机械式静态双层推靠自动垂直钻具设计

为满足小尺寸垂直钻探的作业要求,设计一种外径127 mm、具有双层推靠活塞的机械式静态自动垂直钻井工具。该垂直钻具不含独立的电子和液压系统,仅依靠偏重块在重力作用下自动偏向井眼低边的物理特性,带动环阀转动进而改变钻井液流道的开闭,使钻井液在钻具内部和环空中形成压差,驱动双层分布的8个活塞以相应的组合方式推向井眼高边,实现自动纠斜,维持井眼垂直。该钻具采用全新的环阀设计,避免常规盘阀较大的摩擦阻力,提高纠偏的灵敏度和精度,其推靠活塞为独特的双层分布,纠斜时有3个不同层的推靠活塞同时推出,可在较小的钻头压降下获得较大的推靠力和纠斜力矩,纠斜能力显著提升,而且不同层推出的3个推靠活塞形成稳定的三角结构,有效提升钻具的稳定性和可靠性。在钻具结构设计的基础上,对钻具偏心机构、推出机构的力学性能进行分析,并研究角接触球轴承的摩擦阻力对钻具纠斜行为的影响。结果表明:该自动垂直钻具的推靠合力是单个推靠活塞的1+2~(1/2)倍,理论上其纠斜精度仅在井斜角降至0.154°后才会受到影响,纠斜极限井斜角可达0.059°,具有很好的纠斜能力、纠斜精度和灵敏度,而且该钻具结构设计简单,造价及维护成本较低,其机械式的控制方式不受井下温度影响,具有很好的现场应用前景。     

四川盆地双鱼石区块深井钻井井斜规律研究

针对双鱼石区块井斜控制问题,考虑钻头与地层互作用、地层倾角、井斜角、地层各向异性指数、地层自然造斜力、钻头侧向力,综合建立了钻头侧向力模型,根据不同影响因素探讨了井斜变化规律,通过实钻资料验证了模型的正确性。结果表明,与常规钻井方式相比,空气钻井条件下地层自然造斜力增加,且增加幅度较大。随着地层倾角增加,地层自然造斜力增加。随着井斜角的增大,钻头综合侧向力减小,在空气钻井中和常规泥浆钻井中,钻头综合侧向力均存在零值平衡点。随着地层各向异性指数的增加,地层自然造斜能力增大导致井斜角增大。结合理论研究,通过钻具组合优化、钻井参数优选提出井斜控制措施,将该区块深层易斜地层井斜角降低至0.50°～1.15°,机械钻速提高了40%～85%。研究结果可为超深层井斜规律的研究和高效控制提供重要的参考和指导。     

气体钻水平井稳定器安放位置与井斜控制研究

针对XS–001H 气体钻井水平井段的井眼轨迹控制问题,建立了全井段水平井井斜控制的有限元模型,该有限元模型可以任意调整水平段钻具组合参数和稳定器的安放位置来进行井斜控制的力学机理研究。重点研究了钻铤钻具组合、无磁抗压缩钻杆钻具组合、稳定器不同安放位置与井斜控制的力学机理和关系,并得到了相应钻具组合下,钻头侧向力与稳定器间距的定量关系曲线,不同钻具组合在水平段的最大挠度与稳定器的变化关系曲线,这些结果为气体钻水平井段的井斜控制提供了定量的理论数据,并得到了现场应用。     

下部钻具组合分析的有限差分方法

讨论了下部钻具组合分析的基本假设、基本方程和相应的边界条件.建立了求解下部钻具组合控制方程的有限差分方程,编制了相应的计算机程序.给出了钻柱和井壁的接触问题、稳定器问题和上切点问题的处理方法.通过计算结果,分析了降斜、增斜和稳斜三种典型钻具组合的钻头侧向力与钻压、井斜角、井斜曲率和方位曲率的关系,以及典型的钻柱弹性线示例.     

