Power Drive VorteX钻具系统配套PDC钻头优化设计

Power Drive VorteX钻具系统是斯伦贝谢公司近年来开发的一款高效钻井工具。结合渤海某油田钻井作业难点、地层岩性特征以及已钻老井钻头性能评价情况,对Power Drive VorteX钻具系统配套PDC钻头进行了优化设计,包括PDC钻头初步选型,PDC钻头前期改进等。现场施工表明,使用该配套PDC钻头后能够大幅度提高机械钻速,作业周期大大缩短,取得了显著的经济效益。

自行走钻具给进系统中支撑机构的仿生增效研究

随着地下浅层资源的逐渐枯竭,人们逐渐向地下更深部位寻求能源。为应对钻井过程中地下岩层的恶劣环境,提出自平衡钻进系统和仿生自行走钻具给进系统,将压力驱动装置移至地下。本文为解决自行走钻具给进系统中支撑机构的增效问题,通过分析蜣螂头部表面非光滑结构对自行走钻具给进系统增阻机构表面进行仿生设计,并对其增阻性能以及对井壁的损伤进行了模拟仿真分析,同时对其摩擦磨损性能进行了实验测试,研究了不同仿生结构的增阻及减小磨损的效果。结果表明:蜣螂头部凸包间距与直径的比值在1.50左右,中间部位凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1∶142~1∶133,且在1∶138附近出现的概率较大,两边凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1:173~1∶158之间,且在1∶167附近出现的概率较大,中间部位凸包所占比例在45%左右,两侧所占比例基本相同;仿生结构设计的间距与直径比值在1.50附近时,有良好的增阻效果;相同凸包直径条件下,间距越大,对井壁的损伤越大;正三角形排布为仿生单元增阻效果最佳的排布方式,矩形排布会增大对井壁的损伤,同时降低增阻效果;同心圆形排布对井壁的损伤最大,增阻效果最差。

救援车载钻机钻具自动拧卸系统研制及应用

救援车载钻机施工大直径救援孔时需要频繁起下钻具,钻具自动拧卸系统作为钻机起下钻拧卸钻具的重要组成,其拧卸效率和可靠性直接影响救援钻孔的施工效率与施工安全。针对目前矿山救援车载钻机孔口平台难以满足大直径钻具通过性要求、钻具拧卸自动化水平低等问题,研发可满足大直径钻具通过及快速对中、夹持、自动拧卸功能集成于一体的钻具自动拧卸系统。研制了可与钻机快速拆装的大开口液压孔口装置,可以实时监测和调节孔口装置的水平度,并且满足孔内钻具承载和不同工况的起下钻施工要求。研制了具有双导轨结构的钻具自动拧卸装置,可以实现液压吊卡起下钻和顶驱加装双臂钻具起下钻两种施工工艺。经过结构仿真分析、型式检验和现场工业性试验,最终形成一套大通径、结构紧凑、具有高负荷承载力,可实现手、自一体化一键上卸扣作业,满足850 mm集束潜孔锤起下钻要求的钻具自动拧卸系统,提高了钻具拧卸效率,为救援钻孔的快速施工提供了可靠的装备保障。

油田井下钻具测试系统建造方案

提出油田钻井螺杆钻具及井下工具综合测试系统的建造设计方案,规划可完成的井下钻具模拟测试功能,可覆盖80%以上范围的井下钻具规格测试。介绍测试系统组成、模块功能、建造要求、参数设置等,为后期井下钻具系列研发、改进升级提供保障,也可用来评估新型钻具应用前的现场工况模拟可靠性。

Tesco底部钻具可回收式套管钻井系统

Tesco套管钻井系统以套管作为钻柱 ,这样钻进和下套管作业同时进行 ,套管把液压和机械能传递到套管底部通过短节相连的可回收式钻具组合上 ,钻具组合的顶部为防脱落装置 ,与套管底部的液压阀相连 ,提供轴向力和扭矩。介绍了南怀俄明州Wamsutter区由BP承包商负责作业的 15口井的钻探情况 ,对Tesco套管钻井系统进行了综合评价 ,结果表明 ,套管钻井技术提高了井壁稳定性 ,减少了井漏和气浸的发生 ,并且具有减少起下钻和操作钻柱次数的优势。

