井下测量接头自动测量系统的研制

对钻柱在井下受力状况已进行过许多理论研究,但对钻井在井下的实际工作状态和研究还不多。为此,研制了一种实用的井下测量接头计算机自动测量系统,可用于实时监测和记录钻柱在井下钻井时的实际受力和运动情况。它由下传感器,单片计算机,存储器和高能电池等组成,能接收地面指挥信号,在井下自动工作。当钻进结后提至地面,将井下采集的数据回放至地面微机中即可进行各种力学和运动分析。该系统研制成功后在地面和井下做了实时试验,测试结果较为理想。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Newton迭代法 ,计算了斜直井段管柱螺旋屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响 ,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明 ,当轴向压力较小时 ,钻杆接头引起钻柱弯曲应力 ;当轴向压力较大时 ,接头会抑制螺旋屈曲的发生 ,降低钻柱的弯曲应力。另外 ,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

钻铤螺纹的有限元分析及应力分散槽优化设计

针对钻井技术进步带来的井下钻铤的服役条件更加苛刻、失效更加严重的问题,对钻铤螺纹失效问题进行了深入分析,找出引起钻铤螺纹失效的主要原因和失效的关键部位,利用大型三维实体建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS分别对API标准钻铤螺纹进行实体建模和强度分析,得出了钻铤螺纹在不同工况、不同结构条件下的等效应力分布情况,并对ZTNC56-80型钻铤螺纹应力分散槽进行了最优化研究,找出了其最优值,并指出应力的变化与过渡圆角变化不是线性对应关系,在改进钻铤螺纹应力分散槽结构时,不能单纯以增大结构过渡圆角为手段,从而为改进钻铤螺纹应力分散槽结构提供了科学依据。     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径。介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件。对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究。数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大。在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大。钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大。气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求。     

石油套管射孔检测传感器的研制

通过介绍磁通法检测石油井套管射孔质量的基本原理, 研究了磁检测传感器的结构及其环境适应性, 在实验室模拟井中对套管的射孔进行了检测, 给出了具体的检测结果.     

基于功率谱小波分解的神经网络钻头磨损监测

在钻削过程中,钻削力功率谱与钻头磨损之间具有较强的相关性,被广泛用于钻头磨损监测,但是关于功率谱特征的提取和识别一直没有很好解决.文中采用小波变换对功率谱进行多层分解,提取低频分解系数作为功率谱的包络信息,从而实现对功率谱特征的提取和压缩,并利用BP神经网络对功率谱小波低频分解系数进行融合,实现钻削过程钻头磨损状态的智能识别.试验结果表明:该方法可有效实现功率谱特征提取,经训练的神经网络具有较高的识别精度和推广能力.     

钻杆反转运动及其弯曲频率分析

根据塔里木油田井身结构尺寸、钻井参数,详细地分析了塔里木油田钻杆反转转速、弯曲频率和其环隙比与反转运动的关系。钻杆内不但存在自转转速,而且还存在反转转速,其弯曲频率为钻杆自转转速与其反转转速之和。在钻杆自转转速一定时,钻杆的反转转速与环隙比值β有关。研究结果表明,预防塔里木油田钻杆刺漏失效措施可用:(1)转盘转速控制在(44.5~92.0)r/min;(2)在钻杆尺寸不变的情况下,可以增大套管结构尺寸,来降低钻杆的弯曲疲劳应力频率;(3)采用井底动力钻具。研究的结果为深井、超深井合理的钻井参数选择提供了理论依据。     

考虑连续特性的水平井钻柱轴向振动分析

为精确的描述水平井钻柱轴向受迫振动规律,本文以连续性波动理论为基础,考虑了钻柱连续特性、库伦阻尼及钻井液粘性阻尼作用和轴向振动工具对钻柱的位移激励,并采用等效粘性阻尼法对库仑阻尼进行线性化处理,建立了轴向振动工具作用下的水平井钻柱运动的动态解析模型;通过Burnett等人发表的轴向振动工具测试实验验证了本文所建模型,并利用数值模拟分析了轴向振动工具的频率及钻柱与井壁间摩擦系数对水平井钻柱轴向受迫振动的影响。结果表明：在一定范围内增加轴向振动工具的振荡频率可提高水平井钻柱的轴向受迫振动响应;钻柱与井壁间摩擦系数对水平井钻柱轴向受迫振动的影响随着钻柱长度的增加而降低。本文的研究方法和模型可为改善轴向振动工具在水平井作业中的作用提供理论指导。     

基于ISSA-SVM的钻井卡钻事故预测

为预防钻井过程中卡钻事故的发生,通过提出了一种改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm, ISSA)优化支持向量机(support vector machines, SVM)的预测模型方法(ISSA-SVM),在发现者位置更新公式中引入一种改进的自适应非线性惯性递减权重;在警戒者位置更新公式中引入莱维飞行策略。利用主成分分析法(principal component analysis, PCA)对外国某大型油田的实测钻井数据进行降维处理,并利用惩罚参数和核参数进行卡钻事故的预测。实验结果表明：ISSA-SVM的预测准确率高达85.185 2%,且收敛速度更快,可见ISSA-SVM可有效预测钻井卡钻事故。     

钻杆接头激光淬火硬度及金相分析

利用大功率ＣＯ２激光对钻杆接头表面进行处理．通过显微硬度计测定了硬化层硬度的分布规律，并对硬化层进行了金相分析．结果表明激光处理后钻杆接头表面为理想的针状马氏体，表面硬度有很大提高．