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。     

井下钻柱受力实测接头研究

为了进一步了解钻进过程中钻柱在井下的实际受力状况 ,研制了井下钻柱受力实测接头。介绍了该接头的数据采集与处理方法、测量的参数、总体结构和基本工作特性。用所研制的测力接头在胜利油田进行了井下实际测量 ,得到了各参数的实测曲线。对实测结果的初步分析表明 ,下钻过程中钻柱轴向加速度的最大值可达到 98m/s2 ,由动载荷引起的钻柱轴向力的附加值最大可达到悬重的 5 %。     

井下钻柱受力实测接头研究

为了进一步了解钻进过程中钻柱在井下的实际受力状况,研制了井下钻柱受力实测接头。介绍了该接头的数据采集与处理方法、测量的参数、总体结构和基本工作特性。用所研制的测力接头在胜利油田进行了井下实际测量,得到了各参数的实测曲线。对实测结果的初步分析表明,下外事过程中钻柱轴向加速度的最大值可达到98m/s^2,由动载荷引起的钻柱轴向力的附加值最大可达到悬垂的5％。     

导向钻井中的BP神经网络解码方法

针对井下闭环旋转导向智能钻井系统中从地面到井下的下行信息传输通道问题,提出了BP神经网络解码方法.利用加速度传感器来敏感地面钻柱的运动,并通过钻柱的钻进或静止交错进行编码操作;利用近钻头DSP芯片中的BP神经网络解码算法得到地面下传的指令.设计了下井仪器,多次油田试验证实了解码方法的可行性.     

利用钻柱振动频谱判别钻柱复杂情况的方法

为实现钻井过程中井下钻柱运动状态以及井下复杂情况的实时监测,依据振动测试原理,结合实际钻井工况中钻柱振动特征,研制钻柱振动信号测量及处理系统。现场试验结果表明:钻柱出现黏卡、跳钻等现象后,利用快速傅里叶变换和小波变换处理方法可有效提取和识别钻柱在井下的振动特征;研制的钻柱振动采集系统可以应用于现场钻柱振动信号的采集、处理,其结果可以判断钻柱的井下工作状态。     

钻进深度对煤矿水平井钻柱振动特性的影响

煤矿水平井钻柱在钻进过程中，随着钻进深度增加，钻柱在重力作用下与井壁产生复杂的碰撞接触，由此产生的托压效应更加显著，使得钻柱动力学特性随钻进深度增加而发生明显改变，进而影响钻柱的疲劳寿命。基于岩石-钻头-钻柱-井壁耦合动力学分析模型，通过有限元动态仿真，研究了钻进至不同深度下钻柱的纵向、横向和扭转振动特性，分析了钻进过程对钻柱振动特性的影响规律。结果表明：随着钻进深度增加，钻柱纵向跳钻现象呈现“平缓—剧烈—平缓”的趋势，横向扰动呈现“小范围蠕动—大范围扰动—小范围蠕动”的特点，扭转方向剧烈涡动占比呈现先增加后减小的规律，钻柱主要动力学指标与钻进深度呈非线性关系。因此在对钻柱系统进行动态分析及优化时，不能只分析特定深度，应包含整个钻进过程。     

水平井钻柱的优化设计问题

分析了水平井钻柱受力的复杂性和水平井钻柱代化设计的重要性，根据钻进工艺和钻柱安全对钻柱设计的要求，提出了水平井钻柱设计必须满足的四个约束条件，即：钻头加压，足够的钻柱强度，钻杆不发生屈曲及中性点不落在钻杆上。分析了两种钻进方式的特点，提出了水平井钻柱优化设计的标准，即在四个约束条件下，在旋转钻进时使空重量最小；在滑动钻进时，使摩阻力最小．简述了水平井钻柱优化设计的方法．     

基于TRIZ理论的钻柱振动失效预警装置创新设计

针对井下钻柱受力和运动实测仪器的机构复杂、价格昂贵等问题,基于TRIZ创新理论,对钻柱振动失效预警装置的结构进行矛盾分析,应用TRIZ理论的矛盾矩阵与发明原理,具体对执行机构、阀杆进行了创新设计,该创新方案结构简单可靠,具有良好的应用价值。     

