水平井自扶正式电缆牵引器的设计

在水平井测井、修井等作业过程中,通过电缆牵引器可将仪器输送至井下准确位置,能大大降低成本,缩短作业时间。针对牵引器在井眼中的牵引力、越障能力以及井眼适应能力不足的问题,设计了一种水平井自扶正式电缆牵引器。该牵引器主要由地面控制系统和上、下2组牵引装置组成。牵引装置的传动齿轮机构啮合性好、传动稳定,牵引器控制灵活;呈120°轴向均布的3组驱动机构起自扶正作用,能大大缩短牵引器的整体长度,提高牵引器在井下驱动的稳定性、承载能力和适应井眼能力,增强牵引器在井下作业的柔性弯曲适应能力和越障能力。     

钢管斜截切割的数学推导与工程实践

为了满足钢管斜截切割的要求,建立了钢管斜截切割的数学表达式,采用不锈钢轧制的带形轨道和链式传动的方式使火焰切割小车沿被切钢管做周向运动,割炬沿被切钢管的轴向运动由步进电动机带动滚珠丝杠完成,上述两维运动合成为割炬的斜切运动,割炬周向位置的检测、割炬轴向位置及折返点的确定均由单片机控制完成。对不同直径、壁厚钢管的切割结果表明,切割轨迹与钢管斜剖面完全重合,满足了工程的要求。     

水平井牵引器系统力学研究

水平井牵引器的动力性能直接影响牵引器的工作质量,因此对牵引器进行力学研究至关重要,而传统的牵引器研究方法较为简单。为获得更为准确的牵引器运动模型,首先对水平井牵引器在正常前进过程中所受到的各种外力进行研究,其中包括对电缆阻力、仪器阻力、流体阻力、井斜阻力和加速阻力的分析,根据分析得到各种阻力的计算公式,推导出了较为精确的牵引方程。根据实际井下信息和牵引方程,可以绘制牵引器下入井深与牵引力之间的关系曲线,并确定牵引器所需的最小牵引力和各井深处牵引力大小等关键参数。通过与牵引器实际施工数据的对比,发现这种分析方法与现场结果较为接近,预测的牵引力变化曲线较为接近实际曲线,表明此分析方法具有一定的实用性。研究结果可为牵引器的优化设计与应用提供科学依据。     

管柱轴向变形对井下作业的影响

综合分析了管柱轴向变形对井下不同作业工况的影响,阐述了计算井下作业管柱轴向变形的重要性,为建立井下作业管柱轴向变形理论计算模型做了很好的铺垫。     

微小井眼电机驱动CT牵引器控制系统设计

微小井眼连续管(CT)井下作业技术在钻井、测井、修井、完井、气举采油等方面优势突出,但因微小井眼直径小,CT在井眼中不旋转,井下遇阻严重,送进困难,严重影响该项钻井技术的应用与推广。在分析国内外牵引器研究现状的基础上,设计了一种微小井眼井下电机驱动CT牵引器控制系统。该系统直接利用4个伺服电机驱动与控制牵引器牵引井下CT下入和取出,减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性和利用循环液压阀来控制管路的复杂性,节省了液压管路的空间,使作业过程能正常循环井底液体。CT牵引器控制系统适用于小井眼井下牵引作业,稳定性好,牵引灵活,牵引速度快,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难等技术难题,增加了CT在井下的延伸长度,将促进我国微小井眼CT井下作业技术发展。     

