3自由度钻杆振动系统的建模与仿真

多自由度阻尼的振动系统广泛存在于钻杆钻进系统中,选取钻杆作为关键研究对象并且每个零件都包含有一定的阻尼特性,能够实现对外界干扰的有效抵抗。当外部环境中的振动或冲击波作用于这些系统中时会产生振动,这种振动不仅会影响到单一元件的动态特性,而且会引起整个结构的共振。为了深入理解和分析这类振动系统,文中采用拉格朗日方程建立钻杆钻进系统的数学模型,进而描述系统各部件随时间的位移、速度和加速度等动态特性。基于MATLAB/Simulink仿真软件,运用状态空间方法进行了更为细致的建模工作。在模拟过程中能够精确地控制系统状态的变化,从而更好地捕捉到各种动态行为的细节。通过这种方式获得的数据,不仅揭示了系统内各元件在外部激励下的响应规律,也为后续的性能评估提供了有力的理论依据。仿真结果显示出,外部激励的幅值及其作用点的位置对于系统的动态响应有着显著的影响,特别是那些直接承受外部激励作用的元件,所受到的冲击尤为强烈。综上所述,通过对钻杆钻进系统的多自由度阻尼振动系统进行建模和仿真分析,不仅加深了对钻进作业中振动系统的理解,而且还为提高钻进效率和安全性提供了重要的技术支持。

底拖与定向钻组合技术在海底输水管道铺设中的应用及优化

为保障输水管道在海底铺设过程中可以顺利实施,以洞头陆域引调水工程一期大门岛至鹿西岛海底铺管为例,针对该工程中管道铺设距离长、埋深深度不一、通航条件较为复杂、铺设区存在各类海底光(电)缆等问题,采用底拖与定向钻组合的施工工艺进行海底铺管,在通航影响范围以外使用底拖法铺管,在通航区域内采用定向钻工艺进行海底铺管,本工艺可提高海底管道铺设的效率与安全。同时,对管道配重工序进行工艺优化,通过比选最终选定以增加管道壁厚为本工程的配重方案,既提高了管道的耐腐蚀性能,施工成本也得到了有效的控制。

市政工程不同地层水钻法人工顶管施工技术研究

依托重庆市某流域水环境综合整治工程暗涵分洪管道工程,主要阐述在市政工程地下顶管施工过程中,选用水钻法人工顶管施工,并对不同岩层条件下采用水钻法人工顶管施工顶进效率进行分析,该技术能有效降低施工难度,取得良好的经济效益,达到了较好的施工效果。

一种高温高压井用小直径切割器设计及性能研究

针对高温高压小水眼油气井下管柱切割问题,设计了一种外径为Φ36 mm的小直径切割器,首次采用切割器两端同时起爆方式对钻杆进行切割,对其作用过程进行了仿真,并通过地面试验和井下试验对切割器的切割效果进行了验证。结果表明:该切割器能够在压力为95 MPa、温度为160℃的井下进行切割作业,实现对水眼大于等于Φ41 mm的多种规格钻杆的切割,且一次性切断钻杆,切割后切割装置接头无粘连、翻边小。本研究可为工程测井和油气资源的深层勘探开发提供技术支持。

定向跟管钻进技术在溶塌性角砾岩地层大管棚施工中的应用

夹岩水利工程为贵州省内大型供水工程,长石板隧洞洞口段地质构造复杂,地层较软弱和松散,岩体自稳能力差,易出现坍塌事故。文章重点研究了溶塌性角砾岩地层条件下大管棚的施工方法,根据特有的溶塌性角砾岩富水泥化地质情况,在突水突泥洞段采用“导向仪定向,水循环钻进成管”进行超前大管棚施工,可为今后类似工程提供参考。

