PDC钻头等切削体积布齿优化设计

在PDC钻头切削齿几何描述的基础上,考虑到钻头旋转钻进时因切削齿周向角不同,即切削次序不同而造成的相互覆盖,建立了切削体积的计算方法和利用线性规划进行PDC钻头等切削体积布齿优化设计的方法,并编制了计算机程序。程序设计的实例结果表明,该方法能较大幅度地提高切削体积均匀度。该方法的提出使得PDC钻头优化设计更加系统化、参数化、自动化。     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

塔式钻具组合对气体钻井井斜影响研究

气体钻井技术由于其具有保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优势而被广泛应用。但在实际钻井过程中暴露出一定程度的井斜不易控制问题制约着此技术的发展。为探讨塔式钻具组合对气体钻井井斜的影响,基于塔式钻具组合在钻井时的力学受力分析,建立了塔式钻具组合在气体钻井条件下的有限元静力学模型,并通过理论计算验证了其正确性。结合川西某气井实际钻井资料,进行了塔式钻具组合的防斜效果研究,探讨了井斜效果影响因素,表明其降斜能力随着井斜角和钻压的变化而变化,使用空气锤的塔式钻具组合比使用牙轮钻头的组合有更大的降斜防斜能力,为塔式钻具组合在气体钻井中的井斜控制研究和现场施工提供了理论指导。     

基于增压缸增压原理的钻井封井器试压装置设计

对维修过或者新购置来的井控装置——钻井封井器进行试压是保证该装置安全进行的必要条件.常用的封井器试压打压装置由于打压慢、设备检修复杂、工作稳定性差等自身条件限制,不能满足工作量越来越多、工作环境要求越来越严格、工作效率越来越高的需要.根据增压缸增压原理设计了一套钻井封井器试压打压装置,对装置的整体结构及原理、关键参数的计算及装置存在的优点进行了介绍及分析.结果表明:根据该原理设计出的试压装置能够满足试压工艺的需要,且占用空间小、使用方便、便于安装和维护等,具有可观的经济效益和社会效益.     

基于蒙特卡洛法的井壁稳定可靠度随机变量敏感性分析

利用蒙特卡洛模拟对井壁稳定性模型中随机变量与结果的相互关系进行分析，获取了不同应力场和破坏准则下影响井壁稳定性最为敏感的因素。通过分析可知，基于Mohr-Coulomb准则的坍塌压力，无论处于哪种地应力场，最为敏感的因素都是最大水平地应力；基于Drucker-Prager准则的坍塌压力，当垂应力为最大主应力时，最为敏感的因素是孔隙压力；当垂向应力为中间主应力或最小主应力时，最为敏感的因素均为内摩擦角；地层破裂压力无论处于哪种地应力场，最为敏感的因素均为最小水平地应力。通过研究确定了影响井壁稳定可靠度最为敏感的因素，通过相应的措施提高敏感因素的准确程度，从而减少坍塌及破裂压力预测结果的不确定性，最终提高井壁稳定的可靠度。     

基于区间分析的钻井工程风险评价方法

针对钻井基础信息参数存在不确定性的问题,以区间分析方法和可靠性理论为基础,通过分析钻井过程中井下故障发生的力学致险机理,建立了钻井工程风险的非概率可靠性评价方法。该方法只需根据先验信息确定出井下故障的风险评价函数和风险因素的上下界,即可进行风险系数计算。确定了几种常见井下故障的风险评价函数,根据区间变量运算法则推导出了风险系数表达式。以西部某区块的W井为例进行了验证分析,结果表明,该方法计算简便、实用,能够满足工程实际需要。      

钻柱振动信号的在线监测及应用

钻柱振动信号是一种非常复杂的振动波,它包含了钻柱和钻头自身工况引起的振动、钻头与地层相互作用所激发的振动,钻柱与井壁相互碰撞和粘卡-释放引起的振动等。研究表明,井下钻柱的运动状态、牙轮钻头的磨损状况和岩石的破碎方式的不同,会表现出不同的振动特征。因此,在线监测和分析钻柱振动信号的时域和频域特征,实时识别井下钻具的工作状态,对预防钻具（钻柱和钻头）的早期损坏、减少钻井事故的发生具有重要作用。在调研国内外钻柱振动信号测量方法的基础上,研制了钻柱三轴振动信号的地面测量装置,并进行了现场试验。试验结果表明,通过对振动信号的时域和频域信号的特征分析,对可以识别出钻柱的非稳定工作状态、钻柱粘卡、钻头故障等异常工况,并且通过改变钻压或转盘转速可以消除因钻进参数配合不当二引发的高幅振动,防止钻具的早期损坏。     

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。      

领眼与扩眼双级PDC钻头井底流场数值模拟

针对领眼与扩眼双级PDC钻头,利用FLUENT有限元软件进行了井底流场数值模拟,得到了四刀翼双级PDC钻头与六刀翼双级PDC钻头井底的速度场、压力场特征。仿真结果表明,领眼钻头刀翼上的内侧切削齿由于低速滞留区的存在导致表面钻井液流速较低,清洗效果较差;从领眼钻头井底上返的钻井液流过阶梯状环空井眼台阶处时出现压力波动。对比两种双级PDC钻头仿真结果,四刀翼双级PDC钻头领眼体与扩眼体井底水力能量分配更加均衡,同时领眼空间与扩眼空间均形成了较大的轴向压差,更加利于钻井液携岩上返。领眼钻头的井眼尺寸、领眼钻头与扩眼钻头喷嘴的过流面积配比对于双级PDC钻头的井底流场有着较为明显的影响。     

钻井工程风险评估与控制系统的设计与软件研发

为了提高国内钻井风险评估水平、缩小与国外的技术差距,开发了一套集“钻前风险预测、钻进风险监控、钻后风险总结”于一体的钻井工程风险评估与控制系统,并完成了相关的软件研发。该系统包括5个子系统:含不确定度钻井地质力学参数钻前描述及随钻更新子系统、钻前工程设计风险评估与控制子系统、钻井作业过程动态风险评估与控制子系统、钻后工程风险总结与分析子系统以及钻井工程风险数据库子系统。该软件可以实现对井下复杂与事故的钻前工程风险预测和钻进过程中的工程风险监测以及钻后的风险总结,为钻前优化钻井工程设计方案、钻中规避钻进过程中的工程风险和后期待钻井工程设计方案的优化制定提供技术指导和科学依据。