自动猫道起升系统动力学模型与分析

在对钢丝绳拉升式自动猫道进行现场试验时发现钢丝绳载荷波动明显,无法完成目标重量管柱的起升.为此,分析了钢丝绳拉升式自动猫道的结构与运动特性,并基于达朗贝尔原理建立了自动猫道的动力学模型,采用MATLAB软件进行数值求解并分析了基座上挡块与坡道底端的距离、移送臂与支撑臂的铰接位置、支撑臂长度对钢丝绳载荷的影响,分析得出将基座上挡块调整至坡道底端、合理降低支撑臂长度能有效降低起升过程所需钢丝绳拉力.依据分析结果调整自动猫道结构尺寸后进行现场试验,液压绞车的最大起升油压下降超过2 MPa,自动猫道机起升能力得到提高.该分析与实验结果可为钢丝绳拉升式自动猫道结构设计与优化提供指导.     

组合油管对水平井修井管柱下入能力的影响研究

针对修井管柱在大水垂比、长水平段水平井下入困难的问题,采用修井管柱2种规格油管组合下入作业的方式,开展了不同油管长度比例对修井管柱下入能力影响的研究。基于水平井井眼轨迹的特点,综合考虑修井管柱在各井段的受力情况,建立了修井管柱在水平井垂直段、造斜段和水平段下入过程中的载荷计算模型,应用插值法、迭代法及分段判别计算法实现了模型的求解,并编制了相应的计算软件。基于现场数据进行了修井管柱下入能力的实例研究,结果表明：相较于修井管柱主体为单一线重油管和其他不同长度比例的2-7/8和3-1/2两种线重组合油管,组合油管中线重较大的3-1/2油管下入到井斜角为56.3°左右的井深时修井管柱的下入能力最佳。研究结果可为油田水平井修井管柱的安全下入提供指导。     

井眼轨迹控制工具内偏心环啮合与运动轨迹模拟

偏心环是高造斜率井眼轨迹控制工具造斜的核心部分。精确控制内、外偏心环是高造斜率井眼轨迹控制工具轨迹控制精度高、井眼净化好等诸多优异性能的保证。为此,通过运用SolidWorks Motion动态模拟,对内、外偏心环的理想工作状态和实际工作状态分别进行仿真和对比分析,得到偏心环的实际运动轨迹和内偏心环啮合尺寸的内在联系,指出开孔直径与螺栓直径的差值应该大于整个偏心机构的偏心距才不会干涉,从而选择出高造斜率井眼轨迹控制工具最佳的内偏心环驱动啮合尺寸。该项研究结果对高造斜率井眼轨迹控制工具的优化设计具有重要意义。     

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随着国内外众多大型的油田开发进入中后期,以及新勘探特殊油藏的需要,中短半径水平井应用的越来越多。由于在套管内侧钻中短水平井时的造斜率要求较高,目前通常需要使用较大结构弯角的螺杆钻具。合理建立螺杆钻具在下入前后的位置(坐标)模型对于单弯螺杆钻具在井口能否下入的后续分析模型计算显得尤为重要。试验在螺杆钻具基本组成的基础上,通过改变螺杆钻具上部无磁钻杆、加重钻杆的距离,确定下入后钻具组合在套管入口处的坐标值及其下入前的坐标值,为后续进行单弯螺杆钻具在井口的下入性分析研究的计算模型提供一定的理论基础。     

基于正交试验和神经网络的液压杆稳定性研究

以Euler公式为基础,发现动力猫道液压杆的稳定性与其缺陷的形状、面积、深度及位置有关。通过对液压杆屈曲载荷的模拟计算,运用正交试验法分析缺陷的形状、面积、深度及位置对液压杆屈曲载荷的影响。研究结果表明:缺陷的面积、位置和深度对液压杆稳定性具有显著影响,其发生不显著情况的概率分别为0.007, 0.021, 0.008;缺陷的形状对液压杆稳定性影响显著性相对较小,其发生不显著情况的概率为0.123;对液压杆稳定性影响大小次序依次为缺陷面积>缺陷深度>缺陷位置>缺陷形状。正交试验建立的神经网络预测模型经实验验证,对含缺陷液压杆屈曲载荷预测具有很高的准确度,此方法可为含缺陷液压杆的稳定性校核及安全使用提供有力的技术保障。     

