同心驱水力振荡器阀盘优化设计

大位移井和水平井的井斜角过大会使钻柱和井壁之间产生较大的摩阻,导致钻进速度降低,使用水力振荡器是解决上述问题的有效方法之一。为此,设计了一种同心驱水力振荡器,并对其阀盘系统的冲蚀情况进行仿真分析。仿真分析结果表明:动、静阀盘的交界处受到钻井液的冲蚀磨损,特别是动、静阀盘相对转角为25°时受到的冲蚀磨损最为严重。对动、静阀盘进行结构优化和模拟试验,从模拟结果可以看出,当动、静阀盘的倒角同为20°时,最大冲蚀率最小,优化效果最好。对优化后的同心驱水力振荡器进行现场试验,试验结果表明:同心驱水力振荡器能大幅提高钻井效率,相同条件下较常规水力振荡器的平均机械钻速提高33.62%,工具平均使用寿命延长27.46%。所得结论可为水力振荡器的设计与优化提供参考。

煤层气欠平衡钻井专用旋转控制头在郑试平4H井的应用

为了完善煤层气欠平衡钻井国产配套设备,缩短钻井周期,降低移运成本,设计并试制了煤层气钻井专用低压小型旋转控制头,并在沁水盆地郑庄区块郑试平4H井进行了现场试验。检验了旋转控制头与欠平衡钻井工艺的匹配性能,测试了旋转控制头的整体使用性能,证明了产品结构设计的合理性。该设备可有效密封井口环空压力,轴承组、动密封件以及润滑冷却系统在连续运转479h情况下无任何异常状况,顺利地将钻井液导入泥浆罐。理论与现场试验结果表明:旋转控制头的结构设计合理,冷却润滑系统可以有效保护动密封件及轴承组,胶芯寿命满足现场使用要求,可进一步推广应用。

基于CFD的三缸柱塞泵泵阀失效机理研究

针对柱塞泵易损件泵阀使用寿命短,制约钻井泵向高压、高冲次、大排量方向发展的现状,利用CFD相关软件对泵阀排出端3种开度下的内流场分布进行了仿真计算。结果表明,在排出端,流过阀隙的流体速度较大,且在阀盘两底角处速度最大,该处密封圈容易被撕裂造成泄漏。另外,在流体流经腔体内部时,产生了部分涡流和回流,因此最高冲次下的流体可能会对排出腔产生一定的影响,该结论与实际情况吻合。该项研究结果对泵阀的优化设计及延长泵阀使用寿命有重要的指导意义。

钻杆螺纹的结构优化与有限元模拟

钻杆螺纹破坏的主要原因是钻杆所受的交变载荷大,产生了较大的应力集中。为缓解内螺纹小端应力集中,在钻杆(如普通钻杆、方钻杆等)上设计和使用了应力减轻槽结构,这些钻杆在使用过程中取得了良好的效果。基于螺纹牙的强度计算公式,用ANSYS软件建立了钻杆螺纹连接有限元分析模型,对有应力减轻槽的钻杆螺纹接触处进行应力分析,并和普通螺纹进行了对比,结果表明加应力减轻槽的钻杆螺纹所受应力大大减小,有益于延长钻杆的使用寿命。

滑套密封技术分析与性能评估

滑套作为石油天然气分层开采技术的重要工具,其密封性能直接影响着施工的效果。对用于滑套的不同密封方案进行总结分类,包括O形圈密封、唇形密封、特殊型密封及其不同的组合密封形式;从密封效果、抗剪切性、耐磨性、使用寿命、成本5项指标对各类密封进行性能评估。综合考虑5项指标,滑套密封可选用简单星形密封圈、星形密封圈加挡圈、U型密封圈、特康双三角密封圈等密封形式;而从经济实用方面来考虑,低压且速度不高时,可使用简单O形圈、O形密封圈加平挡圈;压力较高且速度变化较大时,可使用O形圈和梯形环的组合、V形夹织物橡胶组合密封圈、K型特康斯特密封圈、T型特康格来圈。

井下工具中位移传感器温度补偿方法

为了消除高温环境下井下工具中位移传感器温度漂移对测量精度的影响,提出了一种基于BP神经网络的位移传感器温度补偿方法,由LabVIEW编程语言进行算法实现,设计测试电路、通过非等间距温度采样记录位移传感器在不同温度下的漂移量,由BP神经网络模型进行温度补偿。通过仿真试验验证,该方法将高温环境下位移传感器的输出误差最大值由补偿前的4.5%降低到0.6%以下,有效地提高了位移传感器的测量精度,满足了井下工具的应用需求。

井筒水声波无线通信系统关键技术与试验研究

针对现有井筒内无线信号传输技术传输速率低以及对使用环境选择性高的缺陷,提出了一种基于水声波的井筒无线通信方法,设计了井筒水声波无线通信系统。该系统由地面水声波发射系统和井下水声波接收系统组成。地面水声波发射系统对待传输信号进行编码、调制、放大和发射,井下水声波接收系统接收水声信道传输的地面信息并进行信号调理和解调,重点对水声信号处理电路、换能器及调制和解调算法等关键技术进行了研究,设计完成中心频率12 k Hz的水声发射、接收换能器及配套水声信号处理模块,通过室内和地面试验对水声信号不同距离下的通信能力进行了测试,实现了200 m距离下井筒水声波无线数据通信。研究结果表明:井筒水声波无线通信系统可实现以井筒内水声波为信号载体进行无线数据传输,具有较高的解码准确率和较强的抗干扰能力。研究内容为井筒内长距离水声通信技术的研究和试验奠定了基础。