液压钻机钻杆扭矩释放系统设计与优化

钻杆是液压钻机的关键工作部件。针对钻杆扭矩释放需求,设计了一套液压和电控系统。在构建机-电-液仿真模型的基础上,对液压系统和控制算法进行了性能测试和系统优化。通过样机试验验证了设计及仿真的正确性,为液压钻机钻杆的系统设计提供了新的解决方法。

大扭矩低矮型液控反井钻机关键技术研究

依据目前国内部分老矿井施工条件和钻井要求,分析研究了满足在老矿井井下狭小空间内钻进大直径井筒的大扭矩低矮型液控反井钻机关键技术,研发了反井钻机新型主机结构,主机宽度不大于1 600 mm、主机高度不大于3 700 mm,完成大扭矩低矮型液控反井钻机研制和应用。

ZJ50DB型石油钻机直驱转盘驱动装置研制及应用

转盘驱动装置是石油钻机的核心部件之一。常规的转盘驱动装置是高速交流变频电机,其通过齿轮减速箱驱动转盘工作。文章研制的ZJ50DB型石油钻机直驱转盘采用低速大扭矩交流变频电机直接驱动转盘工作,取消了大型传动机构齿轮减速箱,简化了传动方式,减少了中间故障点,降低了维护保养成本,整体尺寸小,质量轻,方便拆装和运输。

石油钻机管柱移运装置设计与动力学仿真

为解决石油钻机传动系统抗压能力较弱的问题,设计一种新型石油钻机管柱移运装置,并针对其动力学特性展开研究。将油管上翻机构、伸缩臂、猫道翻转机构连接在石油钻机管柱的既定位置处,完成移运装置的主要部件结构设计,再分别从负荷重心、负荷量、顶升区域三方面,分析所设计石油钻机管柱移运装置的动力学特性。实验结果表明,新型石油钻机管柱移运装置可以在快速向下钻进的同时,保证动力传导设备轴压力载荷量、回旋扭矩载荷量始终处于较高的数值水平,对于增强石油钻机传动系统的抗压能力能起到一定的促进作用。

钻柱扭矩测量方法研究

钻井过程中扭矩参数的精确测量一直是钻井工程中的一大难题,长期以来人们一直在探索。目前国内外有关钻柱扭矩测量的方法与研究工作有了较大的进展。概括介绍了钻柱扭矩测量的国内外发展状况,并在此基础上进一步介绍了方补心扭矩仪及井下马达电流测量扭矩的原理及优点,提出了通过测量扭矩来判断钻柱扭转振动的强烈程度。与此同时,方补心扭矩仪的成功研制基本解决了长期困扰钻井界的钻柱扭矩测量问题。

大位移井摩阻扭矩监测方法

对于井下摩阻扭矩的监测和控制是事关大位移井钻井成败的关键,但目前对摩阻扭矩的分析还停留在预测阶段,而随钻过程中对其的实时监测和分析尚不成熟。为此,在摩阻扭矩预测分析的基础上,开展了摩阻扭矩的实时监测方法研究:钻进过程中,连续记录接立柱时上提钻具、下放钻具和旋转提离井底时的大钩载荷,记录不同井深条件下复合钻进扭矩值和旋转提离井底扭矩值;将所记录的值标注于摩阻扭矩监测图版上,形成实时监测数据与理论计算数据的对比曲线,并将其用于评价井眼清洗程度、井眼缩径、垮塌等井下情况,及时地掌握钻井液性能变化、井眼轨迹光滑度、减摩降扭工具的使用情况。桩129-1HF井现场监测试验结果表明,在摩阻扭矩较大的井段及时采取循环钻井液、短起下钻、调整钻井液性能、增加润滑剂含量、优化钻具组合等措施,控制摩阻扭矩效果良好,保证了该井安全顺利完钻。结论认为,所建立的摩阻扭矩实时监测方法可为大位移井安全优质高效钻进提供有力的技术支撑。

钻柱力学研究现状及进展

钻柱力学是井眼轨道设计和控制、钻柱设计及钻井参数优选的基础。从钻柱力学问题的提出、研究目标、研究方法、钻柱的运动状态、钻柱动力学基本方程、钻柱的拉力扭矩、钻柱的弹性稳定性、底部钻具组合受力、钻柱振动与涡动等方面分析了钻柱力学的发展状况。钻柱力学已经形成了比较完整的理论体系。钻柱静力学发展快,计算精度高。动力学发展则滞后较大,还有很多问题没有解决。结合现代钻井技术的发展趋势,对钻柱力学研究的未来走向做了初步探讨。基础理论研究、系统控制论理论与研究方法、动态特性测试及虚拟仿真技术将在钻柱力学的未来发展中扮演重要角色。