气体钻井连续循环短节旁通阀的设计与分析

气体钻井连续循环短节能有效解决井底压力不易控制、地层孔隙压力与破裂压力之间的操作压力窗口窄小、井眼鼓胀效应严重以及油气意外入侵等难题。设计了一种气体钻井连续循环短节,对其核心组件旁通阀在两种工况下受力状态进行了分析:关闭和打开两种工况下循环介质均会对阀体局部产生冲击力,易造成阀体局部强度破坏,且旁通阀关闭时,容易出现循环介质泄漏的情况。利用ANSYS有限元分析软件模拟了旁通阀处于关闭和打开两种工况下阀体的力学行为,对阀体危险截面进行分析。结果表明,该阀体结构满足各种工况下的强度条件,且旁通阀处于关闭状态时对密封性能有严格要求。研究同时完成了旁通阀密封副的密封设计分析。     

气体钻井连续循环短节的设计与本体的力学分析

气体钻井是欠平衡钻井技术的重要组成部分,可以提高钻井速度,但接单根工况需要中断循环,容易造成岩屑沉降、井壁垮塌、卡钻等安全隐患。为此,设计了一种在气体钻进中接、卸钻具可保持气体连续循环且便于安装和拆卸的短节,其主要结构包括短节本体、主通阀、旁通阀和旁通接头,重点解决了其核心部件主通阀、旁通阀的结构设计;在对其本体进行静力学分析的基础上,运用ANSYS有限元分析软件,模拟了短节本体在受拉伸、扭转、内压工况下的受力状况。分析结果表明,其应力分布趋势与弹塑性力学分析结果相符,在短节本体两处圆孔附近产生应力集中现象,最大变形量仍然处于材料弹性变形阶段。有限元分析结果与弹塑性力学分析结果相符,能满足本体强度的要求。该成果为解决大位移井、欠平衡井、窄密度窗口井等安全钻井提供了新的方案。     

微电机驱动电路设计

微电机控制系统是以AT89C52单片机作为控制核心,达林顿阵列作为驱动电路,矩阵键盘作为输入,LCD显示作为输出,运行C语言编程实现系统的各项功能。该系统具有性能稳定、成本低廉等优点。     

深水测试管柱与隔水管的横向承载特性

在海上深水油气井测试过程中,隔水管、测试管柱与海水、环空流体、管内流体相互作用,并组成海上测试的“管中管”结构体系,目前对于由隔水管—测试管柱组成体系产生的复杂横向承载特性的认识不足。为了给海上安全测试作业的控制提供理论支撑,针对我国南海测试使用“管中管”体系结构及作业水深超过900 m的特点,建立了海水段测试管柱的井筒温度场、压力场及轴向力计算模型;考虑内外流体与管柱相互作用,建立了隔水管和测试管柱横向动态受力模型;基于数值求解方法,进行了不同顶张力、悬挂力、海流流速及平台漂移下的“管中管”结构体系横向承载特性分析。研究结果表明：①增大顶张力、悬挂力均能减小管柱体系的横向最大承载参数,同等幅度下的顶张力对管柱横向承载参数的影响更明显;②随着海流流速的增加,管柱体系的最大横向位移、转角、弯矩增大明显;③随着平台漂移量的增加,管柱体系的最大转角和弯矩先减小后增大,即顺着海流方向使平台产生适当的漂移有助于减小管柱体系横向的最大承载参数。结论认为,该研究成果可对海上测试作业的安全控制提供理论支撑。     

深水测试地面流程管道气流脉动及典型弯管振动分析——以南海M井为例

在深水测试作业中,管线振动问题严重影响着地面流程的长周期安全运行,这一现象在弯管段尤为突出。为此,基于弯管内流流动模型,以深水测试地面流程典型弯管为研究对象,进行了气流脉动和管道振动分析。结果表明,气流脉动对管道的动态响应有着重要影响,弯管段的振动频率与气流脉动频率相近时,振动程度剧烈。基频下地面测试管线动力响应分析表明,在内压呈正弦波动时,随着内流压力均值的增大,弯管最大位移、应力和加速度响应均增大;随着压力不均度增大,弯管的最大应力先增大后减小,但最大位移和加速度响应变化较小;在气流脉动一定时,随着弯管弯曲半径的增大,弯管的最大位移增大,最大应力减小,最大加速度在内压波动的前1/4周期波动明显,随后趋于稳定;弯管弯角由90°变为135°时,最大位移响应减小,而其最大应力和加速度响应增大。