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推靠式旋转导向工具造斜率预测方法

天然气工业 2021年第7期41卷 101-106页

作者：黄文君王舸高德利中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京市102249

推靠式旋转导向系统可显著地提高钻速、改善井眼条件并大幅度提高井眼延伸长度,代表着现代导向钻井技术的发展方向。为了准确预测和评估推靠式旋转导向工具的造斜率,在常规导向钻具组合力学模型的基础上,考虑推靠块与井壁的相互作用、... 详细信息

推靠式旋转导向系统可显著地提高钻速、改善井眼条件并大幅度提高井眼延伸长度,代表着现代导向钻井技术的发展方向。为了准确预测和评估推靠式旋转导向工具的造斜率,在常规导向钻具组合力学模型的基础上,考虑推靠块与井壁的相互作用、钻头与地层的相互作用、导向钻具结构等因素影响,建立了推靠式旋转导向工具钻进轨迹预测模型以及“极限造斜率”和“折算造斜率”的计算方法,从“杠杆效应”“钟摆效应”“推靠效应”的角度揭示了造斜率的影响机理,分析了推靠力、钻压、井斜角、钻头与地层各向异性等参数对造斜率的影响规律。研究结果表明:①导向钻具的造斜率是各种效应的综合结果,其中“推靠效应”起主导作用,杠杆效应和钟摆效应起到次要作用;②对于推靠式旋转导向钻具,随着钻压增大,杠杆效应所占比例增大,推靠效应所占比例减小,造斜率减小;③造斜率与钻具结构参数、推靠力、钻头性能、钻进参数等因素密切相关。结论认为,该研究成果可以为推靠式旋转导向工具造斜率预测以及钻具结构优化设计提供重要的理论基础。

关键词：定向钻井旋转导向钻具轨迹预测造斜率井斜角推靠力钻压钻头侧向力

牙轮-PDC混合钻头的破岩特性及温度场变化

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天然气工业 2020年第3期40卷 99-106页

作者：吴泽兵吕澜涛王勇勇潘玉杰张帅西安石油大学机械工程学院

较之于常规的PDC钻头或牙轮钻头,牙轮-PDC混合钻头有着更好的破岩效果,其破岩过程产生的热量对其使用寿命和钻井效率都有着重要的影响,但目前对其破岩过程中温度场和破岩特性的研究还不够深入。为了给混合钻头的优化和推广提供理论支撑... 详细信息

较之于常规的PDC钻头或牙轮钻头,牙轮-PDC混合钻头有着更好的破岩效果,其破岩过程产生的热量对其使用寿命和钻井效率都有着重要的影响,但目前对其破岩过程中温度场和破岩特性的研究还不够深入。为了给混合钻头的优化和推广提供理论支撑,基于有限元法、弹塑性力学等建立钻头破岩仿真模型,据此研究了破岩过程中的混合钻头温度场变化规律和破岩特性。研究结果表明:(1)牙轮主导型混合钻头破碎岩石时牙轮切削结构先冲击岩石,形成破碎坑,PDC切削齿再进行剪切,而PDC主导型混合钻头由PDC切削齿对岩石进行刮切形成沟槽,牙轮切削齿再对岩石进行破碎;(2)混合钻头在破岩初始阶段温度上升较快,一段时间后趋于平稳且钻压越大温度越高;(3)较之于PDC钻头和牙轮钻头,混合钻头破岩过程中温度更低,混合钻头破岩量大于单个PDC钻头和单个牙轮钻头破岩总量之和;(4)混合钻头在硬地层中的破岩温度高于在软地层中的破岩温度,而钻速则相反;(5)钻头破岩温度和破岩特性与其自身结构有关。结论认为,该研究成果有助于混合钻头的优化设计和推广应用。

关键词：牙轮-PDC混合钻头 Drucker-Prager温度场破岩特性钻头结构钻压破岩量机械钻速

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油气井磨铣工具的性能评价及工作参数优选

天然气工业 2021年第2期41卷 140-148页

作者：车家琪王旱祥张砚雯刘延鑫王雨婷杜明超马少华赵玉明中国石油大学(华东)海洋物探及勘探设备国家工程实验室中国石油大学(华东)机电工程学院中国石油集团海洋工程(青岛)有限公司中国石油大学(华东)石油工业训练中心

