指向式旋转导向工具造斜能力影响因素研究

国内对于指向式旋转导向工具造斜能力的研究较少,如果不了解指向式旋转导向工具造斜性能的影响因素,施工中就不能充分发挥其轨迹控制能力。根据底部钻具组合纵横弯曲法,分别建立了工具外筒及心轴纵横弯曲连续梁模型,并根据导向原理,建立了井斜趋势角分析模型,在此基础上分析了BHA结构参数、钻压、钻头 各向异性和岩石可钻性对工具造斜能力的影响规律。分析结果表明,心轴第一跨和第二跨长度、偏置机构位置及偏置力大小对指向式旋转导向工具的造斜能力影响较大：指向式旋转导向工具的造斜能力不易受地层环境的影响,相对于推靠式工具更加稳定,适用范围更广。     

静态推靠式旋转导向钻具静力学特性分析

为了研究静态推靠式旋转导向钻具静力学特性,考虑心轴-外筒-井壁之间的相互作用,结合Timoshenko梁单元与接触单元,建立了静态推靠式旋转导向系统底部钻具组合(RSB-HA)有限元模型,选取Newmark-HHT法作为数值求解算法,采用纵横弯曲梁法验证了所建模型的正确性.以二维定向井为例,研究了井眼曲率、井斜角、导向...     

柔性短节对静态推靠式旋导工具造斜力的影响

针对目前柔性短节对静态推靠式旋转导向(SRS)工具造斜力影响的研究结论不统一问题,基于AutoTrak Curve结构特点,考虑心轴-外筒-井壁的运动约束形式,组合铁木辛柯梁单元与接触单元,建立了静态推靠式旋转导向底部钻具组合(SRSBHA)有限元模型,选取New-mark-HHT法进行数值求解,并采用纵横弯曲梁法的算...     

静态推靠式旋转导向工具造斜率预测分析

旋转导向钻井技术是目前钻井工程技术领域研究的热点之一。为准确认识静态推靠式旋转导向工具在给定导向力等钻进参数作用下的造斜能力,根据工具导向特点,对翼肋推靠井壁进行受力分析,考虑翼肋随非旋转套转动时所受的切向阻力作用,修正了翼肋导向合力计算模型;在钻进趋势预测模型的基础上,进一步建立了推靠式旋转导向工具造斜率预测方法。通过采用纵横弯曲梁法求解静态推靠式旋转导向底部钻具组合钻头力学特性,并考虑钻头切削各向异性指数,编程实现了静态推靠式旋转导向工具造斜率的定量预测计算。与现场试验数据对比发现:建立的造斜率预测误差在±0.5°以内,方位变化率预测值较不考虑翼肋与井壁间摩擦时更加符合实际方位变化率,预测结果与实钻井眼轨迹数据的对比验证了造斜率预测方法的合理可行性,为下一步进行井眼轨迹调控指令的准确制定提供了依据。     

推靠式和指向式旋转导向工具的造斜性能研究

旋转导向工具是目前最先进的定向工具,对旋转导向工具造斜性能的研究有助于旋转导向的研制和应用。通过分析钻头在侧向力和转角作用下的导向机理,结合钻头的性质和旋转导向的原理,对两种工具的导向性能进行了分析。分析结果表明:推靠式旋转导向系统需要侧向攻击性能强的钻头与之匹配,可以准确快速地调节井眼轨迹,在软地层和小钻压条件下可以达到较高的造斜率;指向式旋转导向系统适合于长保径钻头以引导钻压指向钻头转角方向,其造斜效果受其他因素影响较小,造斜率稳定,井眼轨迹可预测性好。实际旋转导向工具的使用证实了上述分析结果。     

静态式可控偏心器旋转导向钻井工具造斜能力分析

介绍了静态式可控偏心器旋转导向工具的结构和造斜原理,对比分析了该结构在旋转导向钻井中的优越性.通过BHA力学分析确定钻具组合的结构,计算相关影响因素作用下钻头力的大小,根据岩石非均匀破碎模型预测了导向工具的造斜能力.     

旋转导向钻井工具执行机构推靠力分析

以旋转导向钻井工具导向能力关键参数———执行机构推靠力为研究对象,从单个“巴掌”在钻柱旋转1周内的作用力分析入手,在上盘阀高压孔圆心角θ=180°的条件下,给出了3个“巴掌”的作用力和作用合力(即执行机构的推靠力)的解析计算式,讨论了它们的变化规律,包括推靠力覆盖面角的变化规律、推靠力在导向方向分量及其垂直方向分量的变化规律。分析可知:推靠力在导向方向的分量连续且平稳,在导向的工况下,执行机构推靠力在导向方向的分量在(0.866~1.0)P0之间,波动较小,波动幅值为7.2%,而它在垂直于导向方向的分量不连续且幅值均在(-0.5~0.5)P0之间,占单个巴掌作用力的50%。     

