螺杆钻具中的齿瓣式万向轴

目前，国内生产使用的万向轴均为化瓣式万向轴，其结构简单、加工速度快，但其寿命极短，成为制约螺杆钻具寿命的关键部位。现文以合理受力为依据，设计了与花瓣式万向轴截然相反的线型，称齿瓣式万向轴，其合理的受力、耐磨性及工艺处理使寿命成倍提高。现场使用表明，齿瓣式万向轴成为螺杆钻具中寿命最长的部件。     

等壁厚螺杆钻具及应用

等壁厚螺杆钻具是一种新型动力钻具。介绍了等壁厚螺杆钻具的基本结构、与普通螺杆钻具的结构区别和技术优势,并对其现场应用效果进行了分析。与普通螺杆钻具相比,等壁厚螺杆钻具具有工作扭矩大、使用寿命长、耐高温等优点,在深井和高密度钻井液井及小曲率半径水平井应用具有较大的技术优势。     

5LZl72-Ⅲ型长寿命螺杆钻具的研制

针对5LZl72-Ⅱ型螺杆钻具使用寿命短,难以满足施工要求的问题,通过改进旁通阀结构、研制等壁厚定子及配套转子、采用油密封传动轴以及挠轴等结构,研制出5LZl72-IU型高性能长寿命螺杆钻具。现场应用情况表明,5LZl72-Ⅲ型螺杆钻具在钻井液大排量条件下使用寿命为316h,该钻具在多口井的应用中均获得了260h以上的长寿命,同时减少了钻井过程中不必要的起下钻作业,提高了机械钻速,缩短了建井周期。     

5LZ172-Ⅲ型长寿命螺杆钻具的研制

针对5LZ172-Ⅱ型螺杆钻具使用寿命短,难以满足施工要求的问题,通过改进旁通阀结构、研制等壁厚定子及配套转子、采用油密封传动轴以及挠轴等结构,研制出5LZ172-Ⅲ型高性能长寿命螺杆钻具。现场应用情况表明,5LZ172-Ⅲ型螺杆钻具在钻井液大排量条件下使用寿命为316 h,该钻具在多口井的应用中均获得了260 h以上的长寿命,同时减少了钻井过程中不必要的起下钻作业,提高了机械钻速,缩短了建井周期。     

螺杆钻具失效主要原因及改进措施

针对现场常见的螺杆钻具4种井下事故类型,从钻具结构、生产工艺及现场使用3方面分析了事故原因,并通过合理改进螺杆钻具结构设计,充分完善产品制造、修复工艺,从硬件技术和产品质量上来满足复合钻进技术要求,同时加强现场的合理使用,促使螺杆钻具使用的安全性显著提高,井下事故频率大幅度降低,从100套钻具1起事故降至1000套钻具2起事故,有效地满足了现场复合钻进施工要求,减少了事故处理成本。     

单弯螺杆钻具下入套管可行性分析

为满足造斜和复合钻井的需要,常需使用单弯外壳螺杆钻具。由于套管内径较小,螺杆钻具壳体存在结构弯角,弯螺杆钻具能否顺利下入井口段套管是目前现场面临的一个重要问题。研究单弯螺杆钻具通过井口套管时的力学特性,对于指导现场合理选取螺杆钻具组合具有重要意义。采用有限元法,分析了172 mm单弯螺杆钻具在下入直井段244 mm套管时的应力分布规律,以及不同弯角大小对单弯螺杆钻具下入性的影响。结果表明,结构弯角小于2.5°时,172 mm单弯螺杆钻具能够依靠自重顺利下入244 mm套管,螺杆钻具结构弯角为2.75°时,需要额外施加外力才能将螺杆钻具强行压入套管。     

双弯螺杆降斜时的钻柱强度分析

在浅层水平井钻进过程中,由于油层浅,造斜段相对较短,如果实钻轨迹偏差较大,就没有了纠正的余地。因此在实际的设计或施工中,若造斜率过大,需短程反向安放双弯螺杆钻具降低造斜率。文中以固体力学有限元理论为基础,建立了弯曲井眼中,反向安装双弯螺杆钻具的有限元力学模型,用此模型分析了下部钻具组合的应力场,并对反向安装的双弯螺杆钻具组合的强度进行了评价。现场应用表明,该分析方法的结论是合理的,能够用来指导现场。     