钻具粘滑现象分析及软扭矩系统在长北气田的应用

钻井过程中钻具经常会因扭矩过大而"憋停",当扭矩达到某一值后钻具会突然快速释放,这种现象通常称为钻具粘滑。钻具的粘滑经常伴随井下震动,容易引发金刚石钻头崩齿,从而缩短钻头寿命,也会引起井下仪器(MWD/LWD)失效。钻具的粘滑跟井下钻具组合和所钻地层岩性有关。粘滑现象是一种阈值现象,即低于临界转速粘滑就会发生。软扭矩系统针对粘滑现象作用机理而研发,通过降低临界转速,有效地控制了钻具粘滑。该系统在长北气田进行了推广应用,从源头上消除了钻具粘滑现象,保护了钻头和井下仪器,应用效果良好。

涡轮钻具叶栅性能测试系统的研制

为检验涡轮钻具叶栅叶形设计的合理性， 降低试验费用， 拟定了采用少数涡轮定转子组成叶栅组进行性能测试的试验方案， 建立了由试验台主机、计算机测控系统和循环系统组成的测试系统。该测试系统采用计算机控制， 自动施加扭矩载荷， 自动控制循环流量， 可根椐采集的数据进一步推算出涡轮钻具整机的性能指标。测试结果表明， 根据十级涡轮叶栅换算出的整机性能参数与实测值非常接近， 其测试数据可做为评价涡轮钻具整机性能指标的依据。

螺杆钻具动态测试系统的研制

针对长庆油田井下工具厂螺杆钻具维修的实际情况 ,为使修理后的螺杆钻具在性能上能够满足钻井生产的需要 ,研制了螺杆钻具动态测试系统。现文就该测试系统的设计思想、结构特点、工作原理以及性能参数进行介绍 ,并对该测试系统的性能作了分析。

螺杆钻具试验台液压驱动系统的设计与改进

螺杆钻具的可靠性直接影响着钻井作业的操作成本。为确保其使用的可靠 ,每套螺杆钻具出厂前都要进行性能检验。因此 ,简单而有效的检验方法是非常重要的。该文介绍了一套逆向螺杆钻具试验台的液压驱动系统的设计过程 ,分析了各方案存在的不足 。

螺杆钻具马达密封性能测试系统研制

在分析螺杆钻具马达特性的基础上 ,认为当螺杆马达的基本结构参数确定以后 ,马达定、转子之间的密封性能是影响螺杆钻具实际特性的主要因素。并根据容积式水力机械的可逆性 ,研制了螺杆马达密封性能测试系统。该系统通过测试马达进出口的压力及循环流量 ,得出压差与马达内部泄漏流量的关系 ,进而推算出螺杆钻具的动力性能 ,为定量评价螺杆钻具的性能及定、转子间的密封状况提供了科学数据。

协同式钻具组合辅助设计系统的研究

分析了网络环境下石油钻具组合设计的特点,针对目前钻具组合设计集成软件系统在处理复杂动态的、跨地区部门的钻具组合设计人员群体协作工作时,缺乏足够的协同性和临场感,运用计算机支持协同工作的最新技术,面向石油钻井中钻具组合设计过程,研究开发基于CSCW的协同式钻具组合辅助设计软件系统,建立由计算机网络支持的多智能体钻具组合协作设计软件应用平台环境,利用网络通信和移动计算技术来实现动态钻具组合设计信息的多方传输和并行设计。

475型静态推靠式旋转导向钻具组合的弯曲应力分布规律

旋转导向钻井系统(RSS)是定向钻井的核心装备.经过多年攻关,中海油田服务股份有限公司(简称中海油服)研制出了475型旋转导向钻井系统.为了降低该系统在高造斜率井段的疲劳失效风险,本文采用纵横弯曲梁理论建立了475型静态推靠式旋转导向钻具组合(RSBHA)力学分析模型,模拟分析了RSBHA的弯曲应力总体分布规律、最大弯曲应力影响因素及变化规律.研究表明,限定导向头结构参数条件下,适当加长挠性短节并合理调控钻压和导向合力有助于获得较高造斜率并降低BHA(Bottom-Hole Assembly,底部钻具组合)最大曲率和弯曲应力,最终降低挠性短节疲劳失效风险.研究成果能够为提升该系统的工作能力和安全可靠性提供支持.