深水钻井隔水管脱开模式下纵向动态行为研究

钻井隔水管在一些特殊情况下会与水下井口紧急脱开,其纵向固有频率很有可能落入波浪的能量窗口而发生纵向共振,造成隔水管损坏,甚至有可能对平台造成损伤。将隔水管视为均质等截面弹性细直杆,建立了隔水管纵向振动波动方程。把隔水管的纵向振动视为自由振动,根据边界条件,利用数值方法,求出了隔水管纵向自由振动的固有频率。考虑动态放大系数计算了隔水管的动态载荷。计算结果表明,隔水管的自身重量影响其纵向振动的固有频率和动态载荷,并根据此提出了避免隔水管与波浪发生共振,减少其动态载荷的方法。

水基解卡剂WJK-1的研制与评价

通过基液聚环氧乙烷环氧丙烷醚的合成和各组份筛选 ,研制了由聚醚基液、两种快速渗透剂、两种表面活性剂及一种脱水剂 (泥饼压缩剂 )组成的水基解卡剂WJK 1。在室内考察了WJK 1的各项有关性能 :对水基泥浆性能的影响 ,加入加重剂对解卡时间的影响 ,解卡剂的耐热性 ,泥浆含盐量的影响 ;与油基解卡剂相比 ,水基解卡剂在密度小于 1 .4 5g/cm3泥浆中解卡较快 ,在密度大于 1 .4 5g/cm3泥浆中解卡较慢。在一发生卡钻的井浆中 (密度1 .54 g/cm3)分别加入WJK 1和油基解卡剂 ,在室内用解卡仪测得解卡时间分别为 1 96min和 1 69min。WJK 1基本上无荧光。

深水钻井隔水管增压排量对井筒温度分布的影响

由于受深水低温特性的影响,深水钻井中,井筒流体温度分布的计算与陆地钻井中井筒流体温度分布有所不同。隔水管增压管线排量的存在使流体温度进一步降低,因此深入了解增压管线内排量对深水钻井井筒流体温度分布的影响规律十分重要。基于无隔水管增压排量下深水温度分布的计算方法,考虑突扩孔道流动的问题,结合热力学相关理论,对加隔水管增压管线排量时的深水钻井井筒流体温度分布进行了研究,建立了该情况下温度分布的预测方法,得到了井筒流体温度分布。研究结果表明:隔水管增压管线排量对深水井筒流体的温度分布影响明显,且影响区域较大;较管柱而言,增压排量对环空内井筒流体温度场分布的影响更为明显;因钻井液和流动方向的不同,较环空而言,管柱内钻井液温度受增压排量的影响更深。因此,研究深水钻井中的深水温度分布时,隔水管增压排量的影响必须加以考虑。

钻井液黏度对套管磨损影响的实验研究

在深探井钻井过程中,套管磨损问题越来越引起广泛重视。钻井液作为套管和钻杆之间的介质,研究其黏度对套管和钻杆磨损的影响具有重要的现实意义。采用磺化水基钻井液,针对钻井液的黏度进行了一系列不同工况下的套管和钻杆磨损实验。结果表明,清水在钻杆接头和套管之间的磨损中,减磨效果最差,套管磨损表面呈现大量的剥落坑;套管和钻杆的磨损主要是接触疲劳磨损和磨粒磨损共同作用的结果,出现了大量的剥落和球状颗粒;高黏度钻井液比低黏度的钻井液润滑作用强,因此钻井液黏度越高,套管和钻杆的摩擦系数越低,减缓了套管和钻杆的磨损,延长了套管和钻杆的使用寿命。

非标大水眼高强度钻杆水力破岩技术

塔里木盆地新生界及中生界地层发育,埋深5 000 m以内,砂泥岩巨厚,但成岩年代较晚,压实程度较低,地层可钻性相对较好,是水力破岩的重点井段。研究出非标大水眼高强度钻杆,以此降低沿程水力消耗,在相同施工泵压下提高钻头水功率及喷射速度,提高水力破岩效果。现场应用表明,该钻具具有良好的提速效果,钻井周期较设计缩短20.54 d,周期缩短率38.76%,机械钻速提高2.63 m/h,提高率43.62%,在超深井上部井段实现了优快钻进。

