分流孔直径对射流式液动锤性能的影响

为了对射流式液动锤内分流结构进行优化设计,应用CFD(computational fluid dynamics)动态分析技术,研究了分流孔直径对射流式液动锤冲击性能参数和射流元件喷嘴处过流断面平均流速的影响,并进行了实验验证.结果表明:不同分流孔直径条件下,冲击功理论计算值与实测值最大相对误差不大于10%,冲击频率理论计算值与实测值最大相对误差小于11.5%;冲击功随着分流孔直径的增大近似以抛物线形式下降;冲击频率和射流元件喷嘴处过流断面平均流速随着分流孔直径的增大近似呈线性下降趋势.该研究解决了此前在设计阶段无法计算分流条件下液动锤性能参数和射流元件喷嘴处平均流速大小的问题,可为油气钻井用射流式液动锤内分流结构的优化设计提供参考.     

冲击回转钻具的能量传递和参数选择

冲击回转钻井技术是钻进硬岩层的有效方法，冲击锤将冲击载荷作用于钻头和钻柱上，以促进对岩石的破碎作用．从冲击作用的基本理论出发，对冲击器对钻头和钻柱的作用过程进行了分析，建立其动力学模型，找出了影响冲击器性能的主要参数并推导出相应的计算公式．     

液动冲击器在液压挖掘机上应用的探讨

提出了用液动冲击器改进挖掘机的几种方案，简要地比较了各种方案的优缺点及可行性，并对“三个液动冲击器和三个钢梁”的方案做了详细的讨论。该方案较好的解决了挖掘机在实际施工中可能遇到的问题，举例说明了液动冲击器参数的确定，本研究为挖掘机改造提供了一个有效的新方法。     

气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题,不可能得到比较完美的解析解,如果采用室内试验或者现场试验研究,其成本又会很高且很难实现.因此,在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上,以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据,采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型,并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型,对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果,得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异.为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法,对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义.     

气体钻井全井段钻柱动力学研究

采用有限元法开展气体钻井全井段钻柱的非线性动力学运动过程模拟研究。建立了某井全井段塔式钻具的三维模型和钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的接触关系,分析了钻柱在动态钻进过程中的力学参数,得出气体钻井全井段钻柱的运动规律以及对钻柱寿命的影响。对气体钻井中钻柱力学、井斜控制等方面的深入研究具有指导意义。     

涪陵页岩气田二期钻井提速难点分析及对策

为了加快涪陵页岩气田二期产能建设提供有力的钻井提速技术支撑,对因地层、井眼轨迹和钻井液等引起的技术难题进行分析研究,提出了针对地层岩性特征优选钻头,创新井身剖面设计,采用低密度钻井液,强化钻井液体系封堵性、配套射流冲击器等应对策略。现场应用表明:涪陵二期钻井提速效果显著,钻井周期大幅缩短,其中二开龙潭、茅口组地层优选牙轮钻头,钻头进尺相较于初期提高了90.9%,机械钻速提高了69.63%。     

钻进中钻柱系统的辨识

在钻井过程中,钻柱振动系统是一个很复杂的动态系统,它不仅具有复杂的不确定的边界条件,而且具有显著的随机特征。在随机信号理论基础上,提出了一种用互相关辨识钻柱系统的新方法;结合输入信号和输出信号,利用钻柱系统的脉冲响应,讨论了钻柱的临界转速、钻柱共振、钻柱与井壁之间的相互作用、所钻地层岩性等钻井工程问题。     

射吸式冲击器在塔里木地区的现场应用

随着油气勘探开发向纵深发展,深井、超深井数量逐渐增多,钻遇地层硬度随之增大,机械钻速大大降低。针对该问题,研制了射吸式冲击器。通过给钻头提供高频的轴向冲击力,辅助破岩,从而大大提高机械钻速。室内实验验证了射吸式冲击器的高频轴向冲击振动可以为钻头提供一定的冲击力。现场试验结果表明,使用射吸式冲击器后,机械钻速提高了133.0%,并且射吸式冲击器的井底纯钻时间达到130h,工具井下工作时间154h,寿命大幅度提高。该项研究结果为射吸式冲击器在钻井过程中的合理应用提供了理论依据。     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径.介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件.对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究.数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大.在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大.钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大.气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求.     

液动冲击器活塞计算机辅助设计的研究

以粘性阻力模型为基础,进一步推导了液动冲击器活塞运动微分方程,研究了活塞计算机辅助设计及绘图的方法,并开发了相应的软件．设计实例证明,本文的设计方法及软件是正确、可靠和实用的;软件运行速度快,具有较高的设计精度,完全满足工程设计的要求．同时,本文还研究了理想线性模型和粘性阻力模型之间的差异．     

Exploration and determination of the principles of rotary-percussive underground slimhole drilling简

A possibility of the efficient use of rotary percussive drilling to provide drilling smaller diameter holes (40–70 mm) both in mining and prospecting is disclosed herein. A new construction designed for the nipple thread connection is described. The relative amplitude variation, change of power pulse time and energy in their propagation throughout the drilling tool are determined. A possibility of the efficient power pulse transfer along the drill string to the rock destruction tools with new nipple connections which allow automating the make-up and breakout system of drill pipe was supported by experiments.     