钻柱动态数学模型的建立及求解

钻井用钻柱在使用过程中受力比较复杂，钻柱不仅存在纵向振动、横向振动，还存在扭转振动，并且3个振动相互耦合，用一般受力分析方法很难确定，采用能量法求出单元的动能和势能，利用拉格朗日方程建立起钻柱系统动力学有限元模型，求出了系统质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵及系统载荷矩阵，利用微分方程的数值计算方法对钻柱过程进行计算机仿真。通过研究得出了一套研究钻柱系统动力学模型及求解方法，。对新形钻柱的设计和钻井力学的研究具有指导意义。     

基于智能钻柱的控压钻井溢流实时评价方法*

在对传统地面溢流评价方法滞后性问题进行分析的基础上，开展了基于智能钻柱的井下溢流实时评价方法研究。该方法是利用分布于智能钻柱上的多个压力传感器将所钻井段分为若干个控制区域，通过监测各区域中地层流入井筒的流体流量来确定溢流大小和发生溢流的位置。基于软测量的基本思想，使用了两相流井筒瞬态流动模型，并采用无迹卡尔曼滤器对智能钻柱上传感器节点处井筒压力测量值进行了实时校正。现场试验证明，与井筒压力最接近的地层孔隙压力区域最易发生溢流，基于智能钻柱技术的溢流实时评价方法能够在溢流发生后的100 s内较为准确地预测地层流入井筒的流体流量和发生溢流的位置，具有很高的实时性和可靠性，发展潜力巨大。     

捷联式旋转导向井斜方位动态解算方法

针对捷联式垂直钻井现场试验,对测量系统井下存储数据进行回放分析,提出捷联式旋转导向井斜方位动态解算方法,即在钻柱不旋转的情况下同时采用三轴实时滤波信号计算井斜方位并存储滤波后的x、y轴信号,在钻柱旋转的情况下采用滤波后的实时z轴信号,不旋转情况下采用存储的x、y轴信号进行计算。将井下钻具的黏滑状态也看作是一种不旋转的"静止"状态,提出利用井下测量数据实时判断钻柱旋转状态的方法,给出井斜方位角解算公式以及动态解算方法流程,并在Matlab软件中编制程序进行仿真验证。结果表明:钻柱旋转过程中的振动是引起井斜方位测量误差的主要原因;所提出的动态测量算法能够有效提高测量精度,减少钻柱振动对井斜方位解算结果的影响。     

曹妃甸油田浅层大位移井管柱作业极限分析与优化设计

在浅层大位移钻井中,井下管柱上产生高摩阻扭矩,管柱作业极限问题突出,急需开展大位移井管柱作业极限分析与优化设计的研究。基于管柱平衡微分方程,综合考虑接触力、摩阻力、管柱内外钻井液等因素影响,建立管柱摩阻扭矩计算模型;以井眼延伸长度为目标,考虑地面和井下各种约束因素的影响,建立管柱作业极限的预测模型。针对曹妃甸油田一口浅层大位移井,计算不同工况下管柱摩阻扭矩,预测管柱作业极限,并提出优化设计方案。结果表明,采用滑动钻进技术无法达到设计井深,采用旋转钻进技术可达到设计井深,但存在一定的风险。提升钻机性能后,采用旋转钻进技术可安全达到设计井深;优化井身结构后,采用滑动钻进技术并辅以减摩措施可达到设计井深。     

闭环钻井由地面向井下通讯的一种实现方法

认为井眼轨迹井下闭环控制的地质导向钻井技术是集钻井、机械、电子、微电子、传感器、控制等技术于一体的高科技工程项目 ;井下闭环控制必需双向通讯通道 ,从井下到地面的上行通道已有现成的商品 ( MWD) ,而从地面向井下通讯的下行通道却无成熟的商品 .研究探讨下行通道的实现一种方法 :在地面按一定的规律对钻柱施加激励 ,井下检测激励造成的响应 ,通过一定的编、解码处理 ,即构成下行信号 .室内与油田试验证明 ,这种方法在正常的井况条件下可以实现信息传递 .     