崖城13-1气田高温大位移井硬地层螺杆钻井技术与实践

崖城13-1-A16井12 1/4″井段钻进至梅山组时降斜严重、旋转导向钻具无法满足井眼轨迹控制要求,使用螺杆钻具成功进行了大位移井硬地层造斜钻进,达到了工程质量以及地质中靶要求。结合现场井眼情况以及定向钻进技术难点,对高温控制措施、螺杆钻具大位移井钻进风险控制措施以及井眼轨迹控制等技术措施进行了讨论,为类似井定向钻井施工作业提供参考与借鉴。     

基于模糊故障树的螺杆钻具马达总成失效分析

螺杆钻具作为一种容积式井下动力钻具,由于其独特的工作原理和优异的工作性能,广泛应用于钻井现场。由于影响因素较多,其失效形式不宜准确判定。根据螺杆钻具在现场应用过程中出现的典型失效案例,引入了模糊故障树的分析方法,建立了螺杆钻具马达总成失效故障树。通过定性分析,得到了故障树的最小割集,确定了钻具马达总成在工作过程中的薄弱环节; 引用模糊故障树计算方法,对所建立的故障树进行定量计算,并以转子表面磨损和冲蚀失效事件为例,计算其发生概率的范围。为螺杆钻具的设计、制造和使用维修提供了参考依据。     

螺杆钻具拆卸工艺研究

针对定向井、水平井及多分支井数量增加,螺杆钻具需求量不断增加的问题,为了保证螺杆钻具出厂合格率和减少螺杆钻具现场事故率,本文对螺杆钻具结构及工作原理进行介绍,同时,对螺杆钻具拆卸过程进行详细阐述。     

钻杆柱疲劳寿命的计算模型研究

钻柱在井下的受力极度复杂,甚至工作在腐蚀的介质中。通过对钻柱疲劳破坏机理的分析,建立合理的钻柱受力模型,同时编写可适合于工程应用的钻柱寿命计算程序,研究影响钻柱疲劳破坏的主要因素,为井下钻柱的使用尤其为定向井和水平井钻进过程中避免或减少发生钻柱复杂情况和井下事故提供了可靠的保证。     

LMT—Ⅰ型螺杆钻具马达试验台

为了测试新购置和修复后的螺杆钻具马达密封压差,避免钻具盲目报废和盲目使用,以及为钻具能否使用提供科学依据,研制出LMT—Ⅰ型螺杆钻具马达试验台。试验台主要由主机、水路系统、液压系统、电气控制系统和微机系统构成。介绍了试验台主要部件的结构、技术参数及特点,并对测试过程作了论述。使用表明,试验台设计合理,能满足生产和使用要求,操作方便,性能可靠,能有效地提高钻井效益。     

串联和加长钻井液马达及其应用

串联马达和加长马达是为了提高常规螺杆钻具的工作特性而产生的新型钻井液马达,其工作原理都是通过增加马达的级数获得高功率、大扭矩的输出。在介绍常规钻井液马达的基础上,主要介绍了串联马达和加长马达的工作原理、基本结构、工作特性和技术发展趋势,并介绍了它们的应用及带来的效益。由于串联马达和加长马达具有大扭矩特性,可显著提高机械钻速,降低钻井成本,因而成为大位移井钻井作业中的常用工具。     

螺杆钻具和多头单螺杆马达的基本原理

本文介绍了螺杆钻具的工作原理及分类方法,分析了容积式液马达转子与定子必须满足的条件,并对转子轴向力、马达最小长度和万向轴内交变应力循环频率的计算进行了探讨。在对螺杆钻具的实际特性进行一系列研究的基础上,文章还提出了“负載效率”这个概念,并给出一组换算关系式。本文所推导的计算公式适用于任何线型的i=N/(N+1)的单螺杆马达和螺杆钻具。     

井下动力钻具的发展及其在推广应用中的问题

改革开放以来,我国油气钻井新技术的应用获得重要进展,井下动力钻具,如螺杆钻具和涡轮钻具也获得迅速发展。但这些钻井新技术新装备在推广应用中存在着“瓶颈”问题,主要原因是对新技术和新装备在由科技成果向生产力转化过程中投入资金不足,其次是缺少现代化管理。为解决瓶颈问题,建议企业首先要建立成果转化风险机制,设立成果转化风险基金,其次要设立应用新技术或新装备的奖励基金。     

