水力加压器研制及应用

在大位移井、小井眼井和水平井中靠钻铤重量向钻头施加钻压非常困难 ,为解决这一难题 ,研制出一种利用钻井液来提供钻压的水力加压器 ,该水力加压器有 2种类型 ,一种是单行程水力加压器 ,这种加压器只能依靠改变钻井液排量来改变钻压 ;另一种是双行程水力加压器 ,这种加压器入井后可通过控制活塞行程来控制钻压。介绍了水力加压器的原理、结构及在硬地层、夹层、深井小井眼和开窗侧钻井中的应用效果。结果表明 ,使用水力加压器可提供平稳的钻压 ,减轻钻具的轴向振动 ,减少钻具的疲劳失效 ,延长钻头的使用寿命 ,提高机械钻速。

微小井眼水力加压器结构设计及钻压计算

微小井眼钻进过程中,连续管的直径小、刚度低,采用传统的钻铤施加钻压不能满足钻井需要,为此设计了一种用于88.9mm井眼的微小井眼水力加压器。综合考虑井下马达、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力、水力加压器运动部件与缸体内壁的摩擦力等因素对井底钻压的影响,建立了水力加压器串联在井下马达上方时井底钻压计算模型,通过对模型的求解可以得到钻井液流量、喷嘴直径与钻压关系曲线,为水力加压器在微小井眼钻进中的应用提供了理论依据。

水力加压器在准噶尔盆地西北缘地区探井中的应用

新疆油田近两年在盆地西北缘地区十几口探井50多次的应用钻井水力加压器表明,这项技术不仅可以提供恒定、可控的钻压,还可以提高机械钻速和行程钻速,有较好的防斜作用,能改善钻头和井下工具的工作情况,延长其寿命,减少井下事故。统计使用该技术的井段机械钻速提高11.60%～261.14%,平均提高67.8%;三叠系以下地层平均每500m可节省钻头1～2个;西北缘所有使用水力加压器的井段,没有一口井出现过钻具事故,其井斜角均控制在允许范围内,从未因井斜接近规定值而吊打。水力加压器在有振动和冲击问题,易井斜、钻速慢的井段使用效果更好。这是一项经济有效的实用技术,值得推广。文章阐述了水力加压器的原理和特点,提供了4个地质区块6口应用井和7口对比井的现场应用数据。

水力加压器的研制与现场应用

随着大斜度井、水平井钻井工艺技术的日趋成熟和小井眼井技术的应用和发展,受井斜角增加、井壁摩阻大及小尺寸钻具刚性差等因素影响,常规钻井中传统的依靠钻柱重力施加钻压的方法已经不能很好地满足施工需要。为此,研制出一种利用柔性水力施加钻压的井下工具——水力加压器。从水力加压器的功能、结构、特点、技术参数、使用方法、性能试验等方面进行了详细阐述,台架性能试验中,该产品性能和可靠性达到了设计要求。经现场直井段应用验证,该水力加压器使用效果良好,钻压施加稳定,提高了机械钻速和钻井质量,明显减轻了钻柱振动,延长了钻具使用寿命。

连续管钻井水力加压器结构设计

连续管钻井过程中,底部钻具组合无钻铤,钻压施加困难。为此,设计了一种适用于88.9 mm微小井眼连续管钻井的73 mm三级水力加压器,建立了水力加压器串联在涡轮钻具上方时产生的轴向推力计算模型。为了延长水力加压器的工作寿命,设计了密封性能优良的车氏密封结构;主活塞杆与主缸体之间采用矩形花键连接方式,并进行了矩形花键连接副的接触应力分析。计算与分析结果表明,在钻井液排量5.0～6.0 L/s、密度1.05～1.20 g/cm3条件下可产生50～90 kN的轴向推力,完全满足88.9 mm微小井眼连续管钻井需要。

水力加压器组合密封结构设计及参数优化

为了提高水力加压器密封性能,设计一种由滑环与O形密封圈组成的组合密封;利用流体压力渗透载荷的加载方法对密封结构进行有限元仿真,得到单因素滑环结构参数对密封性能的影响规律;利用正交试验,分析多因数滑环结构参数综合作用对活塞密封性能的影响。研究结果表明:滑环沟槽底部厚度、滑环侧边宽度、滑环高度、活塞单边径向密封间隙对动密封面接触压力影响依次减弱,新型密封结构选择滑环高度6.5 mm、滑环侧边宽度2.65 mm、滑环沟槽底部的厚度0.7 mm、单边径向间隙0.25 mm时,其最大接触应力比常规O形密封圈结构提高了245%;新型密封结构中的动密封面接触应力比常规O形密封圈结构有了显著的提高,提高了水力加压器的密封性能。

