长寿命减扭防磨工具的研制与现场应用

减扭防磨工具可以将钻杆与套管间的摩擦转化为工具本体与其旋转外套间的摩擦,有效传递施工扭矩、降低套管磨损达到减小施工扭矩和保护套管的目的。文章在对国内外减扭防磨工具结构特点及现场应用情况分析的基础上研制了一种长寿命、高效的全金属减扭防磨工具,并对减扭防磨工具的抗拉、抗扭强度进行了测试,室内试验结果表明,工具的抗拉强度能达到3 550 kN、抗扭强度达到125 kN·m,满足现场钻井安全要求。减扭防磨工具在大港油田4口井进行了现场实验,工具累计工作时间达到1 280 h无故障,同一井深减扭防磨工具应用前后施工实测扭矩最高降低29%,减扭效果明显,解决了现场因钻井扭矩过大造成的各种复杂事故,为提高大斜度井、大位移井钻压与驱动扭矩传递效率提供了有效的技术手段。     

旋转式防磨减扭接头的研制

在井斜角或方位角变化大、井眼缩径以及钻具绕井眼轴线公转的情况下,钻具与井壁之间磨损严重,并使钻具产生巨大的反扭矩。研制了旋转式防磨减扭接头,钻井时将该工具接于钻具组合中,既防止钻具与井壁之间的磨损,又减小钻具承受的反扭矩,现场应用效果良好。     

高强度橡胶保护套防磨减扭工具的研制

针对现有防磨减扭工具摩擦副性能较差,使用寿命短的问题,研制了一种以高强度橡胶与金属复合陶瓷涂层为滑动摩擦副的钻井用防磨减扭工具。高强度橡胶常温抗拉强度39 MPa,撕裂强度129 kN/mm,磨耗0.003 cm3/1.61 km,与外表面喷涂金属陶瓷的钢轴形成滑动摩擦副,在以膨润土基浆为循环介质环境下,测得摩擦因数仅为0.068,加入2%粒径为1 mm的石英砂后,测得的摩擦因数为0.2,远低于钢-钢摩擦因数0.35~0.5。加工样机28套并在水平位移3 000 m左右大位移井中进行了现场试验,结果表明,扭矩平均降低20%,性能明显优于同类产品;28套工具出井后,滑动摩擦副仅有轻微划痕和磨损,单套工具可使用1 000 h以上,具有较好的推广应用价值。     

基于CAE/CFD技术的套管防磨工具优化设计

在深井和大位移井钻进中,常常由于钻井周期长及狗腿度严重等问题导致套管和钻杆接头严重磨损甚至磨穿,带来安全隐患和巨大的经济损失。针对现有套管防磨工具使用寿命短和压耗大的问题,应用CAE和CFD技术分析了其过流压耗及间歇碰撞滚滑状态下的工作应力,提出了有针对性的改进措施,改进后结构的峰值工作应力和压耗分别减小20.8％和17.3％,可磨损体积增大14.0％;对挡圈及锁紧结构进行了优化设计,降低了其拆装难度。优化后的防磨工具压耗更小,可以有效减小套管和钻杆的磨损。      

高效降摩减扭工具的研制及现场试验

针对冀东油田大斜度井、大位移井在钻井过程中存在的摩阻扭矩大和套管易磨损等问题,在分析国内外降摩减扭工具优缺点的基础上,设计了一种由分体式结构的橡胶外套、低阻耐磨陶瓷涂层轴套和主轴组成的高效降摩减扭工具。基于三维井眼中钻柱受力分析计算模型,结合常用钻杆抗拉强度、抗扭强度和顶驱钻机最大连续工作扭矩,确定了工具主轴的抗拉、抗扭技术参数;并根据井眼轨迹、钻机设备的施工能力和现场施工情况,确定高效降摩减扭工具的安装位置及数量。室内测试结果表明,工具主轴抗拉强度、抗扭强度满足现场钻井安全要求。高效降摩减扭工具在冀东油田5口水平位移均超过2 000.00 m的大斜度井进行了现场试验,结果表明,钻进时的扭矩平均降低15%以上,并减少了钻具对套管的磨损,取得了良好的应用效果。高效降摩减扭工具为降低大斜度井、大位移井钻井中的扭矩及保护套管提供了一种新的技术手段。      

抽油机井杆、管防偏磨工具优选与应用

为了对油井杆、管偏磨进行有效的治理,对近三年应用的多种防偏磨工具按照技术评价、使用效果、性价比以及质量保证的评价方法,从结构、材质、质量等方面优选出了双向耐磨接箍、叶片扶正器、玻璃内衬管等应用效果较好的防偏磨工具。在结合偏磨机理分析和治理对策的基础上,针对高液量和低液量斜井、稠油、高含蜡斜井等井况制定了相应的综合配套措施并进行了现场推广应用,实现了短周期井的有效治理,为今后井下工具实行优胜劣汰提供了一条有效的途径。     

