基于PLC技术的钻井管柱自动输送系统设计

常规钻井管柱自动输送系统由于在模块间缺少逻辑控制,导致钻井管柱输送成功率较低,因此设计基于PLC技术的钻井管柱自动输送系统。通过分析系统的基本功能需求,将PLC作为自动输送系统的控制核心,通过供电滑触线、管柱朝向检测模块、管柱翻转模块、管柱提升模块和PLC控制模块设计系统硬件部分,对模块间进行逻辑控制;在系统硬件设计基础上设计软件部分,根据自动输送系统的工作特点,对单根管柱与多层多列管柱的输送路径进行规划,结合系统硬件完成自动输送系统的设计。实验结果表明:所设计的系统在不同输送速度下的总成功率都在98%以上。

旋转推靠式自动垂直钻井工具应用分析

针对高陡构造和大倾角地层中防斜与打快的矛盾难题,研制了旋转推靠式自动垂直钻井工具并获得了成功应用。实现了纠斜和稳斜功能,同时释放了钻压,提高了机械钻速。介绍了旋转推靠式自动垂直钻井工具的结构组成、工作原理、技术特点和应用效果等。从钻柱设计和钻井参数设计两方面进行了应用研究,最后对比国外同类产品在国内的应用情况并进行了应用分析,找出差距并提出改进措施。

深水导管喷射安装过程中管柱力学分析

根据深水导管喷射安装作业特点,建立了该过程中的管柱静力学模型,并应用加权残值法进行了求解,得出了在考虑环境载荷、钻柱结构及钻井船偏移等因素影响下的管柱变形和应力分布规律。研究结果表明,中深层海流对管柱变形影响最大,合理设计钻柱结构和控制钻井船偏移是保证深水导管垂直安装和钻柱抗拉强度安全的关键。深水管柱的弯曲正应力在钻柱的上下两端作用明显,进行钻柱强度设计时,必须考虑管柱横向变形引起的弯曲正应力,提出了相适应的钻柱结构优化方案。作业初期,钻井船向海流负方向适当偏移,有利于控制导管的入泥倾角;遇阻活动管串时,钻井船向海流正方向适当偏移,能够有效地降低钻柱危险截面上的最大拉应力。

含硫化氢条件下深井钻柱设计问题探讨

介绍了在含硫化氢条件下深井钻柱设计所存在问题与挑战,分析了硫化氢对钻柱设计的主要影响因素,提出了在含硫化氢条件下使用低强度钻具时,其抗拉、抗扭性能应当从其它方面得到补偿的观点。在考虑防硫化氢的同时,钻具组合的设计还应当考虑钻井液的性能、提高钻井速度的要求。建议对含硫化氢条件下的深井钻柱选择进行研究,形成成熟的钻柱设计技术并制定行业标准。

热机碎岩钻具设计与工程试验研究

论述了热机碎岩的基本概念、基本原理,阐述了热机碎岩野外工程试验的基本方法、试验设备、试验钻头,论述了热机碎岩钻具的设计目的、原理,对野外工程试验数据做了详细的分析,得出了热机碎岩工程试验结论。

基于钻柱扭转杆模型的扭矩负反馈减振系统优化设计方法

扭矩负反馈减振是控制和消除钻柱周向粘滑振动较为有效的方法之一。原有的扭矩负反馈减振系统优化设计是在将钻柱系统看作单自由度扭转摆的基础上进行的。针对大位移井中这种简化不合理的问题,通过将钻柱系统简化为连续质量扭转杆,建立了基于钻柱扭转杆模型的扭矩负反馈减振系统分析模型,推导出了其非零虚部极点方程。利用非零虚部极点方程的复数解与模态振动的频率及模态衰减指数间的对应关系,提出了以综合模态减幅系数最小化为目标的新的扭矩负反馈减振系统优化设计方法。数值模拟结果表明,对不适于简化为扭转摆的钻柱系统,采用基于钻柱扭转杆模型的新方法进行设计可以取得相对较好的减振效果。

螺杆钻具井下磨铣管柱受力分析及改进设计

针对螺杆钻具磨铣钻削井下桥塞、水泥塞及类似钻削工作中管柱在井下所产生的巨大反扭矩的危害，在对磨铣钻削管柱进行受力分析的基础上，提出了改进方案，即“井下防扭装置”和“磨铣钻削管柱的配置”，有效地降低了反扭矩带来的危害，改善了磨铣钻削管柱的受力状况。现场２口井的实际应用说明，改进后的管柱在应用上更为安全可靠，钻削用时比简易管柱缩短 １／４～１／３。

深井钻杆疲劳刺漏原因与钻柱设计

分析了西部油田多年钻杆大量疲劳刺漏的原因,认为127 mm钻杆不适合深井、超深井的的大拉力、高扭矩、高转速、大狗腿、强腐蚀等等复杂工况。通过计算论证,表明只有大直径钻杆才能满足深井、超深井安全钻进的要求,提出了用于深井的大直径钻柱设计思想,推荐了可用于深井、超深井的大直径钻杆。

