三维水力振荡器性能影响因素研究

为解决滑动钻井过程中大摩阻问题,结合现有轴向振荡释放摩阻以及钻柱扭摆释放摩阻的原理,设计了三维水力振荡器。阐述了三维水力振荡器的工作原理,并对其关键部位阀口进行了理论分析,得到阀口过流面积以及压降随时间变化关系。分析了三维水力振荡器作用区间,在不影响导向钻具工作的前提下,确定了三维水力振荡器安放位置。以φ172 mm三维水力振荡器为例进行分析,分析结果表明:当压力脉冲为0.03~2.90 MPa时,水力振荡器具有较好的轴向振荡效果。确定三维水力振荡器的作用区间为20 m,故三维水力振荡器安放位置与导向马达距离保持在20 m以上,可保证导向马达不受三维水力振荡器影响。研究结果可为水力振荡器的现场应用提供参考。     

水力振荡器激励力形式对减阻效率的影响分析

现有研究对水力振荡器的激励力形式研究较少。考虑摩擦力的非线性效应，引入初始条件、边界条件和连续性条件，建立了带水力振荡器的钻柱动力学模型，利用有限差分法进行求解。以减阻效率作为目标函数，考虑钻柱失效和水力损失等约束，对减阻因素进行参数优化。研究结果表明：振幅和频率的增加均可有效降低摩擦力，提高减阻效率；在激励能量相同的条件下，大振幅和高频率下的激励力形式，即脉冲式激励力，更有利于提高减阻效率，3种因素的影响排序为激励力形式>振幅>频率。建议采用激励力形式2,即振幅45 kN,频率22.5 Hz。研究结果可为带水力振荡器钻柱的安全控制和优化设计提供一定的指导。     

石油钻井工具用非标碟簧力学特性研究

石油钻井工具常使用非标碟形弹簧缓冲振动,基于大变形弹塑性理论,使用有限元法分析了118 mm非标碟簧在加载过程中的力学特性。分析结果表明,随碟簧压缩位移增加,VonMises应力、周向应力、轴向应力、轴向变形量、周向变形量和厚度t轴向变形量呈非线性增大趋势。压缩位移小于2.5 mm时,碟簧未出现塑性变形;压缩位移为2.5 mm时,周向应力、轴向应力、轴向变形量和厚度t轴向变形量剧增,且碟簧发生塑性变形。对碟簧进行了刚度试验,压缩位移小于0.47 mm时碟簧刚度约为0.66 kN/mm,压缩位移大于0.47 mm时碟簧刚度值约为2.74kN/mm。结合数值模拟结果,建议单片碟簧的工作载荷应小于6.02 kN。该项研究结果表明,有限元法和碟簧刚度试验测定相结合,可以分析非标碟簧的工作力学特性,确定非标碟簧的最大工作载荷,为其科学使用提供依据。     

水力振荡器性能影响因素研究

水力振荡器通过产生轴向振动带动钻具产生轴向蠕动,可在一定程度解决滑动钻进过程中的托压问题。为了探讨水力振荡器性能的影响因素,建立了带有水力振荡器的钻柱轴向能量传递数学模型,通过数值模拟分析了水力振荡器的激振力、振动频率及安放位置对减阻效果的影响。分析结果表明:水力振荡器的激振力对减阻效果的表现十分显著,并且水力振荡器的激振力越大,减阻效果越明显,因而在条件允许的情况下,尽可能地选取激振力较大的水力振荡器配合钻进;在同一条件下,水力振荡器的安放位置对钻压的变化较为显著,减阻效果也有差异。所得结论可为合理选择水力振荡器提供参考。     