针对目前深海油气井磨铣工具进尺慢、易打滑、磨不动等问题,同时考虑磨铣工具结构不规则、种类繁多、建模难度大等因素,以M97斜坡式磨铣工具为研究对象,通过三维激光扫描仪获得三维扫描模型,基于逆向工程建立全尺寸磨铣工具仿真模型,同... 详细信息

针对目前深海油气井磨铣工具进尺慢、易打滑、磨不动等问题,同时考虑磨铣工具结构不规则、种类繁多、建模难度大等因素,以M97斜坡式磨铣工具为研究对象,通过三维激光扫描仪获得三维扫描模型,基于逆向工程建立全尺寸磨铣工具仿真模型,同时开发磨铣工具实验系统进行结果验证,最后完成磨铣工具性能评价及工作参数优选。研究结果表明:①仿真和实验后的工件表面均为带有中心支点的环形切痕,仿真扭矩误差仅为7.78%;②磨铣工具工作过程可分为单磨粒切削、平面切削和深度切削三个阶段,磨粒应尽量布置在钻进方向的同一平面,避免出现单磨粒切削阶段,防止单个磨粒过载而导致失效问题;③钻压和转速相互影响,共同决定了磨铣工具的工作效率和工作安全;④建立了磨铣工具工作性能评价图版及优选工作参数表,可以根据现场施工需求优选工作参数,进而改善磨铣工具工作性能。结论认为,该分析方法精度高,分析结果可以有效改善磨铣工具的工作性能,能够满足深海油气井高效安全开发的需求。

关键词：深海油气井磨铣工具工作性能逆向工程钻压转速进尺量扭矩

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随钻取心成套装备的研发及现场应用

矿业安全与环保 2023年第4期50卷 97-104页

作者：王文明晋能控股装备制造集团有限公司寺河煤矿山西晋城048200

为了进一步优化煤岩取心工艺,建立了取心钻头钻进动力学模型,进行了钻进过程影响因素数值模拟及实施随钻取心装备核心部件研发,得出钻速、钻压及切削角度对钻进过程具有较大的影响作用。组装了完整的随钻取心成套装备,借助于井上模拟取... 详细信息

为了进一步优化煤岩取心工艺,建立了取心钻头钻进动力学模型,进行了钻进过程影响因素数值模拟及实施随钻取心装备核心部件研发,得出钻速、钻压及切削角度对钻进过程具有较大的影响作用。组装了完整的随钻取心成套装备,借助于井上模拟取心实验获取了?10~50 mm的完整柱状煤岩试样岩心,开展了井下随钻取心现场实验以进行性能测试,并布置6组测点实施瓦斯含量的测定,结果显示:取心时长缩短至了少1/3,测点的瓦斯含量误差在5%以内,验证了该成套装备性能可靠。

关键词：煤岩取心动力学模型钻速钻压切削角度瓦斯含量

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恒钻压钻井工具设计与试验研究

钻采工艺 2023年第3期46卷 123-127页

作者：施连海李春吉徐梦晨韩龙黄志强张秋阳朱高磊韩冬中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司中国石油集团长城钻探工程有限公司

随着油田开发的不断深入,井身轨迹越来越复杂,定向托压问题日益严重,托压频繁释放导致钻头钻压剧烈波动,造成定向工具面不稳,定向钻进困难,降低了钻进速度,严重影响了钻井施工效率。为解决上述问题,文章设计了一种恒钻压钻井工具,该工... 详细信息

随着油田开发的不断深入,井身轨迹越来越复杂,定向托压问题日益严重,托压频繁释放导致钻头钻压剧烈波动,造成定向工具面不稳,定向钻进困难,降低了钻进速度,严重影响了钻井施工效率。为解决上述问题,文章设计了一种恒钻压钻井工具,该工具有“液力加压+液压阻尼+弹性储能”多重作用机构,保证在作用范围内,其上方钻具处于“悬浮状态”,托压释放时产生的瞬时冲击力不会传递到钻头上,减小钻头钻压波动,进而保证工具面稳定,持续定向钻进。X1井现场应用中,工具入井140 h,纯钻进96.5 h,工具、钻头等无明显损伤,托压至100 kN以上,井下钻压记录仪器(IDD)显示当地面钻压波动较大时,而近钻头钻压波动较小,工具面能够保持稳定,有效提高了钻井施工效率,展示了良好的使用性能及应用前景。