北堡西3x1大位移井钻井技术

北堡西 3x1井是首次部署在冀东滩海水平位移超过 30 0 0m的大位移井 ,完钻井深 41 89m ,完钻垂深2 4 52 .1 6m ,水平位移 30 4 9.79m ,最大井斜角 67.1 8° ,位移垂深比 1 .2 4∶1 ,钻井周期 59.98d。该井应用 3压力剖面预测技术开展了井壁稳定技术的研究 ,为井身结构的设计和合理钻井液密度的设计提供了科学依据 ;通过摩阻、扭矩的分析 ,为井身剖面的选择、设备的选型和减摩减扭措施制定等提供了理论指导。该井应用了顶部驱动、MWD监测+导向钻具井眼轨迹控制、大位移井水基钻井液、高速线性振动筛、非旋转钻杆保护器、摩阻扭矩预测分析、套管滚轮扶正器和大满贯测井 +钻杆输送测井等技术。系统地介绍了该井的钻井设计和现场施工技术、取得的经验和存在的问题 。

海洋钻机电气控制系统设计及关键技术

针对海洋钻机作业过程中存在着送钻控制自动化程度低、缺乏柔性扭矩的预测与控制、软泵控制技术未实现工程化、海浪升沉补偿技术依赖进口等技术问题,根据海洋钻井平台的特殊作业环境和结构特点,给出了海洋钻机电气传动控制系统的基本构成,并以70DBF电驱动钻机为例设计了海洋钻机的动力控制系统、传动控制系统和PLC网络控制系统.同时,对其关键技术,如自动送钻、软扭矩、软泵控制、谐波治理、主动升降补偿技术等进行讨论.实际运行结果显示,此电控系统运行可靠,可满足海上7 000m海洋钻机的生产需要.

斜直井中扭矩和轴力共同作用下钻柱的屈曲问题

利用能量方法研究了轴向载荷和扭矩共同作用下钻柱的屈曲问题 ,着重研究了扭矩对钻柱屈曲的影响 ,理论分析和实验验证均发现 ,轴向载荷、井斜角和扭矩是影响钻柱屈曲的重要因素。当其他条件相同时 ,钻柱的屈曲载荷随井斜角的增加而增加 ,呈非线性 ;扭矩使钻柱的屈曲载荷明显降低 ,并且随井斜角的增大 ,降低的幅度减小 ;扭矩值越大 ,钻柱的刚度越小 ,钻柱屈曲载荷的降低程度就越显著。

S55型掘进机稳定性分析

结合理论和实践经验 ,对S5 5型掘进机在煤矿井下工作时可能出现的各种状况以及在各种工况下的稳定性进行了分析。结果表明 :该机具有较高的稳定性 ,为掘进机设计提供了可靠的理论依据。

随钻恒扭器的研制及现场应用

钻井过程中扭矩的波动容易导致钻柱自激振动、井下钻具扭断,甚致使顶驱或转盘憋停、螺杆钻具滞动,进而导致频繁的上提钻具以及泵压的大幅波动,影响钻进效率。为此,研制了随钻恒扭器,并将其在塔河油田进行了现场应用。随钻恒扭器主要由密封机构、储能机构及压扭转换机构组成,具有过载卸载及减振保护功能。工作时压扭转换机构会在大扭矩及差速的作用下发生转动,并使储能机构产生压缩,此时下部钻具会被提升一定距离,释放部分反扭矩,整个过程中部分扭矩被储存到储能机构并随着反扭矩的减小而逐步释放。现场应用结果表明,随钻恒扭器对钻井扭矩可以起到"消峰填谷"的作用,有利于稳定泵压,减少失速,有效保护钻头。

SPT图在钻孔机扭矩-转速控制系统中的应用

在分析钻孔机钻进过程中功率消耗公式基础上,提出钻孔机智能控制的关键是转速和扭矩控制及将SPT图应用为控制依据的思想.分析了SPT图和钻孔机掘削能量消耗公式,推导出了适应岩层变化的基于SPT图的钻孔机转速-扭矩关系公式.提出了利用压差负反馈平衡阀简化钻孔机的垂直度控制思想,给出了基于SPT图的钻孔机智能控制系统流程图.

