自激振荡旋转冲击钻进工艺应用研究

自激振荡旋转冲击钻进工艺可提高碎岩效率,提升机械钻速。在冀中地区北部试验井中进行了应用试验。试验井段钻孔直径215.9 mm,钻具组合为PDC钻头+ZJXC-178型自激振荡冲击工具,分试钻井段和后续井段两个井段进行了现场应用试验。通过对同井、邻井的扭矩、钻头使用情况、机械钻速及岩屑等分析对比,自激振荡旋转冲击钻进工艺显著提升了钻井速度,实现了高达73.4%的提速效果,并且单只钻头的进尺量也得到了48.2%的提升。验证了该工艺在提升钻井效率方面的有效性,在保证钻头破岩切削力的同时,有效减小了扭矩的突变,显著抑制了钻头粘滑振动现象,从而实现提速的同时保护钻头。

硬质合金微型钻头固有频率研究及应用

分别利用实验、模拟和计算三种方法对微型钻头的固有频率进行分析,制备了不同直径及长度的未加工螺旋槽棒料和已加工螺旋槽产品,进行固有频率测试并分析不同规格棒料、产品之间频率的差异。根据实验结果总结了微型钻头一阶固有频率的经验公式,与棒料的模拟频率进行对比。结果表明:实验、模拟、计算三种方法表现出较好的一致性,微型钻头的固有频率与直径和长度有较明显的对应关系。针对钻径≤0.4mm、长径比>20的微型钻头,在微型钻头入钻前用经验公式可以较快地计算出微型钻头的固有频率;模拟方法可以较准确地求得微型钻头的多阶固有频率,方便进行共振分析;微型钻头钻孔过程中固有频率随着钻削深度的增加逐渐增大。

威远311.1 mm井眼优快钻井技术的难点与对策

四川页岩气311.1 mm井眼压力体系复杂,层位多变化不定,部分地层可钻性差,钻进过程中存在滑动托压严重、机械钻速慢、井漏、气侵、卡钻事故频发等问题,严重影响了整体勘探开发。通过该井段的大数据分析,基于地质特点和易漏、卡钻等工程难点,从井下设备、井眼轨迹、钻井液性能调整和钻井参数设定等方面,提高机械钻速。但目前地面参数只是在客观陈述机械钻速变慢,钻头处实际获取的参数并未可知。利用井下钻压、转速和扭矩参数,结合机械钻速和水力参数表现整合成一个综合参数,规避井下作业风险的同时,真实评定井下工作状态,建立多元钻井参数实时优化系统,形成智能钻井服务能力,从而实现优快钻井技术。

煤矿井下工程参数随钻测量系统研制与试验研究

针对目前煤矿井下各类钻孔施工无法直接获得孔内钻具相关钻进工程参数的问题,研制了适用煤矿井下工况的工程参数随钻测量系统。该系统包括硬件、传感器组件、电子器件及配套软件四部分,可以实时测量孔底钻头附近的钻压、扭矩、内外环空压力、转速、振动、温度等工程参数及方位、倾角、工具面向角等钻孔轨迹参数。详细介绍了该系统的工作原理、各部分组成及主要作用,并针对性开展了地面先导性试验。试验表明:该系统工作状态连续稳定,工程参数数据测量准确,相关数据变化趋势符合钻具实际工作状态,可以有效指导钻进施工;同一孔段测得的钻孔轨迹参数相比常规有线随钻测量系统偏差较小,完全满足定向钻孔施工需求。

掘进机截割头破煤机理及受力参数优化探讨

为进一步探究掘进机截割头的优化路径,在对掘进机截割头破煤机理研究的基础上,对掘进机截割头运行过程中的几项主要受力参数进行了仿真分析,确定了横截与钻进两种工况下的较优转速,并进一步研究和确定了横切速度及钻进速度的优化数值。实际测试显示,优化后的参数取得了相对更高的截割效果,证明此次研究取得了一定进展。