自激式涡流控制水力振荡器研制与应用

自激式涡流控制水力振荡器具有无易损件、制造成本低和压降小的优点，可减小钻进过程中的摩阻，降低压差卡钻的可能性，改善钻压传递效果，提高机械钻速。为了解决大位移井、长水平段水平井钻井过程中的高摩阻问题，研制了自激式涡流控制水力振荡器。该振荡器由稳态射流元件和涡流可变液阻区2部分组成，主要利用射流的附壁效应和特定的流道形式产生周期性涡流，以产生轴向振荡。采用二维平面模型，基于计算流体动力学方法，采用数值模拟方法，分析了自激式涡流控制水力振荡器内部的流动状态和其性能参数与入口流量的关系。数值模拟结果表明，自激式涡流控制水力振荡器的主要性能参数压力脉动幅值与入口流量呈平方关系，压力脉动频率与入口流量呈线性关系。现场应用表明，自激式涡流控制水力振荡器不仅能显著提高机械钻速，而且不会对随钻测量工具产生影响，具有结构简单、功能可靠和工作特性优良的特点。      

国内外水力振荡器的研究现状及展望

针对目前定向井段和水平段钻进过程中为提高机械钻速使用水力振荡器出现的问题,分析了水力振荡器的研究现状与现场应用状况。首先介绍了国内外不同水力振荡器的结构,分析了其优缺点;然后结合现场资料,通过实例对比了水力振荡器和旋转导向钻井工具的提速效果;最后针对水力振荡器在应用时出现的一系列问题给出了相关建议。现场应用效果统计资料表明,水力振荡器能降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本,与旋转导向工具相比,机械钻速可提高29.8%,钻井成本可降低38万元。但存在实际工作排量达不到设计要求、安放位置不合理、自身压耗高、损坏MWD等精密仪器和耐冲蚀性偏差等问题,严重影响了水力振荡器的应用。为解决这些问题,需要对水力振荡器进行持续完善和改进。      

射流式水力振荡器振动频率分析与现场应用

为了解射流式水力振荡器的振动对井底钻具结构强度的影响程度,利用CFD数值模拟方法和地面试验方法分别对其振动频率进行了研究,分析了振动频率和振动位移随排量变化的规律;同时对射流式水力振荡器的提速效果在张海某井进行了现场验证。分析结果表明,不同排量下射流式水力振荡器的振动频率在6.5~9.8 Hz内变化,振动频率较小且小于10 Hz,说明振动频率受排量影响不大,随着输入排量的增大,振动频率呈现缓慢增大的趋势;射流式水力振荡器不仅对MWD的信号传输没有影响,而且具有显著提高钻井机械效率的作用,可明显减小钻井摩阻,缓解托压现象。所得结论对水力振荡器的优化和钻井工艺设计具有指导意义。     

水力振荡减阻钻进技术发展现状与展望

随着水平井和大斜度井在油气开采中的广泛应用,钻进过程中钻柱与井壁之间摩阻较大时常产生托压现象,导致无法有效施加钻压,影响机械钻速,甚至诱发黏吸卡钻等井下事故。水力振荡减阻技术采用水力振荡器在钻具轴向产生一定频率和振幅的振动,将静摩擦力转变为动摩擦力,以减少钻具与井壁之间的摩阻,具有良好的发展前景。从振动减阻的原理、国内外水力振荡器典型结构、关键技术等方面系统分析了国内外水力振荡器的研究现状,指出现有水力振荡器存在的问题,提出应发展涡轮动力水力振荡器的建议,可为该技术的发展和提高提供参考依据。     

水力振荡器性能影响因素试验研究

水力振荡器性能与其振荡频率、压降、流量和阀盘参数相关。为此,开展了阀盘参数对水力振荡器性能影响的试验研究,得到如下结论:1当水力振荡器的动阀尺寸及螺杆型号一定时,在相同定阀阀口直径下,流量越大,压降越大;在相同流量下,定阀阀口直径越大,压降越小。2当动阀尺寸及螺杆型号一定且定阀阀口直径相同时,流量越大,振荡频率越大;在相同流量下,定阀阀口直径对振荡频率的影响很小,也即定阀阀口直径对阀闭合频率影响很小,决定阀闭合频率的主要因素为螺杆自身结构。3当动阀尺寸及螺杆型号一定时,振荡频率与流量呈线性关系。研究结果可为水力振荡器的结构优化及现场应用提供理论依据。     

