Integrated design and control technology of liner completion and drilling for horizontal wells

Aiming at the problems of large load of rotation drive system,low efficiency of torque transmission and high cost for operation and maintenance of liner steering drilling system for the horizontal well,a new method of liner differential rotary drilling with double tubular strings in the horizontal well is proposed.The technical principle of this method is revealed,supporting tools such as the differential rotation transducer,composite rotary steering system and the hanger are designed,and technological process is optimized.A tool face control technique of steering drilling assembly is proposed and the calculation model of extension limit of liner differential rotary drilling with double tubular strings in horizontal well is established.These results show that the liner differential rotary drilling with double tubular strings is equipped with measurement while drilling(MWD)and positive displacement motor(PDM),and directional drilling of horizontal well is realized by adjusting rotary speed of drill pipe to control the tool face of PDM.Based on the engineering case of deep coalbed methane horizontal well in the eastern margin of Ordos Basin,the extension limit of horizontal drilling with double tubular strings is calculated.Compared with the conventional liner drilling method,the liner differential rotary drilling with double tubular strings increases the extension limit value of horizontal well significantly.The research findings provide useful reference for the integrated design and control of liner completion and drilling of horizontal wells.

旋冲钻具凸轮-滚轮冲击机构工作特性分析

旋冲钻具能有效提高深层、硬地层的破岩效率,具有广阔的应用前景。凸轮-滚轮是实现冲击动作的关键机构,但复杂多变的井下环境导致机构损伤严重,进而影响破岩效率。基于旋冲钻具多井次的试钻数据,建立凸轮-滚轮动力学模型,通过显式动力学(Autodyn)分析不同冲程、转速、钻压下的工作特性,总结机构的形变特征提出优化方法。分析结果与试验数据和理论数值对比,验证了计算模型的准确性。结果表明:冲程增大可提高冲击效果,但高于10 mm冲程的滚子实际运动轨迹受钻速、滚轮尺寸、凸轮轮廓曲率影响其轨迹将变平缓。转速在9~18 rad/s时轴向加速度波动幅度较大,对钻具的稳定性具有一定影响。钻压增大凸轮内缘处形变特性明显,其形变量与钻压成正比,25 kN钻压下凸轮的形变量约是10 kN的2.6倍。凸轮齿顶、滚轮内缘处为易变形点,在齿顶处安装可换滚筒同时改变滚轮为鼓轮构型并对抛物线-直线-抛物线、2次多项式、摆线、7次多项式4类凸轮轮廓线型进行特性分析。选用摆线及7次多项式凸轮座轮廓和鼓轮可提高冲击效果,计算结果可为旋冲钻具设计提供参考依据。

推靠式旋转导向系统钻具组合力学性能分析

针对基于动力学特性的旋转导向钻具安全性能研究较少。为此,综合考虑钻具结构、钻井参数、钻柱与井壁接触等参数,基于Lagrange方程建立了全井钻柱系统动力学模型,采用有限单元法对模型离散,并采用Newmark-β求解,根据旋转导向钻具结构和钻具属性,研究了扶正器安装位置、柔性节尺寸、钻压影响因素下的旋转导向钻具组合动力学特性和安全性能。研究结果显示:安装扶正器能显著降低旋转导向钻具组合的横向振动;柔性节的长度对旋转导向钻具组合的安全性能影响很大,合理的长度能显著降低横向振动,反之则会起到相反的效果;增加钻压会增加底部钻具组合的横向位移,工程上不建议在使用旋转导向工具时采用高钻压提高钻井速度。研究结论可为旋转导向工具研究和应用提供理论支撑。

旋挖钻机主卷扬势能回收系统仿真与研究

针对旋挖钻机主卷扬下放势能难以有效回收与再利用的问题,提出一种主卷扬下放势能回收与利用系统。以某中型旋挖钻机为研究对象,利用AMESim构建了节能系统仿真模型,探究蓄能器的初始工作压力、预充气压力、有效容积等关键参数对系统能量回收效率的影响机制。最后搭建试验样机,通过试验验证了仿真模型和理论分析的正确性。研究结果表明所提出的主卷扬下放势能回收与利用系统重力势能回收效率可达45.53%,节能效果显著。