钻参仪参数检测原理及传感器选型安装

深部和外围找矿工作的不断发展,需要研制出新型深孔钻机及其配套的钻探参数监测系统。全液压动力头岩心钻机将是未来深部钻探的主力钻机,CUG-2钻参仪是中国地质大学研制的与2000 m全液压动力头岩心钻机配套的钻探参数监测系统。介绍了CUG-2钻参仪的设计特点和检测参数,重点介绍了与常规转盘式、立轴式钻机不同的参数检测原理及其传感器选型安装,包括孔深、钻速、扭矩、功率和出口流量等。

石油钻机液力变矩器轴向力的分析与计算

对石油钻机液力变矩器各工作轮中液体的静压力分布进行了分析，由此得出了液力变矩器各工作轮轴向力的理论计算公式。实例计算发现，泵轮的轴向力拉动泵轮向涡轮靠近；涡轮的轴向力拉动涡轮向泵轮靠近；导轮的轴向力拉动导轮向泵轮靠近。三个工作轮的轴向力随着变矩器的工况变化，在起动工况时达到最大值。泵轮的轴向力最大，且变化起伏较大；其他两轮的轴向力变化较平稳，且数值也较小。轴向力除了与供油压力有关外。

石油钻机用万向联轴器转矩特性研究

根据石油钻机的工作理论 ,对联接各种工作机的万向联轴器最大工作转矩计算公式进行了分析和确定 ;据此 ,对用于各种钻机不同场合的万向联轴器最大工作转矩做了定量计算。研究了轴间角和转速对万向联轴器转矩的影响 ,并对影响程度做了定量分析。对石油钻机现用万向联轴器的许用转矩进行了全面校核 ,揭示了其蕴含的转矩安全系数。研究表明 ,国产石油钻机用万向联轴器给出的许用转矩具有较大安全系数 ,只要根据最大转矩值小于许用转矩值来选择相应型号的万向联轴器 。

南海西部浅层大位移井钻井液技术

为了解决南海西部浅层大位移井的井眼净化、井壁稳定和扭矩/摩阻等问题,通过试验,确定了浅层大位移井的水基钻井液配方,并对其抑制性、流变性、润滑性等进行了系统评价。室内评价试验和现场应用表明,优化后的PDF-PLUS/KCl钻井液不仅具有优良的软泥岩抑制性,而且流变参数合理、润滑性好,能够满足该地区钻浅层大位移井钻井的要求。

南堡3号构造中深层大斜度井钻井技术

南堡3号构造油藏埋藏深度3 800~4 500 m,受地面条件和地质靶点的制约,主力储层主要采用长位移大斜度井开发。针对该地区储层埋藏深、地层温度高、斜井段长、井壁失稳严重、地层可钻性差、机械钻速低、钻井周期长等技术难题,开展了井身结构及井眼轨迹设计、防磨减扭技术措施、提高泥页岩井壁稳定性的抗高温钻井液性能优化、高效PDC钻头的优化设计及提速工具的现场试验等方面的综合研究。现场应用取得了明显效果,机械钻速提高了39.86%,平均单井钻井周期缩短了38.5%;井径扩大率控制在7%以内,井眼质量得到了明显的改善,实现了该地区水平位移在3 500 m范围内长位移大斜度井安全快速钻井的目标,为加快南堡3号构造中深层沙河街组油藏勘探开发步伐提供了保障。

机械驱动钻机起升系统的偶合器传动

针对机械驱动钻机液力变矩器传动消耗燃油多的问题,开展了液力偶合器传动的试验。实践证明,液力偶合器加正车箱传动有利于链条传动,可节约燃油,但起下钻时效低,井越深则时效越低。为此,总结了液力偶合器和液力变矩器的传动特性;分析计算了2种传动绞车起升系统的效率与功率利用率,起升速度、起升功率及全井起升时间;做了全钻机经济性分析。最终得出液力偶合器传动优于液力变矩器传动的结论,认为液力偶合器传动将成为机械驱动钻机的发展方向。

定向井中钻杆的稳定性分析

分析研究钻杆在定向井中的受力及弯曲情况,建立定向井中钻杆受力弯曲的力学模型,结合工程实际,利用能量法推导出具有初弯曲钻柱稳定的临界压力计算公式,讨论初弯曲及扭矩对临界压力的影响。得出在相同条件下时,初始挠度对临界载荷的影响随着井斜角的增大而增大,扭矩对钻杆临界载荷的影响随着井斜角的增大而减小。