基于压差法的水平井岩屑床轴向运移规律研究

为了明确长水平段水平井旋转钻进工况下水平段岩屑床的轴向运移规律,开展了基于压差法的水平井岩屑运移试验。利用设置在井筒轴向不同位置的多个压差传感器,测量井筒的瞬时压降,用来表征岩屑床在井筒中的轴向分布,并据此计算了岩屑床运移速度,分析了流体密度、排量、转速对岩屑床运移速度和压降的影响规律。结果表明：该方法能够表征岩屑床运移特征,精细刻画了岩屑床在井筒轴向位置的分布;岩屑床运移速度与流体密度、排量和转速呈正相关关系;排量增大,可显著提高岩屑床运移速度,但压降迅速增大限制了加快清岩的最大排量;转速增大,能够提高岩屑床运移速度,且对井筒压降基本没有影响。研究结果明确了水平井岩屑床的轴向运移规律,为井下岩屑床轴向分布测量提供了理论基础,并有助于规避井筒压力复杂和卡钻等风险。     

深水钻井作业井下循环温度场预测

深水钻井作业时,海水对流换热作用对井内循环温度计算影响显著。考虑海水区域的对流换热,管柱内、环空内流体的轴向、径向热传导,以及管柱壁径向热传导,建立了深水钻井作业井下循环温度场的预测模型,讨论了海水对流换热、有无隔水管和一维、二维地层边界条件的影响。结果表明:海水对流对井下循环温度的影响较大,必须考虑海水区域的对流作用;无隔水管工况下,海域内管柱内流体、筒壁的温度明显低于有隔水管的工况;二维地层边界条件计算速度较慢且计算精度会受影响,无特殊需求推荐采用一维地层边界条件。与现场实测温度对比,本文模型计算值与实测值基本吻合,验证了本文模型的正确性。     

涡旋压缩机滚珠防自转机构动力特性研究

针对涡旋压缩机滚珠防自转机构的动力特性问题,建立了滚珠防自转机构分析模型,基于滚珠防自转机构的工作原理,从运动学和机构学角度对滚珠进行受力分析,建立了滚珠力学模型,应用三维建模软件和有限元分析软件ANSYS,建立了单个滚珠和动、静导轨的三维模型,通过ANSYS计算得出滚珠和动、静导轨的应力和变形云图,并对滚珠的变形和应力云图进行分析,同时对滚珠在交变载荷作用下的疲劳强度及疲劳寿命进行了分析讨论。研究结果表明,最大应力和变形发生在滚珠和滚道接触区域,疲劳寿命分析结果表明滚珠能长时间稳定工作。     

水力波动注入压裂下连续管的动态力学行为

为了解水力波动注入压裂作业中连续管的动态力学行为,根据流体力学和弹性力学理论,建立了水力波动注入压裂下连续管在井下的动态载荷及其应力强度模型,分析了波动排量、工作转速、井深及注入时间对连续管环空动态压力及动力强度安全性的影响。分析结果表明:与稳定排量注入方式相比,采用波动注入方式可以降低连续管井口环空最高压裂作业压力;水力波动注入压裂工艺虽对井下连续管的动力强度有一定的影响,但是仍可确保压裂作业中全井段连续管处于安全状态;水力波动注入压裂过程中,井下连续管的力学行为呈现出复杂的动态力学特征。分析结果为水力波动注入压裂作业过程中连续管的失效机理研究提供了理论依据。     

井下牵引器扶正机构扶正臂优化设计

井下牵引器扶正机构扶正臂的弹性系数与其结构参数密切相关,在设计时需进行优化。现有文献中采用的方法侧重于选定设计时的参数验算,不适用于优化设计阶段。鉴于此,采用"伪刚体模型"法,将井下牵引器扶正机构扶正臂的非线性几何变形的分析转化为利用刚体机构理论来求解,避免了对非线性弹簧函数进行复杂的微积分运算,用虚功原理分析井下牵引器扶正机构扶正臂的受力、变形及结构参数之间的关系,建立了力学模型,得到在扶正臂长度及曲率半径不变的情况下,随着横截面高度的增加,扶正臂工作在正常管径和缩颈区域最大应力值的变化幅度随之增加的结论,优选出适用于150 mm管径的井下牵引器扶正机构扶正臂的结构参数。研究内容提供了一种对非线性大变形机构进行优化设计的简单方法。