多分支水平井裸眼悬空侧钻技术在南海东部某油田的应用

南海东部部分老油田逐渐进入开发生产后期,亟需实施调整井以保障产量接替,而多分支水平井能够有效增大储层泄油面积,实现一孔多眼,是调整井挖潜的主要井型和重要手段。通过研究小井眼多分支水平井现场实钻案例,归纳总结小井眼多分支水平井悬空侧钻技术的难点和使用推靠式旋转导向钻具侧钻的技术特点,给出轨迹预留、侧钻安全距离、夹墙厚度等工程参数的具体经验值,以期为南海东部后续同类型分支井作业提供借鉴经验和技术参考。

不同地层下钻机回转系统随载调速动态特性研究

由于钻进成井地层中岩石分布具有不确定性和随机性,导致钻机回转液压系统的动态特性复杂多变,若钻具的回转速度无法根据地层情况自动调节,将导致钻具出现“卡钻”和“偏斜”现象。以钻机回转液压系统为研究对象,对地下资源的地层分布情况进行研究,并计算出不同地层下适用的扭矩及转速;基于AMESim和Simulink构建钻机回转系统的机电液联合仿真模型;最后,研究系统在4类地层破岩作业时的动态特性及其对钻具转速的调控效果。结果表明:钻机回转系统的压力能够在0.01 s内由初始0上升至工作压力2.1 MPa,在负载扭矩突增时系统表现出良好的抗干扰能力和稳定性;此外,利用马达进出口压差来控制钻具转速的方法,其滞后性为0.5 s且误差值不超过5%,响应速度较快、控制精度较高。

风力发电石油电动旋挖钻机功率模糊控制

风力发电通过风转动风轮产生的动力驱动电机产生电能。由于风能具有不稳定性,因此风力发电石油电动旋挖钻机在工作过程中的运行功率不稳定。对此,提出一种风力发电石油电动旋挖钻机功率自动模糊控制方法。根据基本组合风概念计算实时风速;对风力发电石油电动旋挖钻机功率进行稳态分析,确定钻机功率不变时的钻机临界风速;当风速超过临界风速时,利用T-S模糊加权算法对风轮转速偏差展开控制,从而保证旋挖钻机功率在额定值内,实现稳定运行。实验结果表明:该方法预测的风速和实际值基本一致,最高转速仅为4.82 rad/s,控制精度始终高于0.95,说明该方法的功率控制效果好,有利于石油电动旋挖钻机的稳定运行。

波动载荷下旋挖钻机动力头液压系统控制技术

在施工过程中,旋挖钻机的主要作用是成孔,传统旋挖钻机动力头液压系统,在波动载荷下控制的稳定性和控制效果较差,为了提高旋挖钻机动力头在波动载荷下的工作性能,设计一种针对波动载荷环境的旋挖钻机动力头液压系统控制方法。通过对旋挖钻机动力头液压系统的结构展开分析,根据分析结果建立数学模型,研究系统刚体在波动载荷下的受力情况;基于受力情况分析结果建立控制模型,分别控制系统的发电机、液压泵和负载,实现旋挖钻机动力头液压系统的发动机-液压泵-负载联合控制。实验结果表明:设计的方法控制稳定性高,且控制性能好。

挖掘机用旋挖钻机伸缩臂的原理及使用

挖掘机用旋挖钻机,工作范围广,可以弥补传统旋挖钻机的局限,应用越来越广泛。然而在一些钻孔施工中,经常因不平衡加压导致钻头钻杆设备损坏,耽搁工程进度。考虑到伸缩臂减震性与灵活性的特点,对此问题提供很大的帮助。基于此,有必要将二者进行结构结合改良。该设备运行前要熟知使用规范,平时作业时应注重正确的使用方法和保养保护措施,以延长使用寿命。预计该设备在现实运用作业过程中,将会发挥极高的作业效率,具有重要的使用价值。

