新型液动射流冲击器实验

针对天然气深井、超深井钻井中难度大，时效低，钻头寿命短等问题，提出在深井、超深井钻井中采用新型液动冲击回转钻井技术。新型液动射流冲击器包括肺形阀式射流冲击器、盖板流阀式射流冲击器、连体阀式射流冲击器、麻雀型阀式射流冲击器，其工作原理与传统射流冲击器类似。实验包括凹劈、凸劈、尖劈、平劈实验。实验结果表明：通过改变劈形，增加阀等措施，除麻雀型阀式射流冲击器外，均可实现正常冲击。但连体式射流冲击器中的阀及尖劈极易损坏。为了实现深井钻井，建议采用加大喷嘴过流断面面积、改变劈形等措施来解决新型液动阀式射流冲击器易损坏的问题。     

液动射流式冲击器的研究现状与发展方向

冲击器作为旋冲钻井工艺技术实施的核心部件,其性能直接关系到旋冲钻井的效果。介绍了液动射流式冲击器的结构、原理和优点,并对冲击器的计算机仿真技术、结构优化及加工现状、性能测试现状进行了评价分析,指出液动射流式冲击器今后将朝着长寿命、大冲击功以及系列化、集成化方向发展。通过对冲击器的持续研究和改进,旋冲钻井工艺技术必将广泛应用于石油钻井行业。     

射流冲击器配合PDC钻头在超深井中的应用

射流冲击器配合PDC钻头在超深井中应用可有效提高机械钻速。在简要介绍旋冲钻井破岩机理和射流冲击器的工作原理与性能特点之后,对应用于新疆塔河工区的YSC-178射流冲击器的技术参数进行了优化,选择冲击器活塞行程15 mm,冲锤质量45 kg,分流孔直径13 mm,确定冲击功193～268 J,冲击频率6～19 Hz,压耗1～3 MPa。最后对YSC-178射流冲击器在S116-3井的应用情况进行了详细分析,指出该型射流冲击器与PDC钻头配合进行超深井钻井提速是可行的,应用井例的机械钻速较邻井显著提高。     

石油钻井液动射流式冲击器的设计

根据石油钻井的工况条件，确定了射流式冲击器性能参数的设计目标，利用正交试验法对冲击器的主要结构参数进行了优化设计。优化设计基于大量室内模拟实验数据所建立的数学模型，所设计的冲击器性能参数与实际测试结果基本吻合，优化设计结果也揭示了射流冲击器各结构参数与性能参数相互影响的规律。同时亦介绍了石油钻井液动射流冲击器在结构设计上的创新点。     

射流式冲击器在小井眼钻井中的应用前景

本文从射流式冲击器的工作原理及破岩机理入手，从理论上分析了射流式冲击器在小井眼钻井中的应用前景；认为利用冲击─回转联合钻进可以提高小井眼的钻井速度和防止井斜，对提高钻井质量、降低钻井成本有着重要的意义。     

YSC-178型液动射流冲击器在旋冲钻井中的应用

针对松南气田深部地层存在的诸多技术难题,在该气田试验应用了2套YSC-178型液动射流式冲击器及其配套技术。该冲击器依靠双稳的射流元件来控制活塞冲锤的上、下运动,结构简单,运动部件少,因而工作寿命长,工作不受井深及围压的影响,适用于深井钻井。现场试验表明,2套冲击器入井时间总计120 h,纯钻时间57.71 h,进尺66.87 m,平均机械钻速1.158 m/h。与上部相邻井段单只钻头平均机械钻速对比,调整参数前提高79%,调整参数后提高463%。这表明旋冲钻井在松南地区提速是可行的。如选用适应该地层的耐冲击长寿命钻头并配套使用冲击器,将会取得更加理想的试验效果。     

旋冲钻井在塔河工区超深井段的应用

为提高新疆塔河工区深部地层机械钻速,在该区块试验应用了旋冲钻井技术。针对新疆塔河工区深部地层岩性特点和钻头选型情况,优选出旋冲钻井匹配钻头,优化并确定出射流冲击器结构性能参数。使用改进后射流冲击器首先在塔河工区S116-3井中配合PDC钻头在超深井段进行探索性应用,验证射流冲击器+PDC钻头的可行性,应用井深达6 086 m。随之,在TP324井进行了长井段现场应用,实现了液动射流冲击器与PDC钻头配合实质性应用。S116-3井应用井段:5 998.41~6 086 m,TP324井应用井段为6 151.65~6 912 m,总进尺847.94 m,总纯钻时间314.02,机械钻速同比提高32%~45%。S116-3、TP324井应用结果验证了该技术在深井超深井的提速效果及可靠性,为塔河工区深部地层探索了新的途径。     

