屈曲分析在游车大钩稳定性评估中的应用

为了准确对游车大钩在钻井作业过程中,在钻机额定载荷作用下的稳定性评估,基于结构稳定性理论,建立了游车大钩有限模型。开展了对游车及大钩稳定性有限元分析,确定了游车大钩在额定载荷作用下,各关键零部件的前五阶失稳形态及稳定安全系数。结合现场试验,验证了计算模型及结果的正确性。试验及分析结果为游车大钩稳定性校核提供了必要的依据,对游车大钩的设计及优化具有指导意义。     

井下可控变径稳定器工作机理及力学分析

石油钻井井眼轨迹控制是当今世界性技术难题之一,旋转导向钻井工具可控制井眼轨迹,但日租费昂贵,使用变径稳定器可有效解决该问题。针对目前国内可变径稳定器结构复杂、制造成本高等问题,设计了井下可控变径稳定器,详细介绍了工具的结构组成和工作原理。利用CAE技术对其关键部件进行力学分析;并利用CFD技术计算工具在三种工位时过流压降。综合考虑可变径稳定器受钻井液驱动力、节流套筒及导向体阻力、弹簧弹力等因素,对可调整支撑块进行力学分析,推导出可变径稳定器所受液压压降与工具直径的计算公式,同时实验论证该公式的合理性。该工具与防磨工具配套使用在钻井时可减少钻井时长,大大缩短钻井周期,降低钻井成本。     

连续管全寿命安全评定与管理策略研究

连续管是“万能作业机”的“神经线”，连续管的安全运行关乎整个施工过程，连续管服役寿命是安全运行的重要指标之一。目前对连续管作业时全寿命安全评定研究较少，探索性地利用生存分析方法研究了连续管6个影响因素，20组分变量，采用Kaplan-Meier分析方法对连续管疲劳寿命的单因素生存时间进行描述，并结合连续管服役有效时间采用Cox比例风险模型进行多因素分析，疲劳累积结果与Cox比例风险模型计算结果对比认为，该模型是可行的。研究结果表明，共线性检验和PH假定检验结果显示399个样本用于连续管生存分析是可行的；分类变量中直径、壁厚、腐蚀、焊接对连续管服役风险影响显著；大直径管（直径>50.80 mm）的风险率是小直径管（直径<50.80 mm）风险率的1.484倍；H₂S环境的腐蚀风险率是无腐蚀风险率的2.509倍；直焊缝的风险率是无焊缝风险率的5.595倍；研究结论与现场连续管失效统计结果相吻合。根据累积生存率和现场失效统计结果提出的四级评价准则对连续管在钻井、完井、气举等安全作业具有指导意义。     

脉冲式增压器增压特性研究

由于深井、超深井数量的增加,传统机械式钻头破岩钻井已无法满足钻井效率需求。为此设计了脉冲式增压器用以提高深井、超深井钻井效率,降低钻井成本。基于所设计的增压器的结构和工作原理,考虑螺杆转速、高压喷嘴直径、钻井液密度和冲程等因素对增压效果的影响,建立数学模型。在此基础之上,考虑脉冲式增压器不发生自锁的条件,并分别分析转速、钻井液密度、高压喷嘴直径和冲程对增压频率、喷嘴流速和增压压力的影响。得到增压器各影响因素与增压特性之间的关系。旨在为设计的增压器提供理论支撑与优化依据。结论认为:高压喷嘴流速和增压压力随着螺杆转速、冲程的增大而增大,并且增压特性较好。随着高压喷嘴直径的增大出口流速和增压压力明显降低,增压能力明显变弱。随着钻井液密度增大,出口流速和增压压力稍微增大,其对增压特性影响不明显。喷嘴高压射流频率仅受转速影响,随着转速增大而增大。要想获得较好增压特性,螺杆转速应不低于100 r/min,活塞行程不低于25 mm,高压喷嘴直径不大于1.4 mm。     

页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究

针对页岩气开采成本高,以及清水钻井在垂直井段具有成本低和机械钻速快的优点,且页岩气清水钻井岩屑运移规律尚认识不清。基于流体力学基本控制方程和湍流输运方程,建立了三维井眼环空岩屑运移模型。使用全隐式多网格耦合求解技术进行数值计算。利用该模型开展清水钻水平井段岩屑运移可行性研究,以及钻井液排量、岩屑床高度、岩屑粒径、清水黏度和钻柱转速对岩屑运移规律的影响研究。研究表明,在水平井段清水钻井液携岩是可行的,数值计算结果对比,得出钻井液排量、岩屑床高度和岩屑粒径是影响清水携岩能力的敏感参数。建议钻井过程岩屑床厚度不要超过井眼直径的10%,岩屑颗粒直径为5 mm左右,根据钻井需要选用合适的钻井液排量、钻井液黏度和钻柱转速。清水钻井岩屑运移机理研究可为页岩气安全高效开采提供技术支撑,同时将加快页岩气工程的开发进程。     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

连续管安全夹持摩擦系数允许区间研究

针对连续管作业机在现场作业过程中频繁发生连续管溜管、咬伤等问题,提出摩擦系数区间对连续管安全夹持的影响研究。利用实验研究和数值计算相结合的方法,在不同轴向力和夹紧力工况下,研究摩擦系数对连续管等效应力、等效塑性变形及连续管位移量的影响。以连续管屈服强度和2‰塑性变形为评判依据,得出连续管安全夹持摩擦系数允许区间为0.4~0.6。该研究为连续管安全作业具有一定的指导意义,并为夹持系统设计提供科学依据。     

结构参数对气体钻井防沉屑工具性能的影响

针对气体钻井岩屑易沉积的问题,研制一种具有分流继能功能的防沉屑工具.利用计算流体动力学(CFD)技术研究分流喷孔结构参数(开孔斜度、开孔方位、喷孔线型)对防沉屑工具吹扫和推举性能的影响.结果表明:随开孔斜度和开孔方位增大,轴向射流动能急剧减小,切向射流动能缓慢增大;开孔方位增大,径向射流动能降低;流线型喷孔与直线型和曲直型喷孔相比,其射流动能损耗最小,轴向、径向和切向射流动能均最高;改变喷孔结构参数可以有侧重地增强防沉屑工具的径向、切向吹扫能力和轴向推举能力,以适用于造斜段、水平段及深部直井段的气体钻进施工.