基于T-S模糊模型的井斜精确测量的实时计算方法

自动垂直钻井过程中的井斜实时测量与计算是井斜实时控制的一个重要环节.为避免因井斜角计算中所涉及到的超越函数的计算量过大,进而影响井斜控制的实时性,提出了一种基于T-S模糊模型的井斜角简化计算方法.通过对测量区域的适当划分,建立相应的模糊集合,并选择合适的隶属函数,即可将原井斜角函数所表示的复杂三维曲面用一系列相互衔接的小平面来替代.仿真和实验表明,T-S模糊模型计算出的井斜角与理论井斜角之间的误差不超过0.05°.     

圆弧井段上井斜角随井深的变化规律

使用圆弧井段的垂深增量公式推导出了圆弧井段上任意点处的井斜角随着该点井深而变化的里式函数，并给出了显式函数的两种表示方式。在实钴测斜数据处理，实钻井眼轨迹计算和绘图的计算机壕程实现中，应用井斜角函数可以简化实洲数据错误检查，井斜趋势绘图等工作。     

水平井轨迹“曲率─井斜角”控制方法研究

提出了水平井轨迹“曲率－并斜角”二段控制方法，即以初始控制点为起始．点，控制段终点为目标点，用两种造斜率控制井段，根据造斜特点决定中间点的井斜角大小，找出二造斜段的配伍曲率，从而满足控制要求．文中给出了中间点的选择和控制段的确定方法，并对塞平－１井作了实例分析．结果表明，该方法简便，灵活，实用性强．     

防斜打快技术在准噶尔盆地石炭系地层的试验应用

准噶尔盆地石炭系地层倾角大,岩石可钻性差,不易控制井斜。在优选多种防斜打快技术的情况下提出了螺杆加PDC钻头复合钻井技术控制井斜和提高石炭系机械钻速。结果表明,复合钻井技术在石炭系可用于纠斜后采用原钻具直接稳斜钻井,能够达到稳定井身结构,提高机械钻速的目的。     

防斜打直钻井技术在GR.E-1井中的应用

GR.E-1井是伊朗KUHDASHT区块第三口探井,该区地质构造复杂,地层倾角大,岩性变化频繁,某些区域还出现地层翻转。井斜问题相当突出,防斜打直成为制约该区勘探开发的一个至关重要的因素。本文介绍了多种防斜、纠斜技术在该区块的应用。实践证明,针对不同地层井段,采取合理的钻具结构及施工参数,在一定程度上能有效控制井斜。     

钻柱稳定器结构特点分析

稳定器是井斜控制井底钻具组合中的重要组件。在钻井中,目前广泛使用的仍然是常规的、不可变径稳定器。在查阅这类资料时,全面反映我国稳定器设计的相关资料太少。而美国稳定器却有多姿的结构、丰富的资料,特别在稳定器的整体结构和扶正段结构上很有借鉴的价值。通过对稳定器的资料综合与整理,较为全面地介绍稳定器结构类型和扶正段结构特点,为国内同仁对稳定器的设计、制造和使用提供参考,推进我国稳定器的进步。     

垂钻系统单轴稳定平台测量算法

针对自动垂直钻井系统中采用的单轴稳定平台,在满足小井斜动态旋转条件下,提出一种新的以三轴加速度计和三轴磁通门测量信号为数据源的井斜方位动态测量算法,并考虑不同倾斜角和钻铤转速等因素的影响,对算法进行仿真研究.结果表明:小角度倾斜的方位角动态测量精度受倾斜角和真实方位角影响,在方位角相同的情况下,倾斜角越大,测量结果的误...     

定向井实钻井眼轨迹三维可视化描述

在石油钻井中,实钻井眼轨迹的计算与描述是井眼轨迹监测的重要环节,也是井眼轨道控制的基础.通过测斜数据的处理结合计算机图形学可以更直观地显示井眼轨迹空间形态.通过研究井眼轨迹上某测点邻近的结构形状及其变化规律,在微分几何理论基础上,利用井斜角、方位角与自然坐标系各单位矢量的几何关系推导出井眼轨迹的曲线结构计算模型,并提出了通过对测斜数据进行三次样条插值及多项式拟合数据平滑处理的方法以减小测量离散数据带来的误差;同时,结合面向对象技术和可视化技术,实现了定向井井眼轨迹的三维可视化描述.     