松南地区深井钻井提速难点与对策

松辽盆地南部地区深部地层是中国石化东北油气分公司勘探开发工作的重点,但该地区深层碎屑岩、火山岩地层可钻性差,可钻性级值达到8～10级,平均机械钻速低,单只钻头进尺少,钻井周期长,超过4 000m的深井钻井周期在6个月左右。同时存在碎屑岩地层井壁易失稳、火山岩地层易发生裂逢性漏失、硬夹层较多且部分井段含有砾岩导致断钻具事故频繁、CO2污染钻井液等技术难点。针对这些技术难点,提出了优化井身结构、针对不同地层特点优选钻头、应用旋冲钻井技术等技术对策。现场实践表明,松南地区采取这些技术对策和措施后,提高了钻井速度,缩短了钻井周期,漏失得到控制。

旋转导向钻井系统中振动加速度的消除方法

在钻井过程中,钻头切削岩层、钻柱与井壁的碰撞,必然造成钻井工具的振动,这些振动会在测斜加速度传感器的输出上得到反映,使其不能真实地反映井眼姿态的变化。为及时得到准确的井眼姿态,有必要研究振动条件下传感器的输出规律,进而消除振动的影响。从室内模拟振动实验的原始数据入手,通过Matlab对传感器输出信号进行功率谱密度估计,得出了振动频率与转速的大致关系,并设计了具有针对性的滤波器。通过对实验数据分析处理,振动干扰信号的能量得到大幅衰减,测斜传感器3个敏感轴的输出波动明显减小,提高了姿态测量的准确性,从而验证了该方法在旋转导向系统中是可行的。

钻杆多指标法测定煤体应力试验研究

为准确预测矿井冲击地压,采用钻杆推力、钻杆转速及动态钻屑量相结合的方法判断冲击地压的危险性。通过对新型钻机钻孔过程中煤岩切削破碎模型、钻杆的力学分析,建立钻头、钻杆的动力学模型和煤岩应力学模型,得出钻杆推力、钻杆转速、动态钻屑量与煤体应力的关系。从理论上分析了利用钻杆推力、钻杆转速、动态钻屑量测定煤体应力的可行性,提出了通过钻杆推力、钻杆转速与动态钻屑量相结合来预测煤矿冲击地压危险性的方法。利用推力-转速数据采集系统,测试了不同煤体应力下钻杆推力、钻杆转速的变化规律。试验结果表明:随着钻进深度的增加,钻杆推力、钻杆转速数据曲线均呈现出先增大然后稳定再减小的规律,但二者相比,转速稳定时间段较长。在相同参数条件下,钻杆推力、钻杆转速与煤体应力呈线性递减关系;动态钻屑量与煤体应力呈线性递增关系。多指标共同预测时,钻杆转速越大钻杆推力越大;反之,钻杆推力越小,二者一致性良好。研究结果可为煤矿冲击地压的预测提供技术参考。

气体钻水平井岩屑运移数值模拟研究

针对气体钻水平井过程中的井眼净化问题,开展了水平段岩屑运移特征研究。基于气固两相流动模型,采用FLUENT软件模拟了气体钻井条件下不同粒径、不同注气量、不同钻杆转速和不同钻杆偏心距下单颗粒岩屑和岩屑颗粒群在水平环空的运移特性。模拟结果表明,单颗粒岩屑在水平环空的运移以跃移形式为主,而岩屑颗粒群的运移主要包括蠕移和跃移两种形式;粒径5.0mm岩屑在注气量50,70和90m3/min下的首次跳跃距离分别为0.55,0.90和1.50m;在注气量为50m3/min时,粒径1.5mm岩屑的首次跳跃距是粒径3.0mm岩屑的1.5倍;粒径7.0mm岩屑在钻杆静止和转速为60r/min下的第3次跳跃距离分别为0.43和0.62m;粒径6.0mm岩屑在偏心距0,10和15mm条件下的第2次跳跃距离分别为0.55,0.44和0.28m。研究表明,注气量越大、粒径越小、偏心距越小、钻杆转动越快,则岩屑运移的距离越远。建议采取适当提高注气量、安装水平井井眼净化工具、提高钻杆居中度等措施,以提高井眼净化效果。

