尾管悬挂器坐挂后过流面积与常规尾管悬挂器相比增加了34%。试验及现场应用结果表明,内嵌卡瓦尾管悬挂器对悬挂尾管长、井下易漏失等复杂井况具有较强的适应能力。     

封隔器仿生鳞片齿卡瓦微牙痕及稳定性研究

传统封隔器卡瓦在长期锚定套管内壁时,卡瓦牙与套管接触面会形成咬痕,过大的咬入深度可能会导致套管内壁遭到破坏,甚至失效。通过建立常规齿和仿生鳞片齿卡瓦牙与弹性套管半空间体接触模型,推导出在弹性区域和塑性区域内卡瓦牙与套管相互作用力和压入深度的关系。并且对比常规齿卡瓦牙型结构参数,构建了仿生鳞片齿卡瓦牙型结构参数,建立了锥体-卡瓦-套管三维接触有限元模型,采用有限元数值模拟和正交优化相结合的方法得出仿生鳞片齿卡瓦最佳牙型结构参数为：卡瓦牙倾角β′=90°、卡瓦锥角γ′=15°、卡瓦牙顶角α′=72°、鳞片齿长半轴R=5 mm、鳞片齿短半轴r=3 mm。研究结果表明：优化后的仿生鳞片齿卡瓦比优化后的常规齿卡瓦在套管内表面产生的应力减小了7.8%,牙痕深度减小了18.6%,证明了仿生鳞片齿卡瓦的微牙痕效果。由数值模拟得出不同摩擦因数下常规齿卡瓦和仿生鳞片齿卡瓦与套管接触压力的合力随时间变化曲线,摩擦应力的合力随时间变化曲线和接触面积随时间变化曲线,从曲线可以看出仿生鳞片齿卡瓦的稳定性比常规齿卡瓦更优。研究结果可为封隔器的研究与应用提供参考。     

基于COSMOSWorks气动卡盘卡瓦体断裂失效分析

针对油井机械主要设备气动卡盘中的卡瓦体在生产现场出现退刀槽处断裂而导致的失效现象,运用与SolidWorks无缝集成的插件COSMOSWorks有限元分析软件,对卡瓦体退刀槽处所受的应力进行了分析。在分析结果的基础上,提出了卡瓦体结构改进设计的具体措施,将卡瓦体退刀槽的结构形式由车削改为立式铣削,从而大大改善了卡瓦体退刀槽处的应力状况,增大了安全系数,提高了卡瓦体的强度。现场300余套改进的卡瓦体应用表明,改进后的卡瓦体完全杜绝了退刀槽处的断裂失效现象。     

钻井动力卡瓦的结构设计

用机械卡瓦代替手提卡瓦或钻井吊卡一直是钻井工人的期盼.文章通过对井口设备的结构原理及井口操作工艺的进一步探讨和研究,总结了过去多种机械卡瓦失败的原因并吸收了部分精华结构后,归纳总结了动力卡瓦应满足的工作条件,并设计了新型动力卡瓦的基本结构.通过对部分重要参数和数据进行计算及分析,又得到了进一步的完善和优化,使之形成独特的结构.     

新型XDQW多功能管杆气动卡瓦的研究与应用

研制了一种新型XDQW多功能管杆气动卡瓦,它由大方瓦、卡瓦体、动力缸、支撑盘、连接片、刮泥盘及扶正环等组成.大方瓦由2块组成,其上装有动力缸,动力缸上的动力缸推拉杆上装有支撑盘,支撑盘下面装有卡瓦体,卡瓦体置于大方瓦内;支撑盘上部装有刮泥托盘和刮泥盘,实现了刮泥和卡持管杆的双重功能,大方瓦的底部装有扶正环;气动卡瓦采用...     

有杆泵举升锚定技术分析与工具设计

为提高有杆举升系统的泵效,需要在泵下部位锚定管柱.双向卡瓦液压油管锚在解封时上、下卡瓦不能同步释放,解封不到位,容易造成油井大修作业;常规的单向卡瓦油管锚存在坐封成功率低、自锁效果不理想的问题.对有杆泵管柱进行受力分析,并研制了一种单向卡瓦液压油管锚.该油管锚采用压缩式弹簧,确保卡瓦锚定的可靠性,坐封时可用于有杆泵抽油...     