气体钻井钻头泥包风险预测及影响因素研究

为深入研究气体钻井过程中地层出水后的岩屑运移情况、避免或减少钻头泥包风险、指导气体钻井的顺利实施,在分析出水量预测模型的基础上,引入工程岩土学中的稠度指标,将黏土的黏着界限作为泥包的临界条件,对地层出水后的泥包情况进行数学建模,利用编制的计算机程序对所建模型进行求解计算,并对计算结果进行分析,预测泥包风险;然后对影响钻头泥包的岩性、钻头表面性质及钻井参数等因素进行分析。结果表明:1所建模型能够预测地层出水后形成泥包的时间,并以泥包时间为指标对钻头泥包风险进行预测,进行风险评级;2岩性及钻头表面性质对钻头泥包影响很大;3钻头泥包风险随着机械钻速、井口回压、井深和井径扩大率等的增加而降低。结论认为:从钻遇水层到钻头形成泥包,时间非常短暂,基本在数十分钟之内就会发生井下事故。因此,现场操作过程中,一定要提前做好对出水层的预测和转换钻井方式的准备工作;发生水侵后也可根据数值模拟结果采取适当的措施延缓发生钻头泥包的时间。

气体钻井地层出水量与钻具黏卡风险预测模型

气体钻井过程中,地层出水将使环空岩屑状态发生改变,造成携岩困难、钻头泥包、堵塞井眼等严重的井下事故,因此必须弄清楚钻遇水层后,不同出水量情况下地层水和岩屑的相互作用情况及流型分布,有必要对不同时刻地层出水量进行预测。现阶段地层出水量的计算模型中普遍未给出井底流压计算公式,而井底流压又直接影响着地层出水量的大小,文中采用渗流力学中平面径向流模型,结合气体钻井井底压力公式建立了地层出水量预测模型,结果表明,计算出水量的井底流压就是水层顶界面的压力,给计算带来简便。以不同出水量情况下地层水与岩屑的相互作用情况及地层出水量预测模型为基础,引入工程岩土学中稠度的概念,将岩屑的黏着界限作为钻具黏卡的临界条件,建立了地层出水后钻具黏卡定量预测风险模型。据此计算井底泥包出现的时间,对现场气体钻井地层出水后的井底状况、钻具黏卡以及泥包出现的预测有一定的指导意义。

上向钻孔直接测定瓦斯压力新技术研究及应用

针对当前瓦斯压力测定技术存在的问题,提出了水—套管带压封孔测压技术,介绍了该技术的原理及工艺,在丁集煤矿13-1#煤层瓦斯压力测定中进行了应用,为了检验水—套管带压封孔技术测定煤层瓦斯压力的准确性,利用煤层瓦斯压力间接计算法计算出煤层瓦斯压力与测值对比,结果表明,瓦斯压力间接计算法求得煤层瓦斯压力在1.42-1.45 MPa之间,其数据与1#、2#钻孔现场测压值1.41-1.43 MPa基本吻合。

XZ-新型高性能水基钻井液的研究及应用

为了解决准噶尔盆地深井储层钻探难度大,钻井成本较高等问题,基于"封堵、抑制、固化、双疏、润滑"理论,采用仿生抑制剂XZ-YZJ、仿生封堵剂XZ-FDJ、键和润滑剂XZ-RHJ、固化成膜剂XZ-CMJ、双疏剂XZ-SSJ等处理剂,形成了适合该区块的XZ-新型高性能水基钻井液。该钻井液具有较好的流变性能,且具有较好的长时间老化性能和抗污染性能,老化3 d后,或被2%CaSO_4或10%膨润土污染后,体系仍具有较好的流变性。该钻井液还具有较好的抑制性,对钠基膨润土岩心的线性膨胀降低率达94%以上;对于现场的泥页岩岩屑的滚动回收率均能达到95%以上。钻井液的这种较好的封堵性、润滑性、抑制性、低表面张力等有利于维持井壁稳定、润滑防卡、保护储层等,适用于复杂情况较多的深井及大位移井。现场试验表明,该钻井液体系可以降低井底复杂情况,缩小井径扩大率,缩短建井周期,满足了安全、高效、环保钻井的需要,具有很好的推广应用前景。