静态推靠式旋转导向控制方案分析及优化

旋转导向钻井技术已经成为当前钻井必不可少的核心技术,主要根据静态推靠式旋转导向控制原理,结合工程实际要求,建立力学模型。根据有利区内支撑爪力最大、不利区内支撑爪力最小原则,提出120°和60°划分区域的2种控制方案,在优化数学模型的基础上,分别将各支撑爪的应力分解到偏置合力的方向和垂直于偏置合力的方向,采用力学矢量分析法,建立不同偏置合力矢量下的力学方程,求解相应的方程,得出不同划分区域下各支撑爪的应力表达式。分析对比不同划分区域下各支撑爪应力变化,比较变化趋势,优选更为稳定的控制方案,从而增加仪器使用寿命,减少钻井事故,降低成本。     

推靠式旋转导向钻具力学性能研究

旋转导向钻井系统在大位移井中得到广泛的应用,该项技术国内正处于研究阶段。结合国家863项目"旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究",对设计出的偏置式旋转导向钻具组合进行了力学性能的理论研究,介绍了理论模型的建立和力学性能研究的部分结果,给出了推靠式旋转导向钻具的受力状态分析、井眼曲率预测、导向稳定器运行参数、井眼曲率和方向与导向稳定器偏心距和偏心方向的关系。可以为旋转导向稳定器的设计提供理论依据。     

静态推靠式旋转导向控制模型与造斜率预测方法

推靠式旋转导向工具的防斜、稳斜能力强,能基本满足复杂地层安全高效钻进的需要,但目前的造斜率预测方法没有考虑推靠块控制方式及钻进过程的影响,存在造斜率预测精度低的问题。为此,考虑导向工具的结构特性,建立了静态推靠式旋转导向控制模型,给出了可靠的导向力控制方案,利用下部钻具组合力学模型及钻头–地层相互作用模型,得到了基于零侧向钻速条件下的造斜率预测模型,并引入折算系数对造斜率预测结果进行了修正。实例计算及敏感性分析结果表明,该方法预测精度高,能够满足井眼轨迹精确控制的需要;导向合力、钻压、钻头与稳定器的距离对推靠式旋转导向工具的造斜能力影响显著,现场施工时为了充分发挥导向合力的作用,要适当减小钻头与稳定器的距离、降低钻压,以提高旋转导向工具的造斜能力。研究结果为旋转导向钻具组合优选、钻井参数优化等提供了理论依据。     

静态偏置推靠钻头式旋转导向钻井系统介绍

文章简单介绍了旋转导向钻井技术的发展现状。对旋转导向钻井井下工具系统进行了新的分类。在此基础上。较详细地介绍了静态偏置推靠钻头式旋转导向钻井系统的发展情况及工作原理。为国内引进、应用、研究、开发先进的旋转导向钻井技术提供了依据。     

静态推靠式旋转导向控制指令算法

旋转导向钻井系统代表了当今最高水平的定向钻进技术,而我国对该项技术的研究仍处于初级阶段,急需对该技术进行深入研究。以静态推靠式旋转导向工具为研究对象,根据其内部结构及导向工作原理,寻求针对该类型导向工具的控制指令算法。采用平面圆弧曲线假设法确定可钻达目标点的待钻井段,通过分析该井段的井斜角、井斜方位角及全角变化率,得到可实现按目标方向钻进的控制指令算法,同时将该算法编入导向工具地面控制系统。实验结果表明,该控制算法可根据轨迹要求,准确求出控制指令,实现导向功能。最后做出静态推靠式旋转导向工具的双向闭环控制图,并加以说明,以供科研人员参考。     

静态推靠式旋转导向系统三支撑掌偏置机构控制方案

随着国内复杂定向井、水平井以及高难度3D 井身结构井的增加，对于旋转导向钻井技术的需求也不断增加，而目前国内对静态推靠式旋转导向系统的导向机构控制方法及原理了解很少，展开相应的研究已非常必要。在外筒旋转的条件下，通过力学矢量合成原理以及数学求解分析表明，静态推靠式三液压支撑掌导向工具同时控制3 个支撑掌分力的方案不可行；外筒旋转使得三液压支撑掌导向工具存在控制“死区”，给出了这种偏置机构最大可使用偏置合力矢量幅值；采用了两支撑掌调整和控制合力矢量的大小和方向，剩余一个支撑掌浮动支撑，并给出了静态推靠式三液压支撑掌导向工具控制算法框图。该框图可为国内科研人员开展该种偏置机构研究提供理论依据。     