基于Backstepping与闭环增益成形的减摇鳍控制

为提高减摇鳍控制器的鲁棒性,将Backstepping算法与闭环增益成形算法相结合,设计一种非线性鲁棒控制器.采用Matlab的Simulink工具箱分别对相同海况下未进行减摇控制、在设定航速及航速减半状态时采用减摇鳍控制的非线性数学模型进行仿真.结果表明,该控制策略对于减摇鳍非线性控制系统十分有效,具有较强的鲁棒性.该算法的优点是设计过程简单,物理意义明显.     

动力定位船矢量推进器回转动力学响应分析

为研究全回转矢量推进器回转动力学系统的响应特性,对瓦锡兰某型矢量推进器的液压回转系统的组成进行深入分析,研究了泵控液压马达驱动齿轮减速机构带动推进器进行回转的工作原理,建立了矢量推进器回转动力学系统的数学模型,提出了一种全回转矢量推进器实现目标方位角快速跟踪的改进控制方法,构建了一种矢量推进器回转动力学异步控制频率仿真系统,分析了不同目标方位角时推进器的方位角、角速度、液压系统的动态响应特性,建立了矢量推进器回转响应的物理约束条件.仿真结果表明,建立的动力学模型可模拟真实矢量推进器的回转运动响应过程,同时可实现矢量推进器回转方位角的快速、准确控制,对全回转矢量推进器和动力定位船舶推力分配方法的研究具有较重要的指导意义和工程价值.     

PID算法在车载动中通卫星通信系统上的应用

PID控制策略算法简单、鲁棒性好、可靠性高,此外,PID控制方案并不需要建立精确的受控对象的教学模型,非常适合作为车辆高速运转时实现动中通方位角稳定的控制策略。介绍了PID控制策略的基本原理,并成功的把它应用于动中通伺服系统,保证了动中通的方位角可以在复杂的运动条件下保持稳定,结合俯仰和横滚控制策略实现了该系统在运动中通信的设计初衷。     

一种滑翔增程弹非线性模型预测控制方法

为实现对某滑翔增程弹滑翔弹道的跟踪控制,以达到增程的目的,采用具有解析形式控制律的非线性模型预测控制方法设计其控制系统。将滑翔增程炮弹控制系统分为质心控制和姿态控制2个回路设计,通过质心控制回路将方案质心位置指令转换成弹道倾角和弹道偏角指令;再由姿态控制回路转换成升降舵偏角和方向舵偏角指令;倾斜稳定控制器将滚转角指令转换成副翼偏角指令。以某滑翔增程弹为例进行仿真计算,结果表明,该控制器具有很好的控制效果,能够克服干扰因素的影响,实现滑翔增程的目的。     

永定河流域太阳辐射逐时过程模拟

针对太阳辐射在不同区域地形条件下的差异,通过建立任意倾角和坡面方位角下的太阳辐射逐时模型,模拟了永定河流域1951—2018年的太阳辐射,并分析了该流域太阳辐射在不同倾角和坡面方位角下的变化特征.结果 表明:永定河流域1951—2018年逐年太阳辐射总体呈现减小趋势.任意倾角下,同一站点太阳辐射时变化形态基本一致,均呈...     

层理地层基质与弱面坍塌失稳规律分析

渤海深部地层中存在大量的硬脆性泥页岩,易发生井壁失稳问题.将硬脆性泥页岩当作一种横观各向同性介质,建立了横观各向同性地层井周基质及层理弱面应力计算模型,在此基础上,获取了弹性参数各向异性、井眼轨迹及层理产状对井壁坍塌破坏的影响规律.研究表明,各向异性对层理弱面应力分布影响显著,与各向同性模型相比,误差最大约为31%;随...     

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。     

基于光纤陀螺的捷联惯导系统的测试设计

我国煤矿井下瓦斯治理钻孔工程量巨大,目前主要采用人工丈量的方法测量标定开孔方位与角度参数,稳钻时间长、效率低、精度差。针对这一问题,提出基于光纤陀螺的捷联惯导系统开孔参数新方法,该系统采用陀螺与加速度计的捷联惯导系统对钻孔的方位角、倾角进行测量,可以显著提高钻孔方位与角度参数的标定效率与精度,降低管理成本。