矩形喷嘴对PDC钻头井底流场影响的研究

针对PDC钻头的水力能量清洗井底和冷却钻头的作用充分发挥的结构设计问题,先分析了矩形喷嘴的射流特性,得到了射流轴心动压力衰减规律和横向动压力分布规律及横向动压力梯度分布规律,通过CFD仿真软件CFX对PDC钻头井底流场进行了模拟,将矩形喷嘴和圆形喷嘴对比,分析得知喷嘴位置在等速核长度内,矩形喷嘴更有利于清除岩屑和冷却钻头。     

基于Matlab的PDC钻头布齿软件设计

合理的布齿设计是保证PDC钻头工作性能优良的关键,在研究PDC钻头布齿设计理论和方法的基础上,开发了PDC钻头布齿设计软件。软件采用Matlab编写,具有设计速度快、精度高、可操作性强,使用方便等优点。     

环脊式PDC钻头破岩机理实验研究

环脊式PDC钻头是一种采用不连续布齿原理在井底形成易破碎岩石环脊的钻头技术新思想。在不同岩性、不同岩脊尺寸等条件下,开展了针对岩脊的牙轮牙齿的单齿静压和PDC齿刮切破岩单元实验,以及针对平整表面岩石的对比实验;设计制造了全尺寸可变参数实验钻头,并进行了环脊式PDC钻头与常规PDC钻头的室内钻岩对比实验。实验研究结果表明:与平整岩样的实验相比,牙轮牙齿和PDC齿在岩脊上的切削破碎载荷和破碎比功均显著降低;在全尺寸钻头钻岩实验中,与同等布齿密度条件下的常规PDC钻头相比,环脊式钻头的破岩比功显著降低,破岩效率明显提高;环脊式PDC钻头在钻进过程中有明显的体积性破碎现象,岩屑的尺寸或粒度显著增大,有利于地质录井。     

滚轮式PDC钻头工作机理的试验研究

针对页岩气钻采中定向钻进的PDC钻头扭矩波动大、冲击振动大、工具面不稳定等问题,笔者提出一种刀翼上设置有双侧支撑的滚轮新结构钻头,通过滚轮单元破岩实验以及全钻头钻进破岩实验来开展新型钻头减扭、缓冲机理研究,主要研究6种滚轮轮廓形状、4种滚轮的吃入深度、6种滚轮径向位置、7种PDC齿相对高度等因素对新型钻头扭矩、钻压的影响规律。结果表明：6种轮廓滚轮的等效摩擦系数均低于PDC齿,且为PDC齿的18.65%～43.73%,得出滚轮减扭能力高于PDC齿;6种不同径向位置的滚轮缓冲能力均强于PDC齿,为PDC齿的1.59～9.17倍,滚轮式PDC钻头的扭矩为常规PDC钻头的71.72%～98.33%;随着滚轮与PDC齿相对高度的减小,钻头扭矩逐渐减小,滚轮钻压的占比也逐渐增加,钻头减扭能力、缓冲能力均增加,为适用于页岩气钻采的新型钻头产品设计与研制提供理论支撑。     

泡沫钻井液在钻井泵缸套内的运动分析

从理论上分析了泡沫钻井液在钻井泵缸套内的压缩、膨胀过程,绘制了理论循环指示图;推导出了钻井泵输送泡沫液时的理论循环指示功计算式,并讨论了钻井泵的充满系数。结果表明:充满系数不仅与泡沫特征值Γ1有关,还受泵余隙容积Vc以及泡沫压缩比p2/p1的影响。     

智能井井下测试与数据传输技术分析

智能井技术是目前世界上提高油田采收率的前沿技术之一,在国外得到广泛的应用,而在国内仅处于起步阶段。作为智能井系统的重要组成部分,井下测试与数据传输技术的性能好坏关系到整个智能井系统优化生产决策分析的准确与否。主要介绍国内外智能井井下测试及传输技术的发展历程和技术成果,分析国内井下测试与数据传输技术的现状,为国内发展智能井井下测试与数据传输技术奠定基础。     

基于MATLAB的PDC钻头布齿设计

PDC钻头结构形式变化多样,设计灵活性大,对地层变化的敏感性很强,合理的布齿设计是保证PDC钻头工作性能的关键.目前采用的图解调整法设计PDC钻头存在效率低、欠灵活且有误差等不足.本文在研究PDC钻头布齿设计理论和方法的基础上,开发了PDC钻头布齿设计软件,优点是布齿设计速度快、精度高、可操作性强、使用方便等.     

节流压井管汇冲蚀磨损研究及结构改进

节流压井管汇系统是确保成功地控制井涌,实现油气井压力控制技术的必要装备。采用CFD方法对JGY70节流管汇内部流场进行了气液两相流动的数值模拟仿真,通过对模拟结果分析发现冲蚀区域主要分布在节流管汇入口段100～300（mm）之间的管段上并容易引起该管段的刺穿,与现场的实验情况基本吻合。并针对引起冲蚀磨损现象的主要原因,提出一种新型防冲蚀节流管汇结构。达到降低对节流管汇的冲蚀磨损,更好地满足了现场的使用要求的目的。     

基于MATLAB的PDC钻头布齿软件设计

PDC钻头结构形式变化多样,设计灵活性大,对地层变化的敏感性强,合理的布齿设计是保证PDC钻头工作性能的关键,目前采用的图解调整法设计PDC钻头存在着效率低、欠灵活、有误差等缺点。本文在研究PDC钻头布齿设计理论和方法的基础上,开发了PDC钻头布齿设计软件。该软件用MATLAB语言编写,具备强大的数据处理和图形绘制功能,具有布齿设计速度快、精度高、可操作性强、使用方便等优点。     

定向随钻扩孔PDC钻头优化设计及应用

油气井定向随钻扩孔钻井技术主要用于优化井身结构、提高固井质量及预防复杂地层缩颈卡钻等事故的发生,适用于该钻井技术的破岩工具为扩孔钻头。根据塔河油田深井定向随钻扩孔钻井的实际需要,开展了新型钻头的研发。通过对PDC（polycrystalline diamond compacts,聚晶金刚石）钻头扩孔结构、冠部形状、布齿结构等方面进行优化设计,开发出CK306B型定向随钻扩孔PDC钻头,其中钻头扩孔结构采用二级扩孔设计方案,钻头领眼段的冠部采用“微凸冠顶”结构,钻头的布齿结构根据自平衡原理设置,并对新型随钻扩孔PDC钻头进行稳定性和水力特性的仿真分析。该型钻头在塔河油田深井定向随钻扩孔钻井工程的实际应用中取得良好的使用效果：扩孔井径大于170 mm的设计扩孔井径要求,造斜率达到9.9°/30 m;扩孔钻头平均进尺达到93 m,机械钻速为1.24 m/h,分别比国外同类钻头提高50%和4%。研究结果表明：新型定向随钻扩孔钻头在深井条件下钻进是可行的,能够满足井眼轨迹控制和定向扩孔的要求,且将钻头的不平衡系数控制在0.05以内,能提高钻头的稳定性,减少钻头异常失效现象,从而延长钻头的使用寿命。