钻柱结构声传性能试验研究

采用瞬态分析方法对周期性结构钻柱进行分析,建立了钻柱信道声传输性能试验系统,用该试验系统研究激励信号频率和钻柱结构对声信号传播的影响,对接收信号的时域波形、幅值和频谱的变化规律进行分析。研究结果表明,声信号在传播过程中会衰减,衰减与传输距离和信号频率有关,并随着距离和频率的增大而加剧;为保证声波遥传,工作频率应小于1 kHz;钻柱几何结构、物理参数对传输性能影响很大,随着频率增大,信号幅值减小,信号波形失真程度加剧;钻杆连接处有杂质或连接不紧密会加剧信号失真程度,激振器与钻柱端面接触不紧密时将产生较大的杂波干扰,因此应使激振器与钻杆端面紧密接触,保证连接部位的清洁。     

地磁环境下井内装备的磁化磁场强度及影响

邻井套管受到地磁场磁化产生磁化磁场,影响附近的地磁场,并影响测斜仪的磁测量参数,对钻井施工中井眼轨迹防碰和定向施工造成影响。建立了邻近油井为磁干扰源的磁场模型,分析结果表明:竖直井筒在地磁场作用下受到磁化产生的磁化磁场在一定区域内对地磁场产生了干扰,从井筒外壁到距离井筒轴0.5m为强干扰区域,距离井筒轴0.5～2.0m为少量干扰区域,距离井筒轴2～3m为无干扰区域,设计的井间距应2m。     

随钻声波遥测及其关键问题分析

为寻求更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术,从传输信道特性、噪声干扰、码间干扰、换能器、电源及深井和超深井应用等方面对随钻声波遥测技术的关键问题进行了分析和讨论.结果表明,随钻声波遥测技术可以达到上百bps的数据传输速率,是一种非常有前途的井下随钻无线传输技术.     

弹性蓄能激发式旋冲钻井工具特性分析

为了解决常见旋冲钻井工具冲击力小、冲击频率不稳定的问题,设计研制了弹性蓄能激发式旋冲钻井工具,将弹性蓄能元件与凸轮机构结合,利用螺杆马达带动齿形冲击振套碰撞产生冲击载荷。基于冲击动力学理论建立了该工具冲击参数计算模型,利用钻井泵和高速力值采集系统开展了工具样机冲击特性测试研究。试验结果表明,该工具冲击载荷曲线形态接近于简谐曲线,冲击载荷峰值为18~43 kN,冲击载荷随弹性元件压缩量增大而增大;冲击频率为25.7~37.2 Hz,可以由钻井泵流量调节。根据力学分析和试验结果,该工具冲击频率为螺杆马达转速与冲锤齿数的乘积,且与钻井液排量成正比;冲击载荷与弹性元件压缩量呈幂函数增加关系,与齿面变形系数呈幂函数增加关系;冲击作用时间与冲锤质量呈幂函数增加关系,与齿面变形系数呈幂函数减小关系。弹性蓄能激发式旋冲钻井工具的研制和特性分析,为旋冲钻井技术的发展提供了一种新的设计方法和技术思路。      

下部钻柱反向涡动机理研究

钻井过程中，下部钻柱通常处于反向涡动状态，易造成钻具和钻头的损坏。因此，分析研究下部钻柱的涡动机理十分必要。考虑下部钻柱与井壁之间的碰摩作用，应用转子动力学理论建立了下部钻柱的反向涡动机理分析模型，探讨了下部钻柱反向涡动的原因和形成备件，以及下部钻枉反向涡动频率与自转频率的关系等，并利用室内模拟试验验证了下部钻柱反向涡动的机理及规律。     

钻井液热物性参数测量及其对井筒温度场的影响

为准确计算钻井过程中井筒内的温度分布,基于瞬态热线法及热平衡原理设计了钻井液热物性参数测试仪.利用该仪器对聚合物钻井液和聚磺钻井液的导热系数和比热进行了实测研究,分析了钻井液导热系数和比热变化对井筒内温度计算值的影响,得到了2种钻井液的导热系数和比热随温度变化的规律,并依据实验数据拟合出了不同温度下2种钻井液的导热系数和比热求取公式.考虑温度对钻井液物性参数的影响,建立了井筒温度场模型.研究表明,钻井液热物性参数的变化对环空温度计算值的影响明显,并通过温度场间接影响到井筒内其它参数的计算.     

深水钻井井筒全瞬态传热特征

深水钻井作业期间的井筒温度是深水钻井设计和安全钻井的重要基础数据。基于深水钻井液循环时井筒与地层和海水的传热机理,建立了全瞬态深水钻井液循环温度计算模型,模型与Holmes实验井实测温度吻合程度较高。利用一口深水模拟井数据,分析了水深、水温、隔水管保温层等因素对钻井液循环温度的影响。研究表明,深水井筒温度随井深变化幅度小,一般不超过30℃;水深相差500 m时,一般会使井底温度相差约5℃,但基本不影响钻井液出口温度;隔水管保温层对井筒温度影响大,而季节变化对深水钻井液的循环温度基本没有影响。     

钻柱中声信号传输试验研究

为研究声信号在钻柱中的传播,建立了近钻头声传输试验系统和周期性钻柱结构声传输试验系统。在试验系统上对声信号在周期性钻柱结构中的传输特性进行试验。结果发现,若采用动力钻具和MWD探管组成的随钻系统,可实现声信号的近钻头传输,但由于探管与钻具连接方式和尺寸结构差别大等原因会引起接收声信号的严重衰减。在周期性钻柱结构中,激振器输入激励信号为方波时占空比的变化对接收信号峰峰值影响明显,且方波作为激励信号,占空比在50%以内时,接收信号较理想;对于同一钻柱结构,信号频率增大会引起接收信号幅值减小;在同一频率条件下,钻柱组合的变化对接收信号的幅值存在较明显的影响。     

直井底部钻柱运动状态的实验研究

根据相似理论,设计并建立了底部钻柱动力学研究试验装置,利用该装置进行了直井底部钻柱在不同钻压、转这条件下运动特征的实验。实验结果表明,底部受压钻柱在不同转速条件下表现出规则摆动、无规则摆动和规则反向涡动三种运动状态。随转速的增加,钻柱的横向运动逐渐由规则摆动向无规则摆动和规则反向涡动转化。钻压和转速是影响钻柱运动状态的两个主要因素,转速越高,越容易形成规则涡动;增加钻压会阻碍底部钻柱无规则摆动和规则涡动的形成。实验结果表明,在防料问题上也存在最优钻压-转速配合的问题。     

大位移井轨道设计中关键参数的确定

造斜点深度和稳斜角大小是大位移井轨道设计中两个关键参数。从大位移井圆弧轨道设计出发，对钻柱的摩阻、摩扭随造斜点深度和稳斜角大小的变化规律进行了分析。研究发现，在大位移井中，稳斜井段摩阻在总摩阻中占主要部分，但当弯曲井段钻柱受压时，将导致总滑动摩阻增加。从降低滑动摩阻角度出发．以防止弯曲段钻柱受压为依据．提出了稳斜角的确定方法。