石油钻井中非标碟簧优选设计及力学性能研究

石油钻井中采用的非标碟簧与标准碟簧在结构上存在显著差异,且按照常规算法计算的力学性能也与工程实践有较大出入。鉴于此,对设计的两类碟簧分别使用A-L法、Muhr法和有限元法求解单片碟簧在准静态条件下的载荷-位移曲线,并与试验结果进行对比;按不同高厚比分析两类碟簧的载荷-位移、刚度特性曲线,得到优选型号;分析了最优型号在静载下的应力与应变情况。研究结果表明:在考虑材料的弹塑性与大变形等因素下,有限元法能更准确地描述非标碟簧的力学性能,同时也能够根据载荷要求快速优选所需型号;在未达到屈服条件时碟簧内已出现一定的塑性变形,通过控制塑性应变量,优化点的有效工作区间、极限载荷与工程参考点相比分别提升30%与15%。研究结果为石油钻井中非标碟簧的优选与设计提供了科学指导。     

Ф172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用

川西中浅水平井由于受到地层因素的影响,普遍存在井斜难以控制,钻井效率难以提高的问题。水力振荡器可以使常规的钻具组合克服定向钻进过程中遇到的常见问题。在马蓬23—3HF井、新沙21—28H井施工过程中应用了Ф172mm水力振荡器。结果表明,合理的钻井参数配合水力振荡器能够改善井下钻压传递效果,明显降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期。     

水力振荡器的研制及现场试验

应用水力振荡器可有效降低滑动钻进钻具组合与井壁间的摩擦力并有效改善钻压传递,减小井下扭转,减轻横向振动并提高机械钻速,延长PDC钻头的使用寿命。为此,开展了水力振荡器的研制工作。介绍了水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术的减阻原理,对水力振荡器的主要结构进行了技术分析。胜利油田3口井的试验结果表明,工具原理正确,结构可靠,压力损耗4.5MPa左右,工作寿命超过100 h,可提高机械钻速20%以上;同时还可改善定向钻进工具面的控制,有效提高定向能力。水力振荡器对常规PDC钻头及牙轮钻头具有良好的适应性。     

φ172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用

川西中浅水平井由于受到地层因素的影响,普遍存在井斜难以控制,钻井效率难以提高的问题.水力振荡器可以使常规的钴具组合克服定向钻进过程中遇到的常见问题.在马蓬23-3HF井、新沙21-28H井施工过程中应用了φ172 mm水力振荡器.结果表明,合理的钻井参数配合水力振荡器能够改善并下钻压传递效果,明显降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期.     

水力振荡器的研制与现场试验

为了解决水平井钻进过程中摩阻大、托压的问题,提高水平井钻井效率,研制了水力振荡器。依据机械振动理论,井下钻具在一定频率轴向振动时,可以将钻具与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦,且动摩擦力小于静摩擦力;水力振荡器是以钻井液作为动力源,驱动振荡器轴向运动带动井下钻柱沿轴向振动。在卫 186-平142 井进行了水力振荡器现场试验,进尺501.00 m,累计工作时间96 h,托压减小20~40 kN,滑动钻进36.77 m,机械钻速提高54.9%,复合钻进464.23 m,机械钻速提高23%。现场试验结果表明,应用水力振荡器钻进时能够降低水平井摩阻,减小托压,提高机械钻速。      