关键词：托压释放工具面钻压定向井

井下非均匀温度场作用下钻压、扭矩测量影响研究

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井下非均匀温度场作用下钻压、扭矩测量影响研究

作者：欧阳蒙长江大学

学位级别：硕士

深井、超深井等复杂井的开发使得钻井朝着埋藏深、高温高压发展,导致在钻井过程中的安全风险增加,事故频发。近钻头测量工具能测量近钻头处钻压、扭矩等工程参数,可识别钻进过程中的复杂情况,降低钻井风险,因此对近钻头测量工具参数测... 详细信息

深井、超深井等复杂井的开发使得钻井朝着埋藏深、高温高压发展,导致在钻井过程中的安全风险增加,事故频发。近钻头测量工具能测量近钻头处钻压、扭矩等工程参数,可识别钻进过程中的复杂情况,降低钻井风险,因此对近钻头测量工具参数测量的准确性要求很高。然而在钻井过程中,钻柱内流体和环空流体存在温度差,导致测量工具内部温度场分布不均匀,影响钻压、扭矩测量的准确性。目前近钻头测量工具内部非均匀温度场对钻压、扭矩测量的影响尚不明确。因此,探究测量工具内部非均匀温度场对钻压、扭矩测量影响规律显得尤为重要。本文确定了近钻头测量工具钻压、扭矩测量方案,并对应变室的应变特征进行了研究。建立了井筒温度场数学模型,通过有限差分法离散求解,分析了在不同参数下钻柱内流体和环空流体温度的分布规律。运用fluent建立了近钻头测量工具三维传热模型,对测量工具内部非均匀温度场分布展开了研究。探究了测量工具内部非均匀温度场对钻压、扭矩测量的影响规律。研究发现,非均匀温度场对钻压的测量误差最高达22.88%,而对扭矩的测量误差基本没影响,并拟合出了近钻头测量工具内外壁温差和钻压测量误差关系式。基于此关系式,提出了非均匀温度场对测量工具钻压测量影响的修正方法。具体开展了如下研究:(1)分析了近钻头测量工具工作时的受力情况,确定了钻压、扭矩测量方案。建立了近钻头测量工具有限元模型,分析了应变室侧壁和底面的敏感性以及应变室分别为圆形、椭圆形和正方形下的敏感性,确定了应变片粘贴位置和应变室形状。(2)根据传热原理,在考虑钻头水眼产生的焦耳-汤姆逊效应的基础上,建立了钻井井筒温度场模型,利用有限差分法进行了离散求解,在对模型的准确性进行了验证后,得到了钻井井筒钻柱内流体、钻柱、环空流体、套管水泥环以及地层的温度分布规律;对井筒温度场进行参数影响分析,研究了钻井液比热容、钻井液密度、循环排量、入口温度、循环时间和井深对钻柱内流体和环空流体温度的影响规律,确定了在不同参数条件下,钻柱内流体和环空流体的温度差。(3)基于fluent建立了近钻头测量工具三维传热模型,计算了在不同近钻头测量工具安装位置和不同工况参数情况下,测量工具内部非均匀温度场的分布情况和测量工具内外壁温差。据此,分析了粘贴应变片处的应变构成情况,通过对近钻头测量工具进行热力耦合分析,计算了非均匀温度场对钻压、扭矩测量的影响,得出了测量工具内外壁温差对钻压、扭矩测量的影响规律,在此基础上,提出了非均匀温度场对测量工具钻压、扭矩测量误差的修正方法。

关键词：测量方案非均匀温度场修正方法钻压扭矩

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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钻井机器人的连续油管钻压和钻速控制模型

石油学报 2019年第10期40卷 1255-1262页

作者：刘清友刘文全朱海燕赵建国西南石油大学机电工程学院西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室

