剪切闸板防喷器剪切性能评价

剪切闸板防喷器是井控设备的重要组成部分之一,其作用是在钻井过程中遇到突发情况时及时剪断钻杆并密封井口,其剪切性能直接关系到钻井作业的安全.以某新型上直下V结构的剪切闸板防喷器为研究对象,通过显示动力学模块对剪切闸板剪切钻杆的过程进行数值仿真模拟,分析研究闸板的剪切性能.并用该剪切闸板分别剪切5 in和5.5 in两种不...     

轴力及重力作用下钻杆最大弯曲应力计算

在考虑了钻杆接头、轴向力、钻杆重量以及钻杆本体与井壁接触等因素的前提下 ,应用平面弹性梁理论建立了钻杆在轴向拉力、轴向压力和轴向力为零时钻杆的最大弯曲应力计算模型。运用该模型计算出的钻杆最大弯曲应力远大于按井眼曲率计算的弯曲应力 ,这说明钻杆接头对钻杆弯曲应力的分布有较大的影响。在计算钻柱强度时 ,应考虑接头对钻杆弯曲应力的影响 ,以实现安全钻井。     

轴力及重力作用下钻杆最大弯曲应力计算

在考虑了钻杆接头、轴向力、钻杆重量以及钻杆本体与井壁接触等因素的前提下,应用平面弹性梁理论建立了钻杆在轴向拉力、轴向压力和轴向力为零时钻杆的最大弯曲应力计算模型。运用该模型计算出的钻杆最大弯曲应力远大于按井眼曲率计算的弯曲庆力,这说明钻杆接头对钻杆弯曲应力的分布有较大的影响。在计算钻柱强度时,应考虑接头对钻杆弯曲应力的影响,以实现安全钻井。     

钻井连续循环系统卡瓦极限卡紧力分析

从钻井连续循环系统卡瓦的工作原理入手,分析了横向载荷与方瓦摩擦力的关系,揭示了卡在卡瓦中的钻杆的受力状态.将钻杆看作厚壁筒,采用弹性力学中的拉美公式求解钻杆内外受压的应力问题.钻杆外表面承受的摩擦力矩,看作圆筒扭转问题进行求解.考虑钻柱轴向拉力的影响,解决了钻井连续循环系统卡瓦极限卡紧力的计算难题,给出了卡瓦极限卡紧力的计算公式.以5吋和5.5吋钻杆作为算例,分析了钻井连续循环系统的使用范围,提出了钻井连续循环系统对钻杆钢级的要求.该方法可以用于指导钻井连续循环系统卡瓦的设计.     

水平井钻井钻压补偿装置设计与仿真

由于水平井水平段距离较长钻杆摩阻较大,使得钻头钻压难以控制。为保证钻头钻压稳定,设计了一种水平井钻井钻压补偿装置,该装置由钻压补偿系统、减震系统、密封系统组成。钻压补偿系统可补偿由于钻杆形变造成的钻压波动;减震系统可减小由于钻压的变化引起的钻压补偿装置的轴向震动;密封系统可防止钻杆内与环空中的钻井液进入钻压补偿装置内部造成装置的腐蚀及磨损。采用有限元法对上接头主体、下接头主体、钻压补偿器进行了强度校核,并使用ADAMS对钻压补偿器的运动进行了动力学仿真。分析结果表明:上接头主体、下接头主体、钻压补偿器的强度符合要求,钻压补偿器的运动行为满足要求。     

微流量控制钻井中两相许用钻杆下行速度研究

针对微流量控制钻井中气液两相许用钻杆下行速度问题,考虑气体滑脱、相与环空壁面阻力、回压及井底压 差,开展了对不同井深的气液两相许用钻杆下行速度半经验模型的研究,获得了气液两相许用钻杆下行速度的变化规 律。当钻杆在气液两相中下行运动时,回压的增大使井筒空隙率减小、气液两相密度增大,加载在井底的有效压力增 大,从而使许用钻杆下行速度减小;当井底气侵量增大,此时井底压力小于地层压力,许用钻杆下行速度增大,可借助 增大的激动压力消除一部分井底与地层欠压差;当井底安全压差减小,许用钻杆下行速度呈减小趋势。控压钻井中精 确计算钻杆许用下行速度,可增大钻井时效。     

