超深钻井专用剪切防喷器及控制装置的研制

为保证超深钻井施工过程的安全性,需要配置能够剪断61/2″钻铤或57/8″及以下钻杆接箍的剪切防喷器。常规剪切防喷器及控制装置设计时只考虑剪断普通的钻杆、套管、油管等,同时受限于常规控制装置只能提供最高21MPa的压力油,在面对大直径、高强度的6 1/2″钻铤或57/8″钻杆接箍时无法实现有效剪切。超深钻井用剪切防喷器及控制装置可剪断6 1/2″钻铤和5 7/8″钻杆接箍,来确保超深钻井施工过程安全性。

剪切闸板防喷器剪切钻杆断口凸起高度评估

被剪钻杆断口的变形程度是评价剪切闸板防喷器剪切性能的重要依据之一,直接关系到钻杆的再循环利用和作业效率,而被剪钻杆断口凸起高度又是断口变形程度的重要方面。为了对被剪钻杆断口凸起高度做出合理评估,以钻杆为研究对象,依据运动学基本规律建立剪切闸板的运动方程,综合考虑作业参数,以坐标转换公式的矩阵形式和滑移线理论为基础,分别给出由单剪切点导致被剪钻杆断口在任意时刻及最终凸起高度的理论预测式,继而确定断口凸起位置并建立冲击块导致被剪钻杆断口凸起高度的理论评估模型。用剪切闸板防喷器进行剪切CT90管的剪切试验,获得CT90管的断口数据对评估模型进行验证,结果表明所建立的评估模型与剪切试验获得的断口凸起高度的相对误差在10%以内,具有较高的可靠性和适用性。分析V型角、刃口倒角等剪切闸板冲击块关键结构参数及钻杆结构尺寸对被剪钻杆断口凸起高度的影响规律,研究表明钻杆断口凸起高度随着V型角的增大而增加,随着刃口倒角的增大呈波浪形变动,且波谷逐步增加,刃口倒角在20°时,钻杆断口凸起高度最小,钻杆断口凸起高度随着剪切点至V型角中心点的长度增加而增加。在满足井控要求的情况下,设计剪切闸板时,冲击块的刃口倒角以20°为宜,V型角越小越好并尽可能地缩短剪切点至V型角中心点的长度。钻杆断口凸起高度随着钻杆内径及壁厚的增大而增大,在满足钻采的要求下,钻杆宜选用小通径薄壁钻杆。

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两种不同规格的S135钻杆,以研究其对不同规格钻杆的适应性,分析经验公式计算值和仿真值存在差异的原因,也探讨了在有井压,有悬重情况下剪切力的变化规律。结果表明:该新型剪切闸板能够顺利剪断5 in和5.5 in两种不同规格的S135钻杆,具有较好的适应性。并且经验公式相对保守,可采用适当系数进行修正。同时在有井压的情况下,剪切力随着井压增大而增大,当井压过大时,建议增加增压缸;在有悬重时,剪切力随悬重的增加逐渐下降,钻杆越长越利于剪切。该研究可以为剪切闸板防喷器的设计和使用提供技术指导。

剪切闸板防喷器剪切钻杆断口几何形状研究

钻杆断口几何形状是反映剪切过程与剪切效果的重要因素,严重影响着闸板防喷器的作业效率与循环利用。为得到符合实际的钻杆断口几何形状模型,本文以塑性变形理论为基础,结合钻杆在剪切闸板剪切过程中的变形情况,假定钻杆在剪切时的变形过程为八塑性铰结构,继而得到整个断口几何形状的模态解,同时使用ABAQUS有限元软件模拟钻杆剪切过程,并针对4FZ剪切闸板设计剪切实验。结果表明,断口形状均近似为菱边带有小幅凹陷的菱形,与模态解所求一致。经过对模态解的分析,在保证剪切闸板基本剪切结构不变,钻杆受力情况不变的条件下,当剪切闸板V型角取85.24°,闸板倒角取13.83°时,钻杆断口变形量最小。