连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源,可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础,建立连续油管钻柱动力学模型,并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型;对钻井机器人引入调速回路,... 详细信息

连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源,可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础,建立连续油管钻柱动力学模型,并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型;对钻井机器人引入调速回路,建立具有调速功能的钻柱动力学模型;在溢流阀调定压力大于机身内外压差时,推导出利用钻井液排量和节流阀流通面积两种参数控制钻压、钻速的数学模型,在溢流阀调定压力小于机身内外压差时,推导出利用钻井液排量、节流阀流通面积和溢流阀调定压力3种参数控制钻压、钻速的数学模型;以11.43cm(4.5英寸)井眼为例,对上述3种数学模型进行了分析。分析结果表明:钻压、钻速随钻井液排量的增加基本呈线性增加,在钻井液排量大于0.005 m3/s时,钻井机器人能够向前爬行,在钻井液排量大于0.005 7 m3/s时,钻头能够正常钻进;调节节流阀流通面积和溢流阀调定压力,可以在一定范围内无级调钻压和钻速;3种控制方法相结合,可以实现小排量、大钻压,及大排量、小钻压等钻井参数的控制。以控制模型为基础,针对不同井下工况建立钻进工艺的专家数据库,以钻井机器人为"大脑",结合井下随钻测量数据就能够实现闭环控制,自动钻进。

关键词：连续油管钻井钻井机器人钻压钻速控制模型

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随钻取心成套设备的研发及现场应用

矿业安全与环保 2023年

作者：王文明晋能控股装备制造集团有限公司寺河煤矿

为了进一步优化煤岩取心工艺,建立取心钻头钻进动力学模型,进行了钻进过程影响因素数值模拟及实施随钻取心装备核心部件研发,得出钻速、钻压及切削角度对钻进过程具有较大的影响作用。组装了完整的随钻取心成套设备,借助于井上模拟取心... 详细信息

为了进一步优化煤岩取心工艺,建立取心钻头钻进动力学模型,进行了钻进过程影响因素数值模拟及实施随钻取心装备核心部件研发,得出钻速、钻压及切削角度对钻进过程具有较大的影响作用。组装了完整的随钻取心成套设备,借助于井上模拟取心实验获取了Φ10～50 mm的完整柱状煤岩试样岩心,开展了井下随钻取心现场实验以进行性能测试,并布置6组测点实施瓦斯含量的测定,结果显示:取心时长缩短至了少1/3,测点的瓦斯含量误差在5%以内,验证了成套装备性能的可靠。

关键词：煤岩取心动力学模型钻速钻压切削角度瓦斯含量

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PDC钻头复合冲击井下破岩特性模拟研究

石油机械 2023年第5期51卷 25-32页

作者：雷宇奇房伟蔡晨光杨高于东兵康凯田家林中石油江汉机械研究所有限公司中国石油川庆钻探工程公司井下作业分公司中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司西南石油大学机电工程学院四川谐铭科技有限公司

为对比各种冲击钻井技术的破岩效果,利用ABAQUS/Explicit模块建立PDC单齿-岩石冲击模型,研究PDC单齿在无冲击、轴向冲击、扭向冲击和复合冲击作用下的破岩特性,再进一步对影响复合冲击性能的因素进行分析。分析结果表明:在其他条件相同... 详细信息

为对比各种冲击钻井技术的破岩效果,利用ABAQUS/Explicit模块建立PDC单齿-岩石冲击模型,研究PDC单齿在无冲击、轴向冲击、扭向冲击和复合冲击作用下的破岩特性,再进一步对影响复合冲击性能的因素进行分析。分析结果表明:在其他条件相同的条件下,复合冲击下的破岩比功相较于无冲击降低了28%,较轴向冲击降低了7%,以复合冲击破岩方式破岩效率最高;岩石在复合冲击作用条件下,钻压对PDC齿破岩效率影响较大,且存在明显差异,增大钻压有利于破碎岩石;转速对复合冲击破岩效率存在一个临界值,未达到这个值时,增大转速反而会降低PDC齿的破岩效率。所得结论可为复合冲击钻井工具选择合适的钻压和转速提供理论依据。

关键词： PDC钻头复合冲击破岩比功侵入深度钻压转速