旋挖钻机钻杆轴向与横向耦合振动研究

为了更准确地预测旋挖钻机钻杆的振动特性,在分析钻杆振动机理的基础上,文章基于Hamilton变分原理和有限元理论,建立了钻杆的轴向和横向耦合振动的动力学模型,采用Newmark-β法仿真分析了钻杆的振动响应。结果表明,钻杆横向振动的位移比轴向振动位移大很多,并且第5节钻杆的振动位移和耦合振动幅值波动都比第1节钻杆大。同时,对旋挖钻机第1节钻杆工况进行了试验,对比试验结果和仿真结果,发现试验曲线与耦合模型的仿真曲线的位移响应历程变化趋势相似,验证了钻杆耦合振动仿真模型的可行性,说明考虑轴向与横向耦合振动能更好地反映钻杆的动力学特性。     

顶部驱动钻井系统背钳装置研制

针对顶部驱动可靠性及工作环境要求以及现有顶驱背钳夹持范围小,夹紧性能不稳定,。安全性差,人工参与较多,易出现打滑,磨损钳牙、钻杆等问题,研制了一种新型顶部驱动系统背钳装置。该装置采用全液压驱动技术,具有结构简单,功能齐全,现场使用维护方便,自动化程度高等特点。结果表明:该装置完全满足钻井作业中上卸扣功能,并且具有良好的针对性和实用性,各项技术指标均达到设计要求。     

旋转轴磁流体静密封承压能力的理论研究

介绍了利用磁流体动力学、热力学理论,研究旋转轴磁流体静密封轴向承压能力的结果。推导出单级磁流体密封轴向承压能力的数学表达式为Δp=(μ0xm 1)MΔH。分析了磁流体密度、磁性能、密封结构对承压能力的影响,为磁流体密封结构的优化设计提供了理论依据。     

自动垂直钻井工具的理论与技术研究

实施垂直钻井中的主动纠斜需要解决诸如井斜动态测量、纠斜机构动力的获取和可靠控制等问题.通过滤除迭加在重力加速度计上的振动信号,以及对由于加速度计随钻杆转动产生的离心力带来的信号失真进行补偿,可有效解决井斜实时控制中的井斜测量问题;通过对液控导向机构的理论建模和动力学仿真,确定了可适用于井下恶劣工况的导向纠斜装置的动力机构,并且井下超常环境压力还可使这种机构具有更好的响应性能;返程泥浆对旋转中的导向活套的冲击将会产生阻碍活套随钻杆转动的反向扭拒,从而可使活套与钻杆之间产生转差,便于导向机构从钻杆的转动中获得足够的动力,用计算流体力学软件给出具体的结果.     

深水钻井隔水管下放试压单元智能优化

深水钻井隔水管下放过程中须对周边辅助管线进行试压以保证系统的密封性能。为保证隔水管下放试压的安全高效性,基于深水钻井隔水管下放试压工艺建立深水钻井隔水管下放试压时效评估模型与风险计算模型,采用蜂群算法形成深水钻井隔水管下放试压智能优化方法。结果表明:隔水管下放试压智能优化方法具有较好的全局搜索能力和探索能力;依据优化结果开展试压作业有望节约可观的钻井成本;隔水管下放试压安全效益曲线随可靠度的增加呈现先减小后增大趋势;单根密封可靠性是确定试压单元单根数目的关键因素,作业水深对试压次数与安全效益的影响较大,但对试压单元单根数目的影响较小。     

扭转冲击钻井稳态钻进动力学特性及现场应用

为了解决PDC钻头在深井钻进时出现的黏滑效应问题,提出扭转冲击钻井提速技术。保持该技术在稳定的工作状态是提速的关键。为研究扭转冲击钻井稳态钻进时的动力学特性,基于振动学理论,建立考虑钻杆能量耗散的扭转冲击钻井系统力学模型,基于稳态钻进条件对力学模型求解,分析模型特征参数对冲击系统动力学特性的影响规律,最后通过扭转冲击工具的现场应用实例进一步验证扭转冲击钻井稳态钻进的提速效果。结果表明:高钻压低转速配合优选的PDC钻头有利于扭转冲击钻井稳态钻进;钻柱的阻尼和刚度分别有利于扭转切削运动和轴向钻进运动;钻头与岩石相互作用特征参数对扭转冲击钻井稳态钻进影响不明显。文安M井应用实例表明扭转冲击钻井稳态钻进可减缓PDC钻头磨损、显著提高机械钻速。     