漂、卵石层大直径钻孔碎岩技术应用研究

结合长春市某桥梁钻孔灌注桩基础施工实例,介绍了大漂石和卵石地层的筒钻法钻进原理、潜孔锤钻进工艺、岩心聚能爆破工艺、以及筒钻回转切石工艺等。工程实践表明,筒钻法对大漂石和卵石地层钻进成孔是非常有效的,这为该类地层的顺利成孔积累了成功的经验。     

磨料水射流钻头破岩过程的力学分析

研究发现钻孔孔底凸台是限制钻头钻进速度的关键因素,为了消除凸台,提高钻进速度,提出利用磨料水射流钻头破碎硬岩.对原三翼钻头和磨料水射流钻头破岩过程进行了受力分析得出原三翼钻头硬岩钻进时破岩方式为磨削,磨料水射流钻头破岩方式为切削.实验室硬岩钻进实验表明:缩小前导钻头刀片间距的改良型钻头钻进速度是原三翼钻头的1.57倍,扭矩比原三翼钻头增大了11.3%,且磨损加剧;磨料水射流钻头钻进速度是原三翼钻头的3.72倍,扭矩比原三翼钻头减小34.0%,未见明显磨损.理论分析和实验结果表明,磨料水射流钻头从根本上解决了硬岩钻进时速度慢,刀具磨损大的问题.     

空气泡沫气动潜孔锤钻进技术在非洲的应用

应用空气泡沫正循环、气动潜孔锤钻进技术,实现了在非洲大陆严重缺水地区施工,克服了对坚硬岩石和漏失层钻进困难的问题。实践表明:利用先进的钻进技术是能够达到很好钻探效果,可在短时间内,高精度、低成本完成打井施工任务。为浅井施工提供了一个很好钻进方法。     

多股磨料组合射流喷嘴设计

射流钻孔是一个动态的复杂过程,在一定水力参数下能否钻出符合形状和深度要求的孔取决于喷嘴型式结构.采用多孔喷嘴形成多股射流组合,使射流能量分布具有局部集中和总体叠加包络的特点,能够有效地实现破岩钻孔.通过改变多个喷孔组合的参数可以调整射流能量分布,从而钻出不同直径要求的孔.射流中添加磨料改变了射流速度分布及衰减规律,对其钻孔性能影响显著.     

新型扭转振动工具动力学模型与降黏特性

在油气开采过程中，随着钻井深度的增加，岩石硬度加大，井下摩擦阻力较大，钻柱系统易发生粘滑振动，这将导致部件过早发生故障，钻井作业效率低下，因此对于粘滑控制技术的研究具有重要意义。结合钻井过程中的实际工况，提出了一种新型扭转振动工具，建立了基于该工具的钻柱系统扭转振动模型以及非线性动力学模型，分别进行了算例分析与实验测试以研究工具的降粘效果。算例分析时采用控制变量法，首先在给定转盘转速、钻压的情况下，对比分析了有/无工具时的钻柱系统各部件角速度，然后在相同钻压、不同转盘转速和相同转盘转速、不同钻压的情况下，分别对钻柱系统中有/无工具时的钻头角速度进行了求解；在实验过程中，对同一口井进行了有/无工具的测试，并结合未使用该工具的相邻井录井数据，分析了该工具的降粘效果。研究结果表明：在相同工况条件下，使用该扭转振动工具，可明显消除或抑制粘滑振动，同时，适当增大转盘转速，适当降低钻压可在一定程度上抑制钻柱的粘滑振动；在误差允许范围内，理论计算结果与测试结果相符合，验证了理论模型、求解方法以及算例分析的正确性。所提出的新型扭转振动工具、建立的动力学模型与研究结果对于减少粘滑振动、提高破岩效率具有重要参考意义。     

空气锤在普光气田的应用

在普光气田开发过程中,由于地层岩石致密、硬度高,地层倾角大、构造高陡,致使常规钻井技术施工时,钻进速度低,井身质量控制困难。气体钻井技术在该区的广泛应用大大提高了钻进速度,缩短了钻井周期,尤其是空气锤钻进工艺的应用,在极大提高钻进速度的同时克服了井斜难以控制等难题,大大加快了气田开发速度。文章就空气锤钻井工艺的碎岩及防斜机理进行了详细探讨,并结合其在PE-1、PE-3井的应用效果进行了分析总结。     

低压及欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响

以多相瞬变流理论为基础,建立了井筒内气液两相流动模型,并对低压欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响关系和规律进行计算和分析。计算分析结果表明,注气量对井内压力的影响除与注气量本身大小有关外,还与井深、井眼与钻柱结构尺寸、井内液相流量和性质等因素密切相关。单纯增大注气量并不一定就必然会导致井内压力的降低,这取决于所给条件下构成井筒内气液两相流体的静液压力和流阻间的平衡关系。介绍的模型及方法对确定低压欠平衡钻井过程中各相关参数、地面压缩机组的配置、以及设计方案等有一定指导意义。     

钢管钻环切法在裸岩区跨海桥梁钢管桩施工中的应用

在跨海桥梁建设中,临时钢栈桥大都采用"植"入海床的钢管桩作为基础,而当海底没有淤泥覆盖层,全为质地坚硬的裸岩时,普通的"振动沉桩‘植’入"工艺便无法奏效。针对此种特殊工况,笔者和同事研发了一种新型施工方法。该方法将振动锤、钢管钻和高压水泵组合形成一套"环切系统"进行施工,先形成环形桩孔,然后在孔内植入钢管桩。经实例施工验证,该方法施工效率高,质量可靠。