五级双行程水力加压器设计与力学分析

水力加压器通过节流作用将泥浆动力转化为轴向推力,可以减少因钻柱耦合振动及钻头与岩石互作用引起的钻压波动,从而给钻头施加较为恒定的钻压,延长钻头寿命,减少钻具疲劳失效,提高钻井效率。为了给中深井提供足够大的钻压及提高入井后的钻压调节能力,设计了适用于φ215.9 mm井眼的φ172 mm规格的五级双行程水力加压器。水力加压器工作时,通过主活塞杆和主缸体的花键副传递钻压和扭矩。花键副的载荷环境较为恶劣,应用有限元软件完成了压扭载荷作用下主活塞杆和主缸体的接触应力分析,得出主活塞杆和主缸体的静安全系数>4,其结构安全性可以满足使用要求。

水力加压器在垦平1井的成功应用

水力加压装置是利用循环泵泵压为动力把液体压能转化为钻压的一项新的钻井工具。它把钻铤的刚性加压改为液力柔性加压,克服了刚性加压存在的送钻不均、跳钻、假钻压等弊端,能够提供足够的、稳定的、可控的钻压。同时水力加压装置能改变钻具受力状态,提高钻具的稳定性和导向性,有利于防斜打直和机械钻速的提高,从而达到高速度、高质量、低成本钻井的目的。垦平1井是一口胜利油田重点预探水平井,岩性变化频繁,软硬互层,研磨性强,可钻性差,地层稳定性差,钻进中蹩跳钻现象严重,通过水力加压器的使用克服了以上困难,而且使用前后效果明显。

带水力加压器的钟摆钻具在克百一井的应用

克百一井是位于新疆维吾尔自治区克拉玛依八区和百口泉地区的一口重点预探井,设计井深3450m。石炭系地层井斜控制难度大、机械钻速慢、钻井周期长。施工过程中常规的防斜(塔式、钟摆)钻具组合不能有效控制井斜,为保证井身质量,更好地解决提高钻压与有效井斜控制的矛盾,现场试验了一种可以提高机械钻速的工具——水力加压器。通过跟踪分析表明,该工具在一定程度上不但可以提高机械钻速,而且对整个钻柱起到了保护,在防斜打快研究中取得了良好的效果。

水力加压器在钻井施工中的作用

使用水力加压器的目的是为了实现液体加压和减少钻具的振动,目前对于减少钻具与井眼的摩阻问题存在争议,尤其在斜井及水平井中的使用更是值得关注。根据工具的特点和力学分析认为,当活塞下行至下死点时,立管压力表数值的减小是由于钻具伸长(或者说钻具弯曲度减小)。井眼中的钻具不能简单看作为刚体,应作为曲体对待,只要钻具弯曲度减小,就可使钻具与井眼的摩阻得到改善。

水力加压器结构设计与性能分析

为解决水平井钻压传递效率低、井下摩阻大这一问题,在调研水力加压器相关技术基础上,根据水力加压器工作原理,结合各零部件实际设计应用需求,选择合适的设计参数,设计了一款新型双级单行程水力加压器,完成了钻压计算、活塞关键部件设计和密封设计。根据实际工况,主要考虑活塞杆受到的高压钻井液的冲击力。活塞端面受到高压钻井液冲击压力为20 MPa,钻井液密度为1.16 g/cm^(3),活塞端面入口流速为20 m/s,出口流速为自由束。对其关键部件进行了有限元仿真分析,结果表明:设计的水力加压器在模拟实际工况条件下,其结构刚度和材料强度均能满足设计要求;高压流体通过活塞杆件后具有较大速度,为水力加压器下接头连接的液压马达提供了较大的动力,符合设计初衷。

水力加压器在川东北高陡构造钻井中的应用

水力加压器是一种利用钻井液来提供钻压的井下工具,这种加压器可通过改变钻井液排量来改变钻压,从而改变传统的机械加压模式。川东北高陡构造硬地层钻井应用水力加压器实验结果表明,使用水力加压器可提供平稳的钻压,减轻钻具的轴向振动,减少钻具的疲劳失效,延长钻头的使用寿命,提高机械钻速。该工具为可钻性较差的川东北地区钻井提供了一种新的预防井下钻具失效和提高机械钻速的选择。

水力加压器在冀中地区水平井的现场应用与研究

水平井在井斜角40°以后会出现钻具托压、定向困难、钻速减慢现象,实际造斜率赶不上设计造斜率,影响轨迹控制,井身质量难以保证,大井段的滑动钻进降低了钻井速度。冀中地区水平井中成功试验应用水力加压器,通过研究、改进现场钻井参数、水力加压器的安放位置、规范操作,形成成熟技术,改变钻头加压方式,把刚性机械式加压改为水力柔性加压,保证定向工具面稳定,确保钻头上钻进钻压,能有效减少托压,保证工具的造斜能力,提高钻井速度。