液动射流式冲击器结构设计及试验研究

旋冲钻井用液动射流式冲击器焊镶和粘接部位极易开裂导致泄漏、卸压,缸体上、下腔工作压力建立不起来,造成冲击器停止工作或工作断续不稳,影响冲击器的性能。为此,对冲击器缸体进行了一体化结构设计,精选特制高性能热作模具钢材料(HHD),采用整体铸造方式成型,缸体表面采用液体氮化加氧化工艺处理。对该结构冲击器进行了室内性能测试试验和现场应用试验。结果表明,该结构液动射流式冲击器的性能得到改善,具有良好的工作稳定性和参数的可调节性;可以有效地提高深部硬岩地层机械钻速,防止井斜,降低钻井成本。     

阀式液动射流冲击器的研制

液动射流冲击器在深井模拟实验室的试验结果表明，其在实际应用中具有良好的可行性和应用前景。与此同时，也发现了一些问题，如由于喷嘴过流断面较小等原因导致的射流元件易损坏的问题，所以需要增大喷嘴过流断面。但这种改变必然对射流切换造成影响，其它结构参数必须重新设计。而大量模拟试验表明：增大喷嘴过流断面，调整其它相关结构参数，射流能够实现切换。为此，实际冲击器在设计时增设一阀，将信号道移到中板，改变劈形，排空孔下移且合二为一。重新设计的阀式液动射流冲击器与同规格射流冲击器相比，在冲击功及冲击频率方面相差不大，但压耗大幅度降低。     

液动冲击器发展现状及在油气钻井应用探讨

液动冲击钻井技术是解决硬地层钻速慢难题的有效方法之一。着重对液动冲击器的类型、工作原理、发展现状及优缺点进行综述,并对其在油气钻井行业的发展方向进行探讨。分析结果表明:正作用式液动冲击器的尺寸小,主要应用于浅地层,技术成熟,在地质矿探工程中应用广泛;双作用式和射流式液动冲击器的尺寸较大,适用于深井,该技术处于试验阶段,未大规模推广应用;反作用式和射吸式液动冲击器在早期有研究,后期研究较少。在油气钻井行业中,液动冲击器发展方向是输出功率高、关键部件制造要求高、对复杂井下条件的柔性适应性要求高,双作用式和射流式液动冲击器在油气钻井行业中具有较好的发展前景。     

射流泵降低井底压差工具研究现状及性能分析

钻探实践表明,降低井底压差,减小岩屑的压持效应,并尽量实现井底的欠平衡条件,可以显著提高机械钻速。在介绍射流降压技术原理的基础上,综述了环空射流泵、射流降压短节和射流泵钻头等射流泵降压工具的结构特点、降压效果和研究应用现状,并分析了影响各种降压工具降压性能的关键因素。环空射流泵采用单独的动力液驱动射流泵动作,井筒环空压力可降低当量钻井液密度0.16~0.52 kg/L;射流降压短节降压范围有限,当射流泵出口距离井底2 m时,对井底环空几乎没有降压效果;井壁间隙是射流泵钻头降压能力的关键,当井壁间隙为1 mm时,射流泵钻头可使井底压力降低1.86 MPa;当井壁间隙增大到3 mm以上时,射流泵钻头几乎没有降压效果。研究结果为射流泵降压工具的研发提供了理论指导。      

自动旋转喷嘴的理论研究

介绍了自动旋转喷嘴及非接触式液膜密封的工作原理;推导出密封变形公式、密封漏失量公式、压力分布公式以及喷嘴的旋转速度公式;从理论上分析了密封长度、密封间隙、喷嘴直径、喷嘴倾角及喷嘴压降等因素对喷嘴转速的影响.研究表明:非接触式密封解决了现有机械密封寿命短的问题;此密封用于高压旋转喷嘴系统是可行的.     

石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接工艺正交试验研究

针对石油钻头自激振荡脉冲喷嘴结构复杂和制造困难的问题,提出用“模压法分段成形加真空扩散焊连接”制造的新工艺。采用正交试验法,通过极差分析和方差分析,研究了扩散焊接温度、焊接压力和焊接时间等工艺参数对自激振荡脉冲喷嘴焊接接头抗剪强度的影响,确定了因素的主次顺序、因素的最佳水平组合及扩散焊接的最佳工艺参数。试验结果表明,当采用焊接温度1050℃、焊接压力120MPa和焊接时间20min的参数组合时,可获得强度高、致密性好和耐冲蚀的焊接接头,其抗剪强度≥750MPa。该研究可为选择石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接的最佳工艺方案提供依据。     

