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牙轮钻头密封试验技术研究及密封圈性能评价

工程设计学报 2024年第3期31卷 383-392页

作者：况雨春何鹏何璟彬魏琦周姝文董宗正西南石油大学机电工程学院四川成都610500 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司陕西西安710018 成都吉锐时代触摸技术有限公司四川成都610041 国家石油天然气管网集团有限公司重庆天然气管道有限责任公司重庆408000

牙轮钻头在深井钻进时会受到高温、高压、摩擦以及腐蚀等多个因素的共同作用,直接影响密封圈的使用寿命,进而影响钻头寿命。为此,进行了牙轮钻头密封试验技术研究。首先,设计了牙轮钻头密封试验机,设计了试验机各功能模块;其次,对O形橡... 详细信息

牙轮钻头在深井钻进时会受到高温、高压、摩擦以及腐蚀等多个因素的共同作用,直接影响密封圈的使用寿命,进而影响钻头寿命。为此,进行了牙轮钻头密封试验技术研究。首先,设计了牙轮钻头密封试验机,设计了试验机各功能模块;其次,对O形橡胶密封圈和径向对称扁平橡胶密封圈在多因素影响下的密封性能进行了有限元分析,同时结合接触应力评判准则和von Mises准则对密封圈性能进行了评价和对比;最后,进行了密封圈在多因素作用下的寿命测试实验,并将实验结果与仿真结果进行了对比。实验结果验证了试验机进行牙轮钻头密封试验的可行性及可靠性。所设计的牙轮钻头密封试验机能预测牙轮钻头密封圈的使用寿命,具有广阔的工程应用前景。

关键词：牙轮钻头密封试验技术密封圈性能评价寿命测试

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基于BAS-BP的钻井机械钻速预测模型

西安石油大学学报（自然科学版） 2021年第6期36卷 89-95页

作者：李琪屈峰涛何璟彬王六鹏陈超凡西安石油大学石油工程学院陕西西安710065 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司陕西西安710021 中国石化江苏石油勘探局技术监督中心江苏扬州225200

针对现有的机械钻速预测理论模型缺少对工程实际数据的应用而难以满足现场需求的问题,建立一种以人工智能算法与神经网络相结合的机械钻速预测新模型。首先,利用小波滤波方法对钻井现场实测数据进行降噪处理,并依据互信息关联分析优选... 详细信息

针对现有的机械钻速预测理论模型缺少对工程实际数据的应用而难以满足现场需求的问题,建立一种以人工智能算法与神经网络相结合的机械钻速预测新模型。首先,利用小波滤波方法对钻井现场实测数据进行降噪处理,并依据互信息关联分析优选机械钻速预测模型的输入参数,降低模型冗余。其次,利用天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)实现BP神经网络初始权值、阈值的优化,以此建立机械钻速预测新模型。最后,将建立的BAS-BP新模型与标准BP、PSO-BP及GA-BP等3种模型进行对比分析。结果表明:BAS-BP机械钻速模型预测值与实际测量值误差最小,同时具有良好的收敛性和搜索能力。

关键词：机械钻速预测钻进参数天牛须算法 BP神经网络

长庆油田定边区块长8组目的层水平井和大斜度井钻井技术应用

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钻采工艺 2011年第3期34卷 23-27,113页

作者：党克军何璟彬杨英峰王增年中国石油川庆钻探长庆钻井总公司

长庆油田定边区块为油田上产开发的主战区,其目的层为长8组,近两年开始推广应用水平井、大斜度井,但该区块长7组存在大段油页岩,钻遇油页岩地层时井斜较大,油页岩段井壁易垮塌,起下钻及电测遇阻卡严重,甚至工程报废。文章阐述了该区块... 详细信息

长庆油田定边区块为油田上产开发的主战区,其目的层为长8组,近两年开始推广应用水平井、大斜度井,但该区块长7组存在大段油页岩,钻遇油页岩地层时井斜较大,油页岩段井壁易垮塌,起下钻及电测遇阻卡严重,甚至工程报废。文章阐述了该区块水平井、大斜度井在钻遇油页岩过程中,通过优化剖面设计,改进、优选PDC钻头及钻具结构,优选钻井液体系和配方,在确保井控安全的前提下使用较低密度的钻井液,安全顺利的钻穿了长7组油页岩地层,形成了该区块水平井、大斜度井安全钻井和持续提速的成熟工艺技术。

关键词：长庆油田水平井大斜度井钻具组合

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基于匈牙利算法的大井丛井口靶分配设计方法

西安石油大学学报（自然科学版） 2022年第3期37卷 70-74页

作者：刘志坤刘成路陈伟林何璟彬王六鹏西安石油大学石油工程学院陕西西安710065 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司陕西西安710021