基于多种改进方法的钻桅X射线图像高斯滤波

旋挖钻机整机的可靠性往往取决于其核心部件桅杆的焊接质量。采用X射线试验对钻桅关键焊缝处进行检测,由于客观条件限制,获得的X射线图像往往存在大量噪声,而传统的高斯滤波方法存在模糊边缘,通用性不足等问题。为了提升高斯滤波的有效性,提出了三种改进的高斯滤波方法:自适应高斯滤波、基于高斯金字塔和图像融合的高斯滤波以及基于引导滤波的高斯滤波。利用一系列质量评价指标对各种方法进行分析,发现基于高斯金字塔和图像融合的高斯滤波以及基于引导滤波的高斯滤波表现更好,这为改进传统高斯滤波效果,提高旋挖钻机桅杆焊缝的后续识别准确性提供了思路。

旋挖钻机辅助引孔技术在地下连续墙施工中的应用

在复杂地层条件下采用单一成槽机施工地下连续墙时,由于成槽机在较硬地层内施工速度较慢,导致地下连续墙开挖槽段受到泥浆长时间浸泡、地面机械设备长时间荷载压力以及施工中受成槽机抓斗往复冲击等因素影响而塌壁,且由于复杂地层软硬不一,使成槽机抓斗受力不均而导致槽段竖向偏斜。为解决以上原因造成的地下连续墙质量安全隐患问题,结合南京地铁10号线二期工程某车站实际地质情况,采用旋挖钻机配合成槽机进行施工。通过旋挖钻机辅助引孔,并优化调整其与成槽机抓土的先后施工顺序,从而加快地下连续墙的施工进度,避免槽段塌壁及因地层软硬不均匀造成的槽段偏斜问题的发生。这一技术的应用既保证了地下连续墙的施工质量,又取得了良好的工期效益和经济效益。

博孜2402井钻井提速关键技术

目前塔里木博孜1区块部署的井多为五开井身结构,平均井深7000m以上。地质构造复杂,施工难度大,事故复杂频发,周期普遍在400d以上。该区块吉迪克组、库姆格列木群盐层段以及目的层事故频发成为区块钻井难题,尤其是上部巨厚砾石层严重制约区域资源高效勘探开发,实钻表现为机械钻速慢、单只钻头行程进尺低、因憋跳钻引发井下钻具事故频发。博孜2402井从井身质量优化、钻头选型技术、钻具组合优化技术、钻井液体系优选、盐层卡层技术等方面着手,形成了博孜2402井钻井提速关键技术,该井最终以钻井周期253.88d,钻完井周期303.88d,创博孜1区块钻完井周期记录,博孜2402井关键钻井技术,可为博孜1区块钻井提供技术支持,建议进行推广。

旋挖钻机桅杆截面优化设计

旋挖钻机是一种用于施工和钻探的工程机械设备,由于其经常面对复杂工况,需要对旋挖钻机的桅杆截面进行优化设计,以提高桅杆的抗弯能力和抗扭能力。通过对常用的凹箱形截面和大圆角方形截面进行理论计算及有限元分析,确定最优截面形状,选取极端钻进工况和极端提钻工况,计算桅杆上最大的应力值和挠度值,得到含待优化未知数的表达式,并利用许用应力和许用变形对未知量进行约束,求得截面宽高比和板厚的最优解。

旋挖钻机节能控制技术的发展

旋挖钻机作为大功率工程机械,能耗比较大,能量利用率不高,各系统间的匹配性不高,是造成能量损失的重要原因,本文从旋挖钻机的工作原理入手,对旋挖钻机动力系统进行了简要分析,从液压系统控制、动力系统控制、整机协调控制三个方向,对当前旋挖钻机多种节能控制技术:混合动力技术、主卷扬下放技术、桅杆/变幅再生技术、动力头多档技术和动力头加压快速上提技术等进行了介绍,希望对提高旋挖钻机的技术水平有所裨益。