新型修井作业油管钳系统与卡紧机构设计

为了满足现代修井作业工艺的要求,分析新型修井作业油管钳系统的功能,并进行系统方案设计及工作机构设计。采用主钳、背钳、卡瓦集成结构,卡瓦固定在井口法兰上,钳体沿导轨上下移动。采用行星爪卡紧机构,钳头在正反向连续卡紧任意管径过程中不更换任何零件,卡紧性能好,修井效率高。经过工厂和油田工业试验证明,新型油管钳系统的自动化程度高,具有安全、高效的特点。     

新型双卡瓦高温高压尾管悬挂器的研制与应用

剑门1井是国内罕见的井深超过7000m的深井、井底温度为161℃,149.2mm小井眼与Φ127.0mm尾管形成的小间隙环形通道长达2007m,尾管悬重为62t,现有的Φ127.0mm单卡瓦尾管悬挂器已不能满足深井固井的要求。为此,通过技术攻关和研究设计,将原有的单液缸单卡瓦设计成双液缸双卡瓦结构,增加了承载能力;采用高温、高压密封件增强了密封和耐高温性能;最终研制成功了Φ127.0mm双卡瓦高温、高压尾管悬挂器。其工作原理为:在固井作业下套管时将它连接于尾管柱顶部下入井内,悬挂作业时从井口投球到球座,加注液压使悬挂器上下液缸同时工作,分别推动上下卡瓦上行张大卡在上层套管内壁上,以实现尾管悬挂的功能。该新型工具在剑门1井的应用成功,解决了超深井高温、高压长尾管悬挂固井的技术难题,为类似超深井、高温、高压井和具有小间隙长尾管特点的高难度尾管固井提供了经验。     

考虑滑移效应的高密度水基钻井液流变特性

壁面滑移效应会影响高密度水基钻井液流变测量的准确性。基于同轴圆筒旋转黏度计的测量原理,从合理假设壁面滑移现象出发,提出了钻井液流变测量中壁面滑移效应的检测与校正方法,得出了有滑移效应的高密度水基钻井液真实流变特性的确定方法。采用两个不同环形间隙尺寸的圆筒测量系统,开展了考虑滑移效应的高密度水基钻井液流变测量实验,并分析了高密度水基钻井液流变特性与滑移特性。理论与实验研究表明,高密度水基钻井液流动时易出现壁面滑移现象,应消除滑移效应对流变测量的影响;无黏土高密度水基钻井液流变特性符合宾汉模式,其真实流变参数与不考虑滑移效应的表观流变参数存在显著差异;滑移速度与壁面剪切应力呈直线关系,且发生滑移的临界剪切应力很小。     

封隔器卡瓦咬合过程受力模拟研究

文章采用云纹法物理模拟技术和有限元法数值模拟技术相结合的方法,对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律,发现了卡瓦各齿受力不均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响.上述研究结果为改善卡瓦结构、提高工作可靠性提供了实验基础和理论依据.     

ZYT441—114桶式卡瓦封隔器的研制

常规卡瓦封隔器由于采用粗牙分瓣式卡瓦结构 ,对套管的伤害较大。为此 ,研制了ZYT441— 1 1 4桶式卡瓦封隔器 ,其特点是采用独特的细牙、整体双向卡瓦锚定结构 ,使卡瓦沿套管内壁周向全接触 ,增加了卡瓦与套管内壁的接触面积 ,减小了卡瓦牙对套管内壁的嵌入深度 ,改善了套管的周向应力分布状态 ,大大降低了卡瓦对套管的伤害。室内及现场试验表明 ,该封隔器对套管的伤害较小 ,同时具有坐、解封灵活可靠 ,耐高温、高压等优点。     

Rheology of High-Density Drilling Fluids: Wall Slip During Viscosity Measurement

Abstract

Viscosity measurements of high-density drilling fluids are often confounded by a wall slip effect. Based on the measuring principle of a concentric cylinder viscometer, a method for correcting wall slip was derived in the present work. Viscosity measurements of high-density drilling fluids were performed in a Fan-35SA viscometer (Rigchina Group Co., Ningbo, China) with two measuring sets of different gap width. The actual rheological properties of the tested drilling fluids were obtained using this method, and the correlation of slip velocity with wall shear stress was also established. The results show that there exists a wide difference between the actual and the uncorrected apparent rheological properties, and the slip velocity depends linearly on the wall shear stress for any given high-density drilling fluids.     

套管头卡瓦力学分析

卡瓦悬挂系统是热采套管头的核心,卡瓦能否安全可靠地悬挂套管是其关键。对卡瓦悬挂套管进行了力学分析,并采用有限元法进行模拟。分析结果表明,卡瓦牙齿沿轴向承受的载荷从上到下依次降低;卡瓦牙齿沿圆周方向从中心线沿两侧面的Misses应力逐渐升高;卡瓦侧面处应力集中非常严重。提出了卡瓦结构优化建议,为卡瓦悬挂套管奠定了理论基础。     

连续循环系统上卸扣卡瓦卡紧力计算方法研究

连续循环系统可以在更换钻杆接头操作时保持泥浆的连续循环。从连续循环系统上卸扣卡瓦的工作机理入手,分析了钻杆工作时的受力状态。在调研了卡瓦卡紧管柱力学模型的基础上,将钻杆看作厚壁筒,采用弹性力学中的拉美公式求解连续循环系统钻杆内、外受压的应力问题;将钻杆外表面承受的摩擦力矩看作圆筒扭转问题进行求解。给出了连续循环系统上卸扣卡瓦卡紧力的计算方法,可用于指导连续循环系统的设计。