螺旋钻成层土拔钻力的研究

为实现长螺旋钻回转动力头及绞车参数的控制,考虑成层土参数的影响,对拔钻过程的钻具进行力学分析,得到了成层土回转拔钻力的计算公式,并对3种实际拔钻过程的拔钻力进行了计算。计算结果与实测结果吻合,说明了该计算公式的正确性。在工程实际参数的变化范围内应用此公式,分析了螺旋角、回转速度以及拔钻速度对拔钻力的影响。以上结果对长螺旋钻钻具的设计以及动力头、绞车的参数设计具有重要指导意义。

钻杆刺穿原因统计分析及预防措施

对某油田2004年钻杆刺穿情况进行了调查研究,得到钻杆内加厚过渡带部位刺穿是钻杆刺穿失效的主要形式。分析认为,大多数钻杆内加厚过渡带刺穿裂纹起源于钻杆内壁,其刺穿机理和过程为,钻杆内壁腐蚀或者涂层破坏后腐蚀→形成腐蚀坑→腐蚀坑底产生腐蚀疲劳裂纹→裂纹扩展→刺穿或断裂。钻杆从内加厚过渡带部位刺穿的原因与钻杆内加厚结构尺寸、材质抗疲劳裂纹萌生和扩展的能力有关,同时也与井身质量、井身结构和转盘旋转速度有关。为防止或减少深井和超深井油田钻杆刺穿事故提出了预防措施。

深海天然气水合物钻探取心钻柱振动模态分析

作为深海天然气水合物钻探取心系统必不可少的关键部件,钻柱在深海复杂环境钻探取心过程中承受着非常复杂的外力,不可避免地会产生横向振动、纵向振动、扭转振动及其耦合振动。钻柱的共振会引起钻柱本身甚至整个钻探取心系统的严重失效,进而导致无法成功获取深海天然气水合物岩心。为此,根据国内外相关振动理论的研究成果,结合深海天然气水合物钻探取心的特点,利用ANSYS有限元方法对钻柱转动过程中的横向振动、纵向振动及扭转振动进行了模态分析,确定出钻柱的固有频率和临界转速,为避免钻柱的共振提供了理论依据,同时还得出以下结论:①当外力的激振频率和钻柱的固有频率相同时,钻柱内的交变应力和振幅相当大,此时会引起钻柱的共振,整个钻柱的振动加强;②横向振动引起共振的可能性比较小,纵向振动和扭转振动引起共振的可能性较大。

基于地质特性的长螺旋钻机提升功率的研究

为合理选择长螺旋钻机的提升力和提升功率,实现动力头和提升绞车参数的合理控制,在研究回转提升方式下的土壤运动规律基础上,根据地基土的地质特性,借助于土壤动力学和功率平衡原理,研究了提升过程中的钻具系统力学行为和能耗,推导出在回转提升方式下的提升功率的计算公式。通过基于岩土工程勘测报告提供的地质参数的提升功率仿真,研究了提升速度、动力头回转速度对提升功率的影响规律。最后进行了现场实验研究,实验结果与理论计算之间的误差在1%以内,表明所建立理论公式的正确性。所建立的计算方法可用于长螺旋钻机能否入场的判定及长螺旋提升系统合理控制的基础。

基于转速感应的液压旋挖钻机功率匹配模糊控制

基于液压旋挖钻机负荷多变条件下的节能降耗要求,提出转速感应控制的负荷极限控制匹配方法。利用负荷变化引起的转速偏差的检测反馈,调节变量泵的排量,改变泵的吸收扭矩,控制发动机输出转速工作在能耗较低的转速范围,实现发动机与变量泵间的功率匹配;通过模糊自适应在线自整定调节PID参数,优化变量泵在不同工况下的变量调节性能,提高系统对负荷变化的适应性,实现发动机-变量泵系统的最佳效率匹配。经过在液压旋挖钻机平台上的试验论证,该方法达到了优化的目的,功率匹配效果显著。