微小井眼电机驱动连续管牵引器系统结构设计

微小井眼连续油管(CT)井下作业技术在钻井、测井、修井、完井、气举采油等方面优势突出,在中国应用前景广泛;但因微小井眼直径小,CT在井眼中不旋转,井下遇阻严重,送进困难,严重影响该项钻井技术的应用与推广。针对国内外牵引器的研究现状,设计了一种微小井眼井下电机驱动的CT牵引器,该牵引器主要包括上牵引器系统、六方中心滑管、下牵引器系统,直接利用四个伺服电机驱动与控制牵引器牵引井下CT进行顺利下入和取出,减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性和利用循环液压阀来控制管路的复杂性,节省了液压管路的空间,使作业过程能正常循环井底液体,可适用于小井眼井下牵引作业,稳定性好、牵引灵活,牵引速度快,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难等技术难题,增加了CT在井下能延伸长度,将促进我国微小井眼CT井下作业技术发展。     

井下液压脉冲发生器工作特性仿真

井下液压脉冲发生器是一种可调制脉冲射流的井下提速工具,该装置的工作原理是利用井底钻柱振动能量,采用活塞激励的方式调制脉冲射流,基于该装置工作原理,利用Matlab环境下的Simulink系统建立装置工作状态下的仿真模型,对装置的工作特性进行仿真分析。结果表明:装置调制脉冲射流的压力变化值与装置内柱塞运动规律密切相关,装置产生的脉冲压力幅值随钻头压降的增大而增大,但增长幅度逐渐变缓,随钻井液流量的增加呈线性减小趋势,随钻压的增大而增大,随转速的升高而增大,合理选取钻进参数有助于装置工作性能的进一步提升。     

基于机械系统动力学自动分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析

钻柱在高曲率、长水平段的水平井中与井壁接触状态十分复杂,接触状态又直接影响钻进过程中钻柱的摩阻扭矩,进而影响井的延伸极限。因而,较准确、全面描述全井钻柱系统与井壁的接触状态是保证钻柱摩阻扭矩分析结果可靠的前提。基于ADAMS软件,结合力平衡理论、Hertz接触理论和相似原理,建立了与真实测试试验装置具有一致钻井参数的水平井全井钻柱-井壁动态非线性接触模型,分析了全井钻柱接触力分布情况,研究了起钻速度、下钻速度、钻压和转速对接触的影响规律。结果表明：接触力峰值出现在弯曲段;起、下钻速度均对弯曲段钻柱接触状态影响明显,速度相同时起钻比下钻时接触力大;增加钻压可减小全井钻柱的平均接触力;钻柱旋转会在水平段中前部出现小幅密集接触。仿真结果为钻柱摩阻扭矩测试试验装置提供了合适的钻柱与井壁的接触力测量位置,便于利用该装置开展钻柱摩阻扭矩等相关研究。     

JYGJ—1下行通道仪的硬件实现

地面与井下的信息通道是实现“井眼轨迹遥控系统”的必要条件．上行通道的随钻测量系统已是全球性的商品，而下行通道目前仍然没有成熟的产品．笔者就是在下行通道系统总体方案的基础上，对其硬件的设计与实现予以分析和讨论．根据井下钻井与停钻时，在钻头附近产生的振动能量相差很远这一基理，确定了下行通道电路的设计思想，并设计了井下振动传感器电路，信号调理电路和ＣＰＵ工作电路，与硬件的工作相匹配的软件方案，对下行通道的各部分电路的功能和实现给予了详尽的分析和讨论．振动台模拟实验结果表明，电路设计正确，选件得当．     

耦合钻井液钻柱声波传播特性研究

钻井过程中非常规钻井液的应用,使得随钻数据无法通过传统的钻井液脉冲方式传输,迫切需要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。基于钻柱信道的井下信息声波传输技术是较为理想的随钻数据无线传输方式,为给声波传输系统的设计提供理论依据,针对钻柱信道中的声波传播特性进行了研究。研究结果表明:钻柱信道具有通带和阻带相间的梳状滤波器特征,频带分布具有一定的周期性和对称性特征。钻柱结构决定了其信道通阻带的分布情况,随着钻杆根数的增加通带内小谱峰的个数增加,信道传输能力下降,结构尺寸不一致会使通带变窄,声波传输性能下降。