闸板防喷器-窜动钻杆动态剪切机理研究

针对钻杆窜动状态下的闸板防喷器剪切机理不明确,造成现场作业缺乏理论指导的现象,以窜动钻杆为研究对象,应用基于拉、压、剪耦合作用下的三参数广义强度准则,构建了适用于窜动钻杆应力计算的理论模型,详细阐述了在闸板正常切入条件下钻杆的剪切机理,主要包括钻杆断口截面变形过程、作用载荷应力规律以及断口损伤程度,并通过显式动力学仿真分析模块对理论模型进行验证。研究结果表明,相对于静态剪切工况,窜动状态下的钻杆在剪切过程中所受的应力较大,断口损伤程度较为严重,且在钻杆发生完全断裂时,闸板的行程位移量较大。由理论模型计算出的应力数值与仿真分析得到的数据相对偏差小于10%,证明了其具有较高的适用性。研究结果可为剪切闸板防喷器的现场使用及性能评估提供理论依据。

基于Shear Damage模型的剪切闸板防喷器剪切性能研究

为揭示剪切闸板在纯剪切工况条件下(无压差、无悬重)剪切钻杆时剪切力特征,以及悬重、内外压差等复杂工况条件对剪切钻杆时剪切力和油压的影响规律。本文基于Shear Damage断裂损伤模型,通过显示动力学方法开展剪切过程仿真研究。研究结果表明:在纯剪切工况条件下,剪切力随时间增加先逐渐增加再急剧下降为0;在有悬重工况条件下,剪切力和油压随悬重增加而呈减小趋势;在钻杆内压大于外压工况条件下,剪切力和油压均随压差增大而增大;在钻杆内压小于外压工况条件下,剪切力随压差增大而减小,57/8 in(壁厚14.50 mm)、5 in(壁厚12.70 mm)规格钻杆油压随压差增大呈先增加后减小趋势,51/2 in(壁厚10.54 mm)规格钻杆油压随压差变化不明显,其余钻杆油压随压差增大均呈上升趋势。研究结果可为剪切闸板防喷器油压配置、结构优化、关井工艺改进等提供关键技术支撑。

防喷器剪切闸板剪切能力现场评估及应用

当前钻井作业中使用的剪切闸板防喷器种类较多,而且钻井作业中使用的管柱也是多样的,再加上一些管柱的成本非常高,现场就无法通过做所有的剪切试验来评估剪切闸板的剪切能力,因此需要对剪切闸板的剪切能力进行现场理论评估,进而避免当用到防喷器剪切闸板时出现剪不断管柱、闸板防喷器损坏、井喷失控等一系列恶劣后果。着重介绍防喷器剪切闸板剪切能力评估的重要意义,并详述剪切闸板剪切能力理论评估过程,通过现场应用说明其有效性,为以后剪切闸板剪切能力的现场评估提供借鉴。

剪切闸板防喷器合理应用

在实际工作中剪切闸板防喷器的设计位置存在瑕疵,通过分析剪切闸板防喷器使用中的特殊性。对合理应用存在的弊端,规范、合理地应用好剪切闸板防喷器,从井控实施细则、工程设计、关井决策和指挥、关井操作程序培训和完善井控应急预案等方面提出了改进建议。

剪切闸板剪断管柱所致落鱼打捞技术应用

渤海A19井在射孔作业后上提管柱时发生井涌井喷,为实现紧急封井而关闭剪切闸板防喷器导致井内管柱落井。通过置换法压井后,恢复至一级井况状态,之后采用计算井内落鱼深度、落鱼组合形式,选择下入铅印打印鱼顶状态的方法,进一步分析、优选打捞方案,最终通过磨鞋磨铣、卡瓦打捞筒打捞等工艺技术成功打捞出因剪切闸板所剪断落井的管柱,避免了井因事故而导致的报废。在分析、讨论的基础上,对整个作业过程中的操作细节做了深入说明,可为此类较为罕见的钻井事故提供借鉴。