钻杆推力转速及扭矩相结合法测定煤体应力试验研究

为了准确判定煤体应力的大小,采用钻杆推力转速及扭矩相结合的方法来反推判断煤体应力。通过对新型钻机钻孔过程中钻头、钻杆的力学分析,建立了钻头、钻杆的动力学模型和动力学方程,得出了钻杆推力、转速、扭矩与煤体应力的关系以及转速与扭矩、推力的关系。在理论上给出了利用钻杆推力、转速、扭矩计算煤体应力的可行性。利用推力-转速-扭矩数据采集传感器装置,测试了不同煤体应力下钻杆推力、转速、扭矩的变化规律。试验结果表明:随着钻进深度的增加,钻杆推力、转速、扭矩均呈现出先增大后稳定再减小的规律,但三者相比,转速、扭矩稳定时间段较长;在相同钻机及钻具条件下,钻杆推力和转速随煤体应力的增大而减小,钻杆扭矩随煤体应力的增大而增大;钻杆转速越大,钻杆推力相应呈线性递增关系,反之,钻杆速度越小,钻杆推力越小;钻杆扭矩随钻杆转速的变化相应呈二次方增加的关系。研究结果为煤矿冲击地压的预测和研究提供了参考。

钻机旋冲钻孔过程中破岩效率的研究

针对岩石钻机旋冲钻孔过程中破岩效率低的问题,基于岩石力学理论和有限元理论,建立了球形钻齿与岩石的相互作用受力模型以及旋冲钻孔破岩的有限元模型。采用了非线性有限元分析软件LS-DYNA来模拟不同参数下的旋冲钻孔过程,得到了钻头破岩过程中钻齿吃入深度与时间以及破碎体积、破碎比功随转速和频率的变化曲线;分析了转速与频率对破岩效率的影响规律。研究结果表明:转速对钻齿吃入深度影响不大,岩石破碎主要发生在冲击力卸载之后,当转速在30 r/min^35 r/min,频率在20 Hz^30 Hz范围内,破岩效率相对较高,能够充分提高能量利用率;该结果可以为钻头的合理设计以及岩石钻具的钻孔工艺参数选择提供依据。

推进式螺旋桨飞行中桨叶温度测量与尾气防冰性能评估

为研究推进式布局螺旋桨表面温度分布特性,评估发动机尾气防冰功能,对螺旋桨进行了飞行中的温度测量试验,在桨叶上布置了Pt100热电阻和K型热电偶,通过无线近距遥测系统实现信号传输,测量螺旋桨在不同高度和发动机状态飞行时的表面温度。结果表明桨叶前缘尾气显著影响区温度随半径增加先升高后降低,桨叶最大厚度处温度则随半径增大呈先降低后升高趋势;飞行高度增加会导致桨叶温度显著下降,在同一高度内增大燃气发生器转速可引起桨叶温度小幅升高。根据相关标准和文献得到桨叶表面临界结冰判据,表明在5km螺旋桨防冰功能有效,在7km部分位置存在结冰风险,在8.5km防冰功能完全失效。

排种器转速与真空度对大豆排种性能的影响——以2QXP高速气吸式排种器为例

排种器的制造精度、排量控制和调节机构的设计是反映排种器性能的主要指标,而这些性能指标的合理与否又体现在排种器的转速和真空度等参数上。为此,对2QXP型高速气吸式排种器在不同排种盘转速及真空室真空度条件下进行了大豆排种性能试验,分析了排种器排种盘转速及真空室真空度对大豆排种性能的影响规律。

螺旋钻进钻屑运移规律及临界转速的研究

传统的临界转速确定方法，缺乏完整性和准确性。作者在研究长螺旋钻进钻屑运移规律的基础上，建立了新的临界转速计算方法，指出临界转速沿叶片径向是变化的，并且是给进速度的函数。最后讨论了实用临界转速及钻杆实际转速的确定原则。

螺旋钻机主参数的优化研究

在对螺旋钻机基本结构和工作原理简介的基础上,通过理论和实验上的研究,拟对其转速、螺旋钻杆轴直径、螺旋钻杆的螺距和功率等主要参数进行优化分析,以对螺旋钻机的设计研究及进一步改进提供参考。