静态推靠式旋转导向钻井系统的钻压传递效率

国内研制的静态推靠式旋转导向钻井系统正全面开展现场试验及初步应用,该系统正常钻进时导向翼肋施加到井壁上的静态推靠力会产生较大的摩擦力,有可能影响钻压传递效率和钻井速度。为此,基于该系统的结构及工作原理,考虑井壁无台阶和有台阶两种情况,分别建立了钻压传递效率分析模型,模拟分析了钻压传递效率随名义钻压、井壁摩擦系数,以及导向翼肋推靠力和前倒角的变化规律。研究结果表明:(1)该旋转导向系统对名义钻压有最小值要求,适当提高名义钻压有助于提高钻压传递效率;(2)无论井壁是否有台阶,如果导向翼肋推靠力之和越大、井壁摩擦系数越大,那么钻压传递效率就越低,当井壁有台阶时钻压传递效率明显低于井壁无台阶时的对应值;(3)井壁有台阶时导向翼肋前倒角对钻压传递效率影响明显,前倒角越大则钻压传递效率越低(甚至自锁)。结论认为,该研究成果有助于指导钻井现场合理选择和调控钻压。     

一种静止推靠式旋转导向钻井系统的设计方案

旋转导向钻井系统是在钻柱旋转钻进时,随钻实时完成导向功能的一种先进的钻井系统。介绍了西部钻探工程公司自主设计的静止推靠式旋转导向钻井系统的设计方案,采用模块化的设计理念将整个系统分为地面监控系统、双向通讯和动力模块、MWD模块和导向短节4大模块,各模块采用独立封装结构,用标准化接头连接,方便检测、维修和后续作业。重点介绍了导向短节的结构和旋转导向钻井系统的工作原理。     

偏置工具后置式旋转导向系统导向性能分析

对新提出的偏置工具后置式旋转导向系统的导向机理、导向性能及其影响因素等做了理论分析 ,由此得出 5点结论 :(1)偏置工具后置导向的造斜能力随钻压的增加而减小 ,通过控制钻压可在一定程度上控制工具的造斜率 ;(2 )偏置工具后置导向的底部钻具组合中 ,应使偏置工具与近钻头稳定器间的距离保持在 6m以上 ,按常规钻具选配 ,其间可接 1根 (约 9m)钻铤 ;(3)不论增斜还是降斜 ,偏置工具后置的导向能力远优于前置方式 ;(4)近钻头处的钻压、弯矩、冲击、振动等是整个底部钻具组合中最强的 ,将偏置工具安放于工作环境相对较好的后置位置 ,可改善偏置工具的工作条件 ,减少其非正常损坏的几率 ;(5 )偏置工具后置在非导向状态下 ,其柔性钻铤以下的底部钻具组合相当于一套稳斜或微增斜钻具组合 ,符合导向钻具组合的施工需要。     

泡沫封堵能力影响因素实验研究

按照均匀设计的实验方法进行了12组室内泡沫封堵实验,利用回归分析法,得到了泡沫的阻力因子和残余阻力因子与地层渗透率、气液比、注入量、注入速度和稳泡剂质量浓度5个因素的经验公式。研究结果表明,该公式具有较高的准确性,误差小于13%;渗透率和气液比是影响泡沫封堵能力的最主要因素,随着渗透率和气液比的增加,泡沫的封堵能力均呈现先增加后减小的趋势;泡沫封堵窜流通道的能力较弱,在气液比为1:1时可达到最好的封堵效果;泡沫注入后,岩心中气相饱和度迅速升高,在后续注水阶段,气相饱和度降低,但存在一定幅度的波动,注入6倍孔隙体积的水后,岩心中气相饱和度仍维持在45%左右。     

旋转导向钻井工具智能PID控制

稳定平台是调制式全旋转导向钻井工具的关键,其驱动机构是一个强非线性、强扰动和参数变化大的时变系统,常规的PID控制难以获得满意的动态响应速度和稳定的静态性能。根据旋转导向钻井工具稳定平台的工作特点,结合智能控制,研究了一种基于间接专家系统的智能PID控制,详细分析了控制策略和参数调试准则,并进行了台架模拟试验测试。结果表明,智能PID控制可以较好地克服强扰动、强非线性和参数大范围变化等因素,获得稳定的控制性能。     

旋转导向工具心轴弯曲对悬臂轴承影响的研究

指向式旋转导向工具利用心轴的弯曲变形达到导向钻进的目的,在轴承受力分析的基础上,选择滚针轴承达到心轴上部的悬臂轴承限制心轴弯曲的目的,但是心轴的弯曲会影响滚针轴承的工作及寿命。通过对心轴弯曲变形的力学分析,建立了心轴在静态偏置状态下的挠曲线方程,得出在滚针轴承处心轴的挠度值与偏置力之间的关系曲线,利用试验验证了力学分析的合理性;并通过试验研究了在静态和动态2种工作条件下心轴弯曲对滚针轴承工作的影响。结果表明,心轴的弯曲变形是滚针轴承失效的主要原因;采用组合轴承或硬质合金轴承可以改变轴承的受力状态以延长轴承的工作寿命。