孕育中的三维水平井修正轨道设计的二次函数法和弹性管柱插连法

在钻井过程中,实钻井眼轨迹与原设计井眼轨道都有一定的差值。当差值较大时,为了钻达靶区,必须及时地对待钻段井眼轨道进行修正设计。无论原始设计是二维的还是三维的,施工过程的修正井眼轨道设计都是三维的。给出了针对滑动送钻导向钻井系统提出的三维水平井修正井眼轨道设计的斜平面圆弧-直线-斜平面圆弧法的物理模型,提出了更适于旋转导向钻井系统的两种三维水平井修正井眼轨道设计方法——二次函数法和弹性管柱插连法的物理模型、数学模型,并对其潜在价值和待攻克的问题进行了分析。

新一代网络录井系统NLS的研制与应用

计算机网络技术和数据采集与处理技术的迅速发展,为石油勘探开发过程中的综合录井技术的应用提供了广阔的发展前景,新一代网络录井系统NLS正是适应这一发展前景的需要而研制的。在阐述NLS录井系统特色技术的基础上,较系统介绍了其设计理念与功能,该系统与常规录井系统相比,增加了实时钻具振动分析、井场视频网络监控和快速色谱分析功能。在信息实时远程传输软件中,引入了Web技术,实现了网络条件下,不同用户分级浏览、访问与监控。新一代网络录井系统NLS的应用表明,系统性能稳定、功能齐全、技术先进,能够满足各种勘探开发条件下的录井工作需要。

NC48非标钻具螺纹设计与应用

目前,中原油田钻井管具工程处积压大量的ф127mm反扣钻杆,同时市场上急需大批ф127mm正扣钻杆,如将现有的NC50左旋螺纹直接改成NC50右旋螺纹,钻具接头长度不符合标准要求。为解决这一难题,在对石油钻具螺纹的各项参数进行分析的基础上,设计出NC48非标螺纹。通过在3个井队进行使用,NC48非标螺纹未发生因螺纹设计而造成的钻具事故,为今后类似的螺纹设计提供了基础。

存储式井下振动测量工具的设计与室内试验

钻井过程中,如能成功地进行井下钻具的振动测量,则有助于了解钻具的振动状态及引起钻具振动的原因,从而采取相应的措施,减小振动,以减少或避免井下钻具的过早损坏、失效。因此,研制井下振动测量工具,对钻具的防振和保护具有很重要的意义。完成了存储式井下振动测量工具的总体设计,提出了具体的电子测量系统实现方案,进行了电子元器件选型、电子电路设计和控制软件开发。介绍了存储式井下振动测量工具的机械设计思路和过程,完成了机械系统结构设计和强度校核。最后,进行了存储式井下振动测量工具样机的室内试验,应用振动分析软件回放了测量数据,试验证明,样机设计合理,具备现场试验的条件。

悬杆线井眼轨道设计方法

基于弹性杆力学模型建立了悬杆线井眼轨道设计方法,对比了悬杆线轨道在降摩减扭等方面的优势,分析了悬杆线轨道降摩减扭效果的主控因素及其影响规律。研究表明,相对于常规轨道,悬杆线轨道在一定的参数区间内能够有效降低摩阻、扭矩,相对于悬链线轨道,悬杆线轨道具有更多的可控参数。影响悬杆线轨道降摩减扭效果的主要因素有摩擦系数、造斜点至靶点的水平距离和垂直距离、悬杆段起始点井斜角,摩擦系数、悬杆段起始点井斜角越大,降摩减扭效果越差;当造斜点至靶点的水平距离和垂直距离均超过3 000 m且两者比值接近1.5时,悬杆线轨道的降摩减阻效果最为理想,滑动钻进摩阻最大可降低60%,旋转钻进扭矩最大可降低40%,在深层大位移井中有独特的应用前景。图8表6参28。

大位移井钻柱优化设计方法及应用

钻柱设计是否合理是钻井能否成功的关键技术之一,在大位移井中其作用显得尤为重要。在前人研究的基础上,在综合考虑了大位移井钻井操作参数、井眼轨迹状态等实际因素的影响上,结合钻柱整体和各组件自身力学特性,对钻柱整体和部分分别进行优化设计分析,形成了大位移井钻柱分段组合、整体优化的设计方法,并结合南海流花油田A4 ERW3大位移井进行实例分析,结果吻合良好。实践证明该方法有益于指导其他大位移井钻柱的优化设计。