气体钻井防沉屑工具结构安全性分析

使用有限元软件研究了气体钻井防沉屑工具结构因素(喷孔角度、喷孔直径、喷孔距端面距离、工具壁厚)和工作载荷(扭矩和轴向力)对防沉屑工具结构安全性的影响。研究结果表明:(1)气体钻井防沉屑工具的工作安全性较高,可用于气体钻井施工;(2)孔径和工具壁厚对工具应力影响大,喷孔距端面距离次之,喷孔与轴线夹角影响最小;在设计和使用防沉屑工具时,为兼顾携岩性能和结构安全性,孔径不应太大,工具壁厚应适当增大,孔开在防沉屑工具中间部位;(3)防沉屑工具上使用减阻吸振套,可有效降低工具与井壁的碰撞强度和动载系数,还可降低工具的实际应力。     

高含水有杆泵井注油式双通道防偏磨工艺

针对有杆泵井管杆的偏磨现状及现有技术存在的不足,研发了高含水有杆泵井注油式双通道防偏磨工艺。该工艺主要由地面注油系统、井口注油密封泵、井下动力抽油泵等构成。它可实现在高含水产出液条件下,在管杆之间制造一个油润滑、减缓偏磨的环境;利用空心抽油杆较大的抗弯模量和临界压载,增加了杆柱抗失稳的能力;并配套特种扶正器、减磨接箍、高效泵等进一步提高防偏磨效果,延长高效泵工作周期和检泵周期。现场应用表明,应用该工艺后抽油机载荷及液量、液面无较大变化,防偏磨效果突出,平均免修期提高1倍以上。     

钻柱接触位置与防磨工具的应用仿真分析

钻柱钻进时,由于钻压、自重、扭矩以及钻头干扰力等的作用,钻柱变形并与井壁产生接触碰撞。为了了解钻柱与井壁的接触情况,确定钻柱与井壁的接触位置以及在接触位置安装新型防磨工具——非旋转防磨保护套,并了解其在井下使用时的特性。利用ADAMS软件和AN-SYS软件的柔性仿真技术,对垂直井眼中钻柱中性点以下受压段进行运动仿真分析,得到了钻柱与井壁接触的具体位置以及在此位置安装保护套后的运动接触情况和保护套的相关特性,为此种防磨方式的工程应用提供了参考依据。     

山前地区深井超深井套管防磨与减磨技术研究

针对山前地区深井超深井钻井过程中套管磨损严重的问题,在分析套管磨损机理的基础上,开展了山前地区套管防磨与减磨技术研究,基于技术研究成果及应用实践,得到如下结论:1应用Power V等垂直钻井系统控制井眼轨迹,特别是上部井段的狗腿度和井斜,可明显减小侧向力和磨损量,缩短套管磨损时间;2应综合考虑套管磨损率、磨损系数以及钻杆耐磨带本身的磨损量,优选出效果最优的耐磨带;在狗腿度严重的位置,可考虑采用一定数量的橡胶钻杆卡箍来减轻对套管的磨损;3山前地区钻井液采用CX-300减磨剂能够显著降低磨损速率,减轻套管磨损程度,但在不同钻井液体系使用之前应进行优化分析以确定最佳使用量;4在迪那204井使用高密度钻井液体系,全部采用优选的高密度重晶石粉代替铁矿粉作为加重剂,整个钻进过程中未出现钻具及套管磨损,迪那204井易损件消耗量仅为邻井迪那203井的左右,防磨减磨效果非常显著。     

新型侧钻坐封器设计及卡瓦有限元分析

在套管开窗侧钻井过程中斜向器松动,使施工失败。设计一种硬质合金镶齿型双作用侧钻坐封器,以提高卡瓦的坐封可靠性。基于ABAQUS建立卡瓦与套管的有限元模型,分析接触应力分布。结果表明:卡瓦在20MPa液压力作用下能够啮入套管内壁,承受300kN轴向力而不松动,实现稳定坐封。     

一种新型钻杆螺纹设计及应力分析

针对应力集中导致石油钻杆螺纹产生疲劳裂纹,进而发生断裂失效事故的问题,在API接头的基础上,研究开发了一种新型钻杆螺纹接头。该新型螺纹结构主要改进之处是内螺纹锥度保持1∶6不变,外螺纹锥度变为1∶6.23。有限元分析结果表明,这种螺纹形式显著改善了接头受力情况,使得螺纹应力分布更加均匀,并降低了主台肩过渡圆角处的应力集中。对样品的上扣试验结果表明,采用新型螺纹后,外螺纹接头主台肩底部的过渡圆角处应力集中情况也得到明显改善,接头整体受力分布和不同区域应力差更趋平缓,降低了螺纹前几牙及主台肩过渡圆角处的应力集中情况,可大大延长接头使用寿命。     