利用水力加压器解决加压困难问题

随着油气田勘探程度的不断加深和技术的不断发展,大斜度井、大位移、阶梯水平井不断增加,在这些井的中后期均存在着不同程度的加压困难的现象,严重的影响了机械钻速,并易引起一系列井下复杂情况,因此解决该类井中后期的加压问题对于我们提高机械钻速、提高经济效益有着十分重要的意义。

缩进式长冲程水力加压器的研制与应用

大斜度大位移定向井和水平井滑动钻进的托压严重影响机械钻速的提高,为此,研制了缩进式长冲程水力加压器。该加压器由水力加压推进机构和悬挂机构组成。推进机构中间筒体的托台嵌于心轴的导向长槽中,心轴导向长槽沿托台滑动,可避免外壳体与心轴之间自由转动,实现扭矩传递;另外,钻井液流过心轴及下部钻具的压降产生推力,给钻头提供足够、稳定和可控的钻压。悬挂机构使心轴在起下钻时处于缩进状态,并悬挂在定位短槽内,避免心轴受到损伤,从而延长加压器的使用寿命。2口井的应用结果表明,缩进式长冲程水力加压器具有很好的悬挂和推进功能,对复合钻进和滑动钻进机械钻速均有不同程度的提高,解决了滑动钻进的托压问题。

水力加压器介绍

水力加压器是一种将压差转换成钻压的液压工具，对由于井下震动和冲击引起的钻柱扭断、钻压不稳等问题，使用水力加压器可起到液压吸震的作用，它可阻尼掉轴向震动，在较长的水平井和斜井补偿失控的滑动钻井，保持恒定钻压。介绍了水力加压器的工作原理，级数、使用前需进行的类型造反安装阻流尖嘴及地面测试等，概述了水力加压器的使用方法。通过观察立管压力的变化可清楚地了解加压器井下工作情况。

水力加压器在苏里格气田水平井的使用效果

苏里格气田水平井钻井过程中，钻头需要的钻压是由钻头上部的钻铤质量提供的。这种传统的刚性加压方式存在许多不可避免的弊病，如送钻不均匀、跳钻、钻具弯曲、假钻压等。这些弊病都严重影响着机械钻速、钻头及钻具的寿命。为保证井身质量，更好地解决提高钻压与有效井斜控制的矛盾，现场试验了一种可以提高机械钻速的工具——水力加压器。通过跟踪分析表明，该工具在一定程度上不但可以提高机械钻速，而且对整个钻柱起到了保护．在防斜打快研究中取得良好的效果。

基于ABAQUS的水力加压器扭矩传递机构结构改进研究

水力加压器的扭矩传递机构是施加钻压和传递扭矩的重要部件,主要由活塞轴和轴套组成,而活塞轴与轴套相接触的区域间摩擦会减少水力加压器所施加的钻压。因此,对水力加压器扭矩传递机构进行结构改进和力学仿真分析具有重要意义。为减少水力加压器扭矩传递机构摩擦,给钻头施加稳定的钻压,设计出一种新型低磨阻扭矩传递机构并进行有限元力学仿真分析。结果表明:新型扭矩传递机构在静态和动态状态下均能满足结构刚度与材料强度的要求,与传统花键扭矩传递机构摩擦力对比发现,新型扭矩传递机构摩擦力大大减小,对水力加压器扭矩传递机构的研究具有重要意义。

水力加压器扭矩传递机构力学仿真研究

水力加压器的扭矩传递机构主要有四方扭矩传递机构、六方扭矩传递机构、八方扭矩传递机构和花键扭矩传递机构,钻井过程中扭矩传递机构要承受大扭矩。因此,对水力加压器扭矩传递机构的力学仿真研究具有重要意义。通过对石油钻井工具水力加压器传统的扭矩传递机构进行力学仿真研究,得知八方扭矩传递机构和花键扭矩传递机构的活塞轴刚度相近且最大,传递相同的扭矩时花键扭矩传递机构产生的摩擦力最小,确定花键扭矩传递机构为最佳选择。

水力加压器在肯基亚克油田的应用分析

哈萨克斯坦肯基亚克油田地层古老,夹层较多,可钻性差,在钻进过程中蹩跳钻严重,钻头使用寿命受到严重影响,不仅需要频繁起钻更换钻头,且断钻具及钻头事故时有发生。为此,经应用实验,采用水力加压器对钻头及钻具进行减震保护,改善钻头工作状态,提高钻头和钻具使用时间,解决蹩跳钻等问题,试验结果表明使用水力加压器可极大提高机械钻速,缩短建井周期,避免井下事故,节省钻井成本,故应加大水力加压器在该油区的使用范围。