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度。结果表明 ,由于连续管材料变形强化度低 ,钻杆塑性变形有限 ,在分析钻杆反复弯曲应力状态时 ,可不考虑强化和塑性变形的面积效应。采用弹性刚塑性材料模型及平面应力假设 ,建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩、应变中性层与轴向力、内压的关系。分析结果表明 ,钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小 ,但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响 ;在内压和沿程阻力作用下 ,钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征。这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。     

智能钻杆导电环结构有限元分析

导电环是智能钻杆导电性能及可靠性的关键。介绍了加工的智能钻杆导电环结构,结构中的内导电环和外导电环分别位于钻杆母接头和公接头的螺纹内径端部,它们之间的柱面接触实现了钻杆接头处的电力及信号导通。对室内钻杆上卸扣试验中导电环的变形过程进行了受力分析,得出轴向力F是导致导电环变形的主要原因。采用有限元分析方法分别对内外导电环的接触过程和单个导电环受轴向力F时的变形状态进行了数值模拟。模拟结果分析表明,将内外导电环过盈配合时的过盈量控制在0.024 mm以下,结合面锥度控制在1:5以上时,导电环在钻杆上卸扣过程中不会产生塑性变形,具有较高的可靠性。     

用光弹性法探讨石油套管螺纹连接的强度和密封性能

应用光弹性方法，探讨石油套管螺纹连接部分的应力分布及密封性能。采用两种不同锥度模型模拟轴向拉伸、轴向尺寸过盈和径向尺寸过盈等多种载荷，研究了由此组合成不同工况下的应力分布规律、齿的接触压力以及施加不同尺寸过盈对螺纹连接部分的强度和密封性能的影响，结果表明，增大螺纹锥度，有利于提高强度，但对密封性能不利；从密封效果考虑，施加径向尺寸过盈明显优于施加轴向尺寸过盈。     

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优化设计的重要性，根据钻井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。     

高速牙轮钻头轴承双金属密封有限元分析

实践表明：三牙轮钻头中只要一只牙轮的轴承先期损坏,就使整个钻头很快失效。钻头的使用寿命几乎直接取决于钻头轴承的寿命,而轴承的寿命在很大程度上又依赖于密封的寿命。针对目前在高转速条件下,三牙轮钻头轴承的双金属密封系统早期失效严重,导致轴承寿命短,钻头失效更换频繁,大大降低了钻井效率,增加了钻井成本的严重问题,本文开展高速牙轮钻头轴承的双金属密封的有限元研究。阐述了仿真研究的模型建立、网格划分、材料定义、接触定义及边界条件等相关问题。分析了双金属密封中橡胶圈的应变、压缩率的变化规律及两金属环密封面的接触压力分布规律。找到了双金属密封结构中两金属环密封面的接触压力分布趋势不合理及橡胶圈压缩率过大的问题,并提出新型双金属密封结构的改进思路,为新型双金属密封结构的设计提供了较可靠的理论依据。该研究对于提高牙轮钻头的使用寿命,降低钻井成本和提升我国石油钻具的技术水平具有重大实用价值和现实意义。     

钻杆现场无损检测装置设计

钻杆是钻井设备中的重要部件,但经常因缺陷而发生失效事故,导致巨大的经济损失。因此,研究钻杆的无损检测方法、研制钻杆检测装置具有重要的意义。基于漏磁工作原理的无损检测设备可以有效检测出钻杆中存在的缺陷,运用这种方法不仅能对钻杆杆体进行全面检测,而且可以利用电子技术获得比较直观的检测结果。在了解了钻杆检测现状的基础上,分析了钻杆的结构特征后,本文设计了一种钻杆漏磁检测装置,主要是设计了具有浮动功能的检测探头。通过这种检测装置可以快速、准确的对大批量的钻杆进行检测以减少事故隐患,提高钻井效率。     

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度，结果表明，由于连续管材料变形强化度低，钻杆塑性变形有限，在分析钻杆反复弯曲应力状态时，可不考虑强化和塑性变形的面积效应，采用弹性－刚塑性材料模型及平面应力假设，建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩，应变中性层与轴向力，内压的关系。分别结果表明，钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小，但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响，在内压和沿程阻力作用下，钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征，这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。     

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。