竖直多钻孔地埋管传热数学模型的建立与验证

通过解析解模型来对多钻孔地埋管换热器的传热进行建模,并将传热模型计算得到的理论地埋管换热器进出口平均水温,与实际测试的地埋管换热器进出口平均水温进行比较,分析出多钻孔地埋管热泵传热数学模型在实际工程应用中是足够精确的。

淡水泥浆钻杆化学镀Ni-P层的防护性能

G105钢油田钻杆在淡水泥浆中腐蚀严重,为此,对其进行化学镀高磷Ni-P层处理。用附带能谱仪的扫描电镜观察了镀层形貌、分析了镀层成分,用测厚仪测试了镀层厚度;通过动态模拟腐蚀装置考察了流速对G105钢及Ni-P镀层腐蚀速率的影响,比较了油田现用的有机涂层和Ni-P镀层的耐高温腐蚀性能和耐磨蚀性能。结果表明:Ni-P镀层表面呈胞状,磷含量为13.23%,属高磷耐蚀镀层;流速对Ni-P镀层腐蚀速率影响较小,Ni-P镀层耐蚀性明显优于G105钢;有机涂层经10 h强化磨蚀就发生损伤,Ni-P镀层50 h基本没有变化;低流速下,有机涂层高温腐蚀10 h而鼓泡,Ni-P镀层则没有变化。

复杂井眼轨迹条件下的钻井液技术

TK330井是塔河油田一口简化井身结构的长裸眼深井,完钻井深为5390m,裸眼井段长达4385.51m。该井在钻进过程中由于井斜和方位变化导致井眼轨迹异常,钻具入井后因扭曲变形上贴下靠井壁严重,摩阻和扭矩增大,极易发生卡钻,且由于裸眼跨度大,钻遇地层复杂,钻井液施工难度大。在1004.49～4400m井段选用低固相强包被不分散钾基聚合物钻井液,在4400～5390m井段选用抗高温、抑制性强、防塌能力好、性能易于控制的聚合醇防塌聚磺钻井液,并配合了有效的钻井液技术措施。现场应用结果表明,合理的技术措施及良好的钻井液性能,有效地解决了钻进过程中地层掉块、垮塌、岩屑携带及阻卡问题,起下钻畅通,井底干净无沉砂,3次测井、下套管均一次成功,双级固井施工顺利;二开井段平均井径扩大率仅为0.53%,全井段没有发生井下复杂情况。

去水化解卡机理的研究

分析了压差卡钻的去水化解卡机理及其影响因素,推导出了去水化用用驱动力的表达式。试验结果表明,去水化解卡作用随解卡液压强减小、温度升高、水活度减小而增强。

气举反循环双壁钻具流场仿真分析

气举反循环钻进工艺具有钻进效率高、工艺配套简单、孔内干净等特点,广泛应用于工程实践中。但由于配套的双壁钻具结构设计主要依据经验进行,在理论研究方面不成熟,导致对工程应用中出现的问题缺乏深度分析。文章借助数值模拟研究方法对气举反循环技术中双壁钻杆环形空间与气水混合器两个重要部件的流场速度与压力特征进行数值仿真。结果表明:减少双壁钻杆环形空间的变径或增加变径长度更有利于减少压力损失和能量损耗,气水混合器完全对称的进气孔结构更有利于上返速度的均匀性,减少堵塞问题的发生。研究结果可为气举反循环钻具的设计及解决实际工程问题提供参考。

纤维缠绕复合材料在海洋油气工业的应用研究

本文叙述了纤维缠绕复合材料在海洋油气工业的开发背景和历史,介绍几种典型产品—复合材料钻井管、立管、油水分离罐、运输罐以及卷式复合材料连续管等,技术性能和技术规范,以及为了开发这些产品必须开展和实施的关键技术研究。