国外现代油气井设计的一些新进展

现行油气井设计方法20多年前从国外引进并沿用至今,虽已较为成熟,也基本能满足一般工作需要,但20多年间国外在该方面又取得了一些进展,值得学习、借鉴。通过调研、分析和对比,认为国外油气井设计在近20多年主要取得了如下发展:运用数学方法,从检测到的数据中找出规律,提高压力预测的精度;根据地质力学理论,着眼于井眼稳定,应用中线原理设计全井钻井液密度,能有效保持井眼稳定;以动态控制溢流的观点,按照允许的最大溢流量准则,正确选择各层套管柱的下入深度,能满足不同条件下的井完整性要求;全面考虑比较设计井工作期间各层套管柱的受力情况,选择确定最为现实的设计条件并考虑多种因素的影响,进行套管柱的强度设计,可以做到比较符合设计井的实际情况。该系列新进展使现代油气井设计更为科学,更符合实际,也更安全。研究内容对国内油气井设计具有一定的借鉴价值和指导意义。

低温环境下钻柱材料力学特性试验及强度设计

低温条件下的钻柱强度校核与设计研究,对解决极地等低温环境下钻柱的技术问题具有重要意义。在低温和常温条件下,进行了G105钻杆和S135钻杆的力学特性试验,获取了2种材料的抗拉强度、屈服强度及冲击性能等参数随温度的变化规律,在此基础上,提出了低温环境下钻柱的强度设计方法。试验发现,随着温度降低,G105钻杆和S135钻杆的抗拉强度和屈服强度均升高,断面收缩率基本不变。在低温环境下,为保证钻柱的服役安全,钻柱的强度设计方法应由常温下应力控制转换为应力与应变共同控制。低温服役环境下进行钻柱强度设计时,钻柱材料的屈服强度应依照宽温区的材料强度特性取值。该研究结果对确保低温环境下钻柱的工程设计及服役安全具有指导意义。

DC450/900-T型天车钻柱升沉补偿装置设计

以DC450/900-T型天车钻柱升沉补偿装置为例,介绍了总体结构和工作原理。分析了主要技术参数及确定方法。建立摆臂机构简化模型,分析了摆臂夹角与摇杆长度的关系,确定了摇杆和连杆的最佳长度。分析认为:通过增大摆臂机构偏心距和滑块位移,可以增大传动角。对片架导轨进行力学分析,得出片架导轨受到的最大载荷来源于天车钻柱升沉补偿装置在锁紧状态下的最大静载荷。

阿姆河右岸高温、高压、高含硫气田DST测试管柱优化设计

土库曼斯坦阿姆河右岸高温、高压、高含硫气田的地质结构复杂,具有高压力、低渗透的特点,且天然气中普遍含有H2S、CO2等腐蚀性气体,在测试作业过程中发生过井下测试管柱不密封、油管腐蚀损坏、压力泄露等问题,从而影响施工进度和人员、设备的安全。针对此类问题,从工艺和安全角度出发,本着简单实用的原则,通过对现用的4种DST管柱结构的应用特点及工艺进行分析,优化出一套适用于该区块的DST测试管柱(即射孔—测试—酸化—测试—挤压井管柱),其结构为:TCP管串+RTTS封隔器+安全接头+RD循环阀+RD安全循环阀+OMNI多功能循环阀(不带球)+校深短节+采油树。如果测试后直接投产,则可使用永久式插管封隔器来代替RTTS封隔器,即转换为射孔—酸化—测试—完井管柱。该优化后的管柱设计方案已经成功应用于5口井的测试作业,对指导高温、高压、高含硫井的测试施工设计,有效预防安全质量事故的发生,确保取全、取准地层数据和资料提供了技术支撑。

半潜式钻井平台射孔-压裂-测试一体化工艺

介绍了国内首次在半潜式钻井平台实施的某井射孔-压裂-测试一体化管柱的施工工艺。分析了该井的测试难点及射孔-压裂-测试管柱的设计原则,对实施射孔、压裂、测试作业关键点的三套方案进行了对比,确认了下射孔-压裂-测试一体化管柱后,进行射孔、测试、压裂、排液、压井、测试的可行性,为类似井测试作业提供了借鉴。

大位移井、水平井扭矩摩阻分析与三维建模

定向钻井作业中,特别是复杂井、大位移井和水平井钻井过程中极度的钻柱扭矩和摩阻给钻井作业带来了极大的困难和挑战。为了监测钻井过程中可能出现的类似问题,作为一种预测和监测方法,扭矩摩阻模型可以在井的设计阶段和钻井过程中预测和分析此类问题。当今钻井业界广泛使用的扭矩摩阻模型大都基于20多年前推出的方程,这些方程至今没有多大改变。本文对钻井作业中有关扭矩摩阻的基本原理、导致扭矩摩阻大的因素、井眼轨迹、钻杆屈曲以及岩屑运移等问题做出一些阐述和分析,简要介绍了标准扭矩摩阻模型,同时,引入了一组最新推出的三维扭矩摩阻模型,并分别给出了不同井段的扭矩摩阻模型。最后,根据大位移井和水平井钻井扭矩和摩阻大的特点,给出了水平井降低扭矩摩阻的钻柱设计准则,目的在于有效传送井底钻压,减小钻柱屈曲,提高井身质量和钻井效率。