可更换钻头套管钻井工具及工艺研究

采用常规钻机、利用转盘驱动的简易套管钻井技术由于受钻头寿命的限制，只能用于一只钻头钻至设计井深的情况，为此，研制开发了转盘驱动的可更换钻头套管钻井系统。该系统由起下工具、井下锁定工具串及坐底套管3部分组成。进行套管钻进时，井下锁定工具串锁定在坐底套管上，需更换钻头或井下锁定工具串时，往套管内部下入起下工具并解锁锁定装置，起出井下锁定工具串，更换完毕后，再将井下锁定工具串从套管内送入井底，锁定在套管柱末端的坐底套管上，起下过程中可保持钻井液的循环和钻柱的转动。该系统在吉林油田2口井上进行了试验，井下锁定工具串的下入成功率达到100％，并实现了套管正常钻进，但由于打捞矛无法进入到井下锁定工具串的打捞孔中，致使2口井都没有正常起出井下锁定工具串。详细介绍了可更换钻头套管钻井系统的组成、原理、施工工艺及现场试验情况。     

定向井滑动钻进送钻原理与技术

定向井和水平井钻进经常采用滑动钻进方式。地面间歇向井内送入钻杆是如何转化成井下钻柱对钻头的推进的？如何减小钻柱与井壁的滑动摩擦力给钻压带来的误差？现有的滑动钻进送钻技术各有什么优缺点？这些都是业界关心的问题。为此,把钻具送到井底并加上钻压,暂停地面送钻操作的工况作为研究区间,分析了井底的钻柱弹性、水力振荡器和液力推进器3种送钻原理。阐述了带井下动力的钻具组合、带水力振荡器的钻具组合和带液力推进器的钻具组合的滑动送钻技术,给出了地面钻进参数与井底钻进参数的关系。进而比较了3种送钻技术的特点：带井下动力的钻具组合在井底是依靠钻柱的弹性推动钻头前进;带水力振荡器的钻具组合依靠其产生的水力振动来降低钻柱与井壁间的滑动摩擦力,改善钻压传递效率;带液力推进器的钻具组合在其工作钻压区间,依靠活塞推动钻头前进。结论认为,带液力推进器的钻具组合滑动送钻技术最优,钻压可调、平稳,液力推进器可串联使用,钻进时可以活动上部钻柱。     

新型超高压井下增压系统的研制与应用

油气钻井工程实践表明,利用高压射流辅助破岩是提高深井机械钻速的有效途径,而井下增压技术是一种产生高压射流的方法,井下增压系统装置的稳定性、可靠性是该技术工业应用的关键。为此,围绕井下增压系统配套的关键工具进行了研究与实验:①优选的螺杆增压器可将螺杆钻具输出的旋转运动转换为轴向往复运动,达到对部分钻井液实施增压的目的;②依据室内实验获得的不同喷距、射流角度下高压流体对岩石的冲蚀数据,研制了与螺杆增压器适配的超高压双流道钻头;③在地面采用清水作为试验介质进行了测试,高压喷嘴直径1.5 mm,泵压为4 MPa,排量18 L/s,地面测试期间高压喷嘴出口明显可见脉冲高压射流,井下螺杆增压装置运行稳定。在5口井上完成钻井总进尺1 015 m、纯钻进时间206 h,与邻井相比平均机械钻速提高了51.4%。试验结果表明,该井下增压系统在钻井作业中提速效果明显、设计合理、工作可靠。     

JZZY-1型井下钻柱减振增压装置结构优化及现场试验

现场试验结果表明,利用钻柱的纵向振动可以实现井下钻井液增压以达到超高压射流辅助破岩的目的。井下钻柱减振增压装置能够大幅度提高钻井速度。为进一步提升井下钻柱减振增压装置的工作性能,对其结构进行了优化,并研制了井下钻柱减振增压装置用超高压钻头流道系统。优化后的装置整体结构大大简化,每个零部件的加工、安装、拆卸和维修都比较容易;研制的超高压钻头流道系统无需生产专用钻头,与普通钻头组装后便可配合井下钻柱减振增压装置使用。在胜利油田临盘地区的2口井现场试验评价表明,改进后的井下钻柱减振增压装置配合超高压钻头流道系统结构可靠,工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求。     

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。