板翅式热交换器中一种新型正弦波纹流道的数值模拟

采用数值模拟方法对板翅式热交换器周期性正弦流道中层流流体的传热性能进行研究,得出了翅片流道截面结构尺寸、振幅和波长对正弦流道传热综合性能的影响。结果表明,传热综合性能随截面宽度增大而降低,随着波长的增大而增大。截面高度对传热综合性能的影响呈现出不规律性,当截面高度5mm时综合性能最佳。振幅对综合性能的影响随雷诺数不同而不同,Re=50时随振幅增大综合性能不断降低;Re≥100时,在相同Re下,随着振幅增大,综合性能也提高。模型截面宽度2.5mm、截面高度5mm、振幅2mm、正弦波长30mm时具有最佳的综合性能。     

水力振荡器振动特性的影响因素

为了合理分析水力振荡器的振动特性影响因素,文中根据水力振荡器在井下的实际工况,通过条件假设、模型简化,建立了关于水力振荡器井下工具组合的振动分析模型,选取合适的钻井参数,分析得到水力振荡器在静阀板中心孔直径不同、相对钻头的安放位置不同时的振动特性。通过室内实验与下井试验,进一步分析这2个重要参数对工具振动特性的影响。研究表明:随着静阀板中心孔直径的增大,水力振荡器的振动位移和振动速度均逐渐减小;随着安放位置与钻头距离的增大,水力振荡器的振动位移和振动速度均逐渐增大。研究结果对下井工艺的应用具有重要指导意义。     

水力振荡器室内测试平台研制及应用

水力振荡器通过高频轴向震动,能够有效减少钻井摩阻,施加钻压,提高机械钻速,解决钻井过程中
托压、机械钻速慢的问题,其主要指标是轴向振动力、振动频率和振动位移。为进一步检测其性能指标,川庆钻采
院研制了一种水力振荡器室内测试平台。应用结果显示,研制的水力振荡器室内测试平台能真实的模拟水力振荡
器井下工作状态,对其功能性、可靠性和工作指标进行检验、检测,为水力振荡器的现场推广应用提供了有力的数
据支撑。     

水力振荡器的研制与应用

随着大斜度井、水平井钻井工艺技术的日趋成熟和小井眼技术的应用和发展,受井斜度增加、井壁摩阻大等因素影响,常规钻井中传统的依靠钻柱重力施加钻压的方法已经不能很好地满足施工需要。研制了一种利用高压液流提供轴向振动的井下工具——水力振荡器。对水力振荡器的结构、原理、技术特点、技术参数、性能试验等方面进行了详细阐述,并进行了台架性能试验,表明该产品性能和可靠性达到了设计要求。经现场井段应用验证,该水力振荡器使用效果良好。     

水力振荡器在五段制井中的适应性研究与应用

五段制井降斜段或下直段滑动钻进托压严重,滑动钻进困难,滑动效率低。实钻数据表明,水力振荡器在五段制井中缓解托压的效果有好有差。分析认为这与水力振荡器的工作特性、使用的井段等有很大的关系。因此,本文在分析了水力振荡器工作特性的基础上,研究了水力振荡器在五段制井眼中的适应性。现场应用效果表明,水力振荡器有效缓解五段制井降斜段滑动钻进托压问题,但是不能缓解下直段滑动钻进托压问题。本文的研究结果为五段制井合理优选水力振荡器、优化水力振荡器安放位置有重要的意义。     

连续油管水力振荡器断裂失效分析

为了探究连续油管水力振荡器断裂失效原因,通过无损检测、理化性能检验及断口分析等方法,对失效样管进行了研究与分析。结果显示,失效样管的理化性能满足设计要求,样品表面存在缺陷。研究表明,失效的主要原因是连续油管水力振荡器定子在交变应力和含砂流体冲蚀的共同作用下产生疲劳和冲蚀缺陷,最终导致断裂失效。建议重视水力振荡器零部件在交变应力作用下的疲劳断裂失效行为,适当选材,并通过热处理方式提高材料的抗疲劳强度;提高工件表面光洁度,以减少应力集中;工具使用完后应加强无损检测,避免工具突然断裂造成的损失。