为解决在大井丛钻井过程中井口与靶位置分配不合理造成的井眼轨道设计困难及钻井作业效率低等问题,提出了一种适用于大井丛井口靶优化分配的设计模型和模型求解的新方法。针对大井丛三维水平井井口多行多列分配方案,以井口至靶段最小水... 详细信息

为解决在大井丛钻井过程中井口与靶位置分配不合理造成的井眼轨道设计困难及钻井作业效率低等问题,提出了一种适用于大井丛井口靶优化分配的设计模型和模型求解的新方法。针对大井丛三维水平井井口多行多列分配方案,以井口至靶段最小水平投影平面特征距离和为目标函数建立大井丛井口靶分配模型,利用匈牙利算法求解优化模型。最后以长庆油田某大井丛现场数据为例,快速高效地得出了最优的分配结果。结果表明:采用该设计方法可快速实现井口靶最优分配,提高大井丛钻井设计效率。

关键词：大井丛井口靶分配靶段匈牙利算法

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表层套管钻井钻头结构设计与力学分析

内江科技 2023年第8期44卷 23-24,102页

作者：陈伟林陈霖何璟彬川庆钻探长庆钻井总公司

套管钻井技术是一种新兴钻井技术,因其具有降低钻井成本的优点,是近年来研究的热点。套管钻井中最关键的工具是套管钻头,本文设计出一种刀翼可钻式套管钻头,主要对钻头选材、水眼分布、水眼结构、冠部轮廓结构和切削结构等进行设计,并... 详细信息

套管钻井技术是一种新兴钻井技术,因其具有降低钻井成本的优点,是近年来研究的热点。套管钻井中最关键的工具是套管钻头,本文设计出一种刀翼可钻式套管钻头,主要对钻头选材、水眼分布、水眼结构、冠部轮廓结构和切削结构等进行设计,并对所设计的套管钻头进行有限元数值模拟,结果表明:这种钻头稳定性高、清洗效果好。保径与鼻部距离近可给钻头冠部提供更大冠部面积,并且采用大曲面设计有很好的抗冲击能力,适合硬且夹层多的地层使用。使用30°的切削角度,攻击力较弱,虽然钻头取得的机械转速较低,却可以用在较硬的地层中。

关键词：套管钻井钻头结构切削结构钻井技术冠部轮廓抗冲击能力可钻式曲面设计

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基于PSO-BP的钻井机械钻速预测模型

科学技术与工程 2021年第19期21卷 7984-7990页

作者：李琪屈峰涛何璟彬王勇解聪王六鹏西安石油大学石油工程学院西安710065 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司西安710021 中石油长庆油田分公司质量安全环保部西安710018

机械钻速预测是优化钻进过程、提高钻井效率的关键技术,现有的计算模型主要建立在物理实验和理论分析的基础上,缺少对钻井工程实测数据的应用,导致计算精度难以满足复杂的现场需求。基于此,提出一种人工智能算法与BP(back propagation)... 详细信息

机械钻速预测是优化钻进过程、提高钻井效率的关键技术,现有的计算模型主要建立在物理实验和理论分析的基础上,缺少对钻井工程实测数据的应用,导致计算精度难以满足复杂的现场需求。基于此,提出一种人工智能算法与BP(back propagation)神经网络相结合的钻井机械钻速预测模型。首先,利用小波滤波方法对实测数据进行降噪处理,并依据互信息关联分析优选输入参数降低模型冗余。其次,利用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法实现对BP神经网络初始权值、阈值的优化,建立机械钻速预测新模型,并将PSO-BP新模型与标准BP、BAS(Beetle Antennae Search,天牛须算法)-BP及GA(genetic algorithm,遗传算法)-BP等三种模型进行对比分析。最后,根据实际工况对PSO-BP钻井机械钻速预测模型进行模型评价。结果表明,PSO-BP机械钻速预测模型不仅具有良好的预测精度,而且为钻进过程中提高机械钻速提供科学的参考。

关键词：机械钻速(ROP) 钻速预测优化钻井 BP神经网络粒子群算法(PSO)

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一种脉冲射流工具的携岩仿真研究

机床与液压 2021年第22期49卷 143-148页

作者：王志亮丛成赵莹何璟彬方永夏成宇长江大学机械工程学院湖北荆州434023 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司陕西西安710089

川南地区的大中斜度页岩气井因地层结构,在钻进过程中产生的岩屑极易沉积为岩屑床,使得钻杆摩阻增大,最终还会造成钻具断裂等重大井下事故。为了减少岩屑床的生成并提高井眼清洁度,提出一种新型脉冲射流工具,该工具既可以减少岩屑沉降,... 详细信息