ROV扭矩工具系统研制与应用

ROV扭矩工具(TT)是深水水下油气田开发过程中使用的水下机器人(ROV)作业装备。ROV扭矩工具系统是以ROV为核心,包括扭矩工具本体和控制系统,其结构尺寸和工作能力与工作效率是影响水下作业的便利性与作业成本的关键因素。依托南海某气田水下生产系统,参考ISO13628-8等规范,设计出具有多尺寸自适应接口、牙嵌离合换挡结构和锁紧机构的扭矩工具及其控制系统。采用有限元分析软件对扭矩工具关键部件进行仿真分析。完成了扭矩工具的样机研制并进行测试。测试结果表明：水下ROV扭矩工具的锁紧、解锁功能,换挡功能,马达闭环控制功能均可实现,技术参数满足设计要求。研究成果对ROV扭矩工具及其控制系统的技术发展和产品开发均有借鉴意义。     

螺杆钻具打捞器接头有限元力学分析

建立了打捞器接头及其造扣过程的有限元力学模型。根据实际情况,将造扣过程划分为4种力学工况,并将造扣力简化为打捞筒内的线性分布。经过有限元计算,造扣位置的径向力最大,并在造扣段线性减小为零,结果符合实际情况。该打捞器接头及其特Tr210×4螺纹强度满足现场使用要求。     

LDLT5450岩性密度测井仪作业的安全操作分析

LDLT5450岩性密度测井仪在其刻度、测井作业中涉及放射性安全问题.为了减少隐患,避免发生辐射安全事故,并安全、方便、快捷地操作仪器,根据仪器结构和使用经验,指出了一些在作业过程中容易被忽视的问题,如装源前的源仓检查、装源工具检查、装源螺钉检查、模拟源试装卸等,给出了具体操作方法,如装源前仪器通电检查和井场通讯检查,卸源时仪器保持通电工作状态等.     

一种新型随钻安全接头设计及其强度分析

在对钻井事故处理不断探索和总结的基础上，根据卡钻特点，提出了一种能很好地处理井下卡钻事故的新型随钻安全接头的设计方案，并对中轴的2种承载模型（上下滑键不对称和对称模型）进行了应力、塑性应变和变形分布分析。考察了2种承载模型的优劣情况，上下滑键对称模型的应力、塑性应变和位移分布均匀，协调性很好，建议设计中采用上下滑键对称结构。     

双台肩螺纹接头参数与应力应变关系研究

研究的目的是分析双台肩螺纹接头尺寸参数变化引起的应力、应变分布变化情况。建立了标准螺纹及螺纹参数变化情况下应力、应变与外载荷的关系。确定了双台肩螺纹接头尺寸参数变化对螺纹最大应力或应变影响程度的队列,得到了双台肩螺纹接头部分尺寸的公差范围。     

自膨胀辅助固井工具研制及试验

在不同温度和介质条件下试验研究了遇油/遇水膨胀橡胶材料的膨胀性能,并优选出性能优良的主体橡胶材料。采用该材料研制了自膨胀辅助固井工具。室内试验证明,该工具的最大膨胀率达到512%,承压性能满足要求。在3口井上成功应用,施工工艺简便,能有效防止层间窜槽。为封隔大直径及不规则井眼、提高固井质量、在水平井实施固井完井工艺提供技术支持。     

压缩机组控制系统安全设计的探讨与实践

简要介绍了压缩机组控制系统(CCS)的发展历程,分析了目前广泛使用的综合透平压缩机控制系统(ITCC)不符合安全仪表系统(SIS)设计标准规范之处。结合工程实际,介绍了既能满足标准规范要求又安全可靠的压缩机组控制系统设计方法,并对该系统的整体控制方案、硬软件配置等作了详细的描述;讨论了控制回路安全度等级的确定原则。     

井下智能节流器的设计与节流阀流场分析

为了满足智能完井和数字化油气田技术的发展需要,设计了一套适用于远程控制的井下智能节流器。介绍了智能节流器的结构体系和控制机理。通过ANSYS有限元软件对井下智能节流器结构进行了力学分析。采用流场分析方法对节流器的关键位置处流体的压力、速度以及温度场进行了分析。分析结果表明,设计的节流器结构满足要求,能为井下智能节流工艺技术的实施提供设备支撑,对相关智能化井下工具的研发具有参考意义。