脉冲射流式液动冲击工具的研制及现场应用

目前,对于水力脉冲射流的研究主要集中在脉冲流场及其作用效果等方面,而在液动冲击与脉冲射流协同破岩方面则还是空白。为此,基于脉冲射流相关理论,将液动冲击提速与脉冲射流协同破岩有效结合起来,分析其工作原理与实现条件,研制了脉冲射流式液动冲击钻井工具,并通过室内试验和现场实验验证了该工具的破岩能力。结果表明:(1)冲击体质量小于60 kg时,该工具能够运行;(2)液动冲击与脉冲射流协同作用下的钻具组合破岩能力明显优于其他钻具组合的破岩能力,在水平钻进过程中,其提速效果更明显;(3)冲击效果由冲击体的质量和冲击频率决定,质量为30 kg的冲击体的冲击效果更好;(4)脉冲射流越大,其破岩能力越强,减小工具喷嘴的直径能够增大脉冲射流;(5)液动冲击对高硬度岩石的破碎具有更明显的加速效果,对于胶结程度较差的岩石,通过增大脉冲射流,可更大幅度地提高破岩速度。现场应用效果表明,液动冲击与脉冲射流协同作用下的钻具组合的机械钻速为2.52 m/h,较之于常规钻具组合,该工具平均提速可达72.5%。结论认为,该工具为解决深井与水平井钻进速度慢、压持效应明显与岩屑清理困难等问题提供了新的思路。     

柴油加氢装置和加氢裂化装置联合优化压减柴油和多产喷气燃料的工业实践

为应对市场需求变化,采用加氢裂化装置掺炼柴油加氢装置中段馏分油的方式进行两套装置的联合优化。应用结果表明,优化后柴油产品的收率降低6.78百分点,闪点（闭口）由65.0 ℃提高至77.5 ℃,运动黏度（20 ℃）由3.010 mm²/s增大至3.540 mm²/s,喷气燃料产品收率提高5.08百分点,达到了改善柴油质量、压减柴油和增产喷气燃料的预期目标。     

空化射流及其在钻井破岩中的应用前景

空化射流在地面低环境压力下已经获得了广泛的应用，但是在地下高环境压力下的应用却遇到了一定的困难。为此，阐述了空化现象和空化射流研究简史、空化形成的机理、检验空化生成的方法和影响空化的因素；讨论了传统上用于判断射流是否空化及空化程度的空化数的合理性,结果为用空化数不能判断射流的空化状态，流场中具有绝对压强小于或等于汽化压强的区域是射流空化的必要条件。针对空化射流比普通射流破岩能力强的问题，分析了Rayleigh空穴湮灭冲击压强计算公式存在的问题，给出了空化射流中的流体质量脉动引发作用在岩石表面上的压强脉动是导致岩石破坏的主要原因的理论解释。应用自振射流喷嘴能提高油气井钻进速度的原因不是射流空化，而是脉动的射流在岩石表面产生的脉动压力。在分析深井钻井的高温、高围压等特殊环境和空化形成机理后，认为空化射流应用于深井钻井很难。     

沙特HWY区块HWY-116井提速技术

为提高沙特HWY区块三开直井段钻进坚硬、强研磨性地层时的机械钻速,在HWY-116井三开井段进行了液动射流冲击器旋冲钻井技术试验。根据液动射流冲击器性能参数与岩石抗钻特性参数的关系,与HWY-116井钻井设计结合,优化了钻具组合,选择了与液动射流冲击器配合的PDC钻头,优化了旋冲钻井参数,形成了适用于HWY-116井的?228.6 mm液动射流冲击器旋冲钻井提速技术。应用该提速技术后,HWY-116井三开井段机械钻速为9.40 m/h,与邻井相同井段相比提高了45.5 %。这表明,应用液动射流冲击器旋冲钻井技术可以提高沙特HWY区块坚硬、强研磨性地层的机械钻速。      

WSP特殊螺纹接头油井管的研制

介绍了WSP特殊螺纹接头的基本结构和设计思想,运用有限元方法,重点论述了密封设计和连接强度设计的方法和准则,并通过全尺寸试验进行了验证。计算和试验结果表明,该接头具有先进的螺纹形式、合理的扭矩台肩和金属/金属密封结构,有效地克服了API圆螺纹和偏梯形螺纹的不足,螺纹达到了与管体等强度,气密封能力达到了管体的内壁屈服压力。研究结果可以为开发更多适合油气田实际的特殊螺纹接头油井管提供参考。     

井下振动减摩器的设计及试验研究

冲击旋转钻井技术是解决硬岩钻井难题有效的方法之一．然而现有的冲击器大都是为直井而设计的，应用于大位移井、水平井的冲击器还不多见。文章介绍了应用于大位移井、水平井钻探的冲击器——井下振动减摩器的设计计算．包括工作原理、水击压力、弹簧、强度和密封设计．以及计算实例．并进行了室内试验。试验结果表明，其结构设计合理．为现场试验及应用奠定了基础。