基于SAW-RFID的石油钻具全程动态信息管理系统

通过分析SAW-RFID技术的应用优势,设计了石油钻具全程动态信息管理系统,提高了钻具管理的效率及准确性,可有效地为安全钻井、高效生产提供帮助。

液动螺杆钻具动力系统设计原理及其优化

系统地阐述了液动螺杆钻具动力系统的设计原理，在综合分析钻具动力系统各结构参数和输出性能参数的基础上，提出了一个多目标优化设计数学模型。经实例验证，此模型实用可靠。

涡轮钻具面向对象系统分析及建模

基于面向对象的建模方法采用全新的建模理念,是一种对应于真实世界概念的抽象思维方式,通过对象之间的消息通信,驱动对象执行一系列的操作从而完成某一任务的设计方法。将面向对象方法引入到涡轮钻具的设计中,通过对涡轮钻具系统的对象化分析,最终建立完整的涡轮钻具系统模型。该模型对应于真实产品概念的抽象思维方式,能够更好地帮助设计人员对设计进程和产品结构进行综合优化,推动涡轮钻具的发展。

旋转导向系统底部钻具组合力学计算新方法

底部钻具组合(Bottom Hole Assembly,BHA)的力学计算是进行旋转导向系统钻具组合设计和井眼轨迹控制的基础.本文在纵横弯曲法、加权余量法和有限元法的基础上,提出了一种基于管柱单元组合的BHA力学求解方法.该方法以保持微分方程特解相同的条件作为管柱单元划分依据,对底部钻具组合进行单元划分;将管柱单元的挠曲线通解替代传统加权余量法的试函数,结合单元节点类型和组合关系,构建出包含边界条件和通解系数的线性方程组.对于边界条件未知问题,以支点反力符号条件为约束条件,以挠曲线越界程度、切点处弯矩平衡条件为目标函数,建立了以边界条件未知量为变量的多目标优化数学模型.应用多目标优化算法求解出边界变量,进而得出通解系数;最后,得出管柱单元内各点位移和载荷.以推靠式旋转导向系统BHA力学计算为案例,对比本文方法与加权余量法的计算结果,发现两者计算结果相差较小,表明本文方法可用于旋转导向系统底部钻具组合的力学计算.

涡轮钻具性能的系统分析

在考虑到涡轮钻进是一个复杂动态钻井过程的条件下，根据已有的钻井水力学、ＰＤＣ钻头钻速和磨损方程，结合涡轮钻具的特性规律，建立了“涡轮钻具＋ＰＤＣ钻头”的钻进过程数学模型。以进尺成本为目标函数，推导得到了将钻头水力参数优选与钻压、转速优选结合在一起进行的、涡轮钻具最优化问题目标函数的表达式及相应的约束条件；并通过编制的软件，实现了涡轮钻井参数的优选。通过对１８种涡轮，在４个不同地层优选结果的比较和分析得知：不同涡轮在同一地层的优化结果差别很大，在不同地层的优化规律相拟；大扭矩、适度低转速、低压降的涡轮可取得良好的钻进效果；涡轮钻井目标函数与钻井参数难以用一般优化方法获得最优解。

设计涡轮钻具支承节的初级智能CAD系统

通过对涡轮钻具支承节的设计过程模式分析,提出一种设计涡轮钻具支承节的初级智能CAD系统模式;阐述应用该模式所建造的涡轮钻具支承节初级智能CAD系统(WZDES)的总体结构及特点;探讨该系统的知识库设计和子问题求解;提出并运用功能体素构型完成了零件结构的初步设计;研究该系统存在的接口问题解决办法。最后,还给出运行实例。

声频环保钻机液压系统设计与应用

声频环保钻机是一种高端土壤调查取样装备,钻机液压动力头产生高频激振力驱动钻具克服浅部地层阻力,使钻具周围地层发生局部液化进而快速获取高质量的地层原状样品。本文在提出50 m声频环保钻机主要设计参数的基础上,对钻机液压系统设计方案进行分析,选定了开式液压系统以简化系统油路结构。液压系统采用主油路和辅油路的控制方案,主油路驱动动力头振动、回转、给进和履带行走等动作,辅油路驱动支腿调平、桅杆起落和桅杆滑移等动作。对液压系统参数进行了设计计算,选定钻机液压系统工作压力为21 MPa,计算主油路总流量为320 L/min,据此确定了发动机的功率及型号,然后安装调试液压系统并进行了参数检测。在此基础上,开展了钻机在土壤采样中的应用推广,包括大直径双管采样、半合管采样以及复杂地层采样,取样效果良好。钻机液压系统工作稳定,安全可靠,液压管线排布美观,操控灵活方便,能够满足工程应用要求。

涡轮钻具CAD系统研究

在分析涡轮钻具结构的基础上 ,论述了涡轮钻具的结构和数据的CAD表示方法 ,同时系统采用参数化图形建模方式 ,能方便地辅助分析装配过程中轴向间隙的大小 .该系统基于WINDOWS平台 ,用BorlandC ++开发而成 .