滑阀式卷扬平衡阀的设计及其在旋挖钻机上的试验研究

针对旋挖钻机主卷扬系统,设计了一种滑阀式卷扬平衡阀。在台架上进行了一般性试验和可靠性试验之后,将样件装在某旋挖钻机上进行带载试验。试验过程中出现了主卷扬启动憋压、下放抖动、失速溜杆现象,分析了引起这些现象的原因,并针对性地制定了解决方案,经过优化的平衡阀达到了优越的使用效果。

电动旋挖钻机液压平衡阀流量异常故障智能检测

电动旋挖钻机液压系统朝着高压、大流量和大功率的方向发展,平衡回路的最大流量已经超过1000 L/min,最大压力已经超过50 MPa。过高的阀口流速和复杂的紊流流场,更容易导致平衡阀流量异常引起气穴现象,同步产生严重的阀芯振动和噪声,给单纯考虑单一阈值特征的故障检测方法带来困难。设计一种针对电动旋挖钻机的液压平衡阀流量特性异常故障检测方法。建立电动旋挖钻机液压平衡阀流量动力学模型,建立平衡阀的流量-压差异常的关联特征,避免多个单一特征缺陷;结合压力与振动传感器采集的关联特征数据,结合智能算法提取液压平衡阀流量信号的特征,通过将提取到的特征输入到贝叶斯分类器中,可以根据异常特征对液压平衡阀进行流量异常故障智能检测。实验结果表明:所提方法的电动旋挖钻机液压平衡阀预测流量故障检测准确度更好、时间更短、实际应用效果更佳。

徐工XR580HD、XR400E旋挖钻机在硬质泥岩超长桩基中的应用

G244线庆阳过境段公路工程火巷沟特大桥16号主墩桩基工程的墩位出露地层为第四系风积黄土夹古土壤,下伏白垩系泥岩,桩身上部黄土地质中粉质黏土层极易塌孔,加之下部泥岩层抗压强度大,具有桩基数量多、桩长深、孔径大、地质复杂,成孔难度大、施工工期紧等难点。文章根据技术分析,选用了徐工XR580HD、XR400E旋挖钻机进行成孔,取得了良好效果。在此基础上,总结了前述不利条件下的大直径超长桩基主要施工技术,旨在为今后黄土地区超长桩基底部泥岩层旋挖成孔施工提供参考。

旋挖灌注桩硬岩钻进施工技术研究

在硬岩地层中进行桩基施工时,存在硬岩钻进工效低、钻头损耗大、施工成本高等技术难题,而应用旋挖灌注桩硬岩钻进施工技术能够有效解决这些难题。基于此,文章研究了旋挖灌注桩硬岩钻进施工技术在建筑工程中的应用,以期提高施工质量,保障施工安全,降低施工成本,为相关领域的工作人员提供参考。

旋挖钻机在不良地质地带钻孔灌注桩施工中的关键技术

为提高不良地质地带工程施工的效率和质量,需要探讨旋挖钻机在不良地质地带钻孔灌注桩施工中的关键技术。不良地质地带的地质条件往往较为复杂,给工程施工带来了巨大挑战。对此,需要通过深入研究和实际工程经验总结,提出一系列解决方案,以确保施工质量和效率。

智能天井钻机在九峰山抽水蓄能电站深竖井施工中的应用研究

天井钻机由于具有机械化程度高、施工效率高、人工劳动强度低、安全可靠及成井质量好等优点,逐渐取代传统的普通法、吊罐法、爬罐法等人工半机械化钻爆法施工井筒的方式,在我国水利水电系统中得到广泛应用。传统轨轮式天井钻机存在无法自行转场、转场运输困难、施工准备时间长、综合作业效率低、智能化程度低等缺点,如何实现安全、智能、绿色、高效的井筒施工是急需解决的问题。基于此,以CY-R120VD履带自行式智能天井钻机在九峰山抽水蓄能电站深竖井施工中的应用为背景,详细介绍智能天井钻机的技术特点及选型方法,总结天井钻机在不稳定岩层的施工工艺,提出复杂条件下智能化井筒的施工方案,并成功应用于实际生产。结果表明,履带自行式智能天井钻机的应用可显著提高施工效率和降低安全风险,为推动我国水利水电工程的智能化建设提供了重要支撑。