川南地区的大中斜度页岩气井因地层结构,在钻进过程中产生的岩屑极易沉积为岩屑床,使得钻杆摩阻增大,最终还会造成钻具断裂等重大井下事故。为了减少岩屑床的生成并提高井眼清洁度,提出一种新型脉冲射流工具,该工具既可以减少岩屑沉降,还可以破坏已存在的岩屑床。利用仿真分析软件ANSYS建立了新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的仿真模型,利用CFD-DEM(离散单元法)耦合对二者进行精确仿真,在改变岩屑粒径、钻井液密度、入口排量、井斜角等因素下,对比分析新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的岩屑运移能力。最终得出新型脉冲射流工具相比普通携岩钻杆可以更好地提高岩屑运移能力(利用脉冲高速流体对已沉降的岩屑进行搅动),并且其脉冲射流还可以破坏已存在的岩屑床的结论。该研究成果对减少井眼环空内岩屑总质量与提高钻井经济效益具有重要意义。

关键词：新型脉冲射流工具离散单元法模拟仿真对比分析

基于CFD-DEM的新型铝合金钻杆携岩仿真分析

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机床与液压 2021年第20期49卷 130-136页

作者：王志亮赵莹丛成何璟彬方永夏成宇长江大学机械工程学院湖北荆州434023 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司陕西西安710089

由于川渝地区的地层结构较复杂,在钻探过程中产生的岩屑容易在井内沉积,使得岩屑运移难度大,最终还会造成卡钻与钻具断裂等重大井下事故。为了提高页岩气井的携岩能力,提出一种新型铝合金钻杆,对新型铝合金钻杆的携岩原理进行分析,得出... 详细信息

由于川渝地区的地层结构较复杂,在钻探过程中产生的岩屑容易在井内沉积,使得岩屑运移难度大,最终还会造成卡钻与钻具断裂等重大井下事故。为了提高页岩气井的携岩能力,提出一种新型铝合金钻杆,对新型铝合金钻杆的携岩原理进行分析,得出该钻杆既可以提高岩屑运移能力,也可以降低摩阻,减少钻井液压耗,再对该钻杆进行力学分析与建模,利用实际参数计算,验证了钻杆的可浮性;然后对岩屑沉降与排出全过程进行分析,提出岩屑沉降与排出全过程的5个阶段;最后在充分考虑了钻井液、岩屑颗粒、钻杆和井壁相互作用的影响下,利用CFD-DEM耦合对新型铝合金钻杆的携岩过程进行精确仿真。改变钻井液排量、钻杆转速、岩屑粒径、钻杆偏心度,对新型铝合金钻杆的携岩能力进行分析,并将该钻杆的携岩效率与传统钢钻杆进行对比,研究了两种钻杆的岩屑运移率,最终得出新型铝合金钻杆相比传统钢钻杆具有更高的携岩效率。该研究成果对减少岩屑沉降、提高岩屑运移能力具有重要意义。

关键词：新型铝合金钻杆 CFD-DEM耦合岩屑运移比数值模拟对比分析

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井下钻柱系统的振动与调控特性研究

石油机械 2022年第10期50卷 20-28页

作者：马苏南易先中周元华张华何璟彬王宴滨马西旗长江大学机械工程学院中国石油集团渤海钻探工程有限公司工程技术研究院中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司中国石油大学(北京) 中海油能源发展有限公司工程技术分公司

黏滑振动严重影响钻柱系统的寿命,延长钻井周期,危及工作人员的安全。针对在钻井工程中由线性扭矩负载和摩阻负载共同作用引发的黏滑振动问题,从影响参数着手分析黏滑振动的抑制规律。首先根据钻柱系统二自由度集中质量模型,考虑钻头与... 详细信息

黏滑振动严重影响钻柱系统的寿命,延长钻井周期,危及工作人员的安全。针对在钻井工程中由线性扭矩负载和摩阻负载共同作用引发的黏滑振动问题,从影响参数着手分析黏滑振动的抑制规律。首先根据钻柱系统二自由度集中质量模型,考虑钻头与地层间相互作用,建立钻柱系统运动微分方程;然后根据运动微分方程,结合Simulink计算框图,讨论了扭矩、转速、钻头摩阻扭矩以及刚度系数对钻柱黏滑振动特性的影响;最后设计试验平台,在其他参数不变的情况下,针对转速、钻柱与井壁间的摩擦阻力(钻头扭矩)、钻柱刚度系数(钻柱长度)对黏滑振动的影响展开试验,进一步验证理论研究和计算机模拟的正确性。研究结果表明:转速、钻柱与井壁间的摩擦阻力(钻头扭矩)和钻柱刚度系数(钻柱长度)为黏滑振动的主要影响因素;增大顶驱转盘转速、增加钻柱刚度系数、减小钻头摩阻扭矩,可以抑制黏滑振动现象。研究结果对抑制钻柱黏滑振动有一定的借鉴意义。

关键词：井下钻柱系统黏滑振动抑制规律运动微分方程 MATLAB数值模拟试验平台