摘要：高频磁耦合有缆钻杆能够提高随钻测量数据的传输速率,其使用同轴电缆减少信道的高频损耗,利用磁耦合感应实现钻杆之间的无线信号传输。为了确定信号载波频率、实现不同有缆钻具间的阻抗匹配以及降低信道衰减,使用2种不同模型完成了信道建模与仿真分析。首先使用标准二端口网络元件级联模型仿真,虽然基于测量数据的'黑箱'网络元件无法给出物理解释,也没有用于优化的设计参数,但仿真结果有利于有缆钻杆工艺改进的验证性实验。其次使用集总参数电路和传输线混合模型仿真,其中集总参数电路有可测量的设计参数,在提供物理解释的同时能够优化设计,而传输线仿真了高频条件下长度不能忽略的同轴电缆。混合模型使用分级网络的链接参数完成散射参数的计算,设定了耦合系数、绕组电感及磁滞损耗3个调谐参数,仿真结果与测量结果相吻合。

摘要：为了延长高频磁耦合有缆钻杆的无中继传输距离,使用电磁结构仿真与线性仿真的联合仿真技术对信道建模并仿真。高频磁耦合有缆钻杆信道是重复的基本单元的级联,基本单元包含磁耦合线圈副与同轴电缆。对磁耦合线圈副,电路理论建模需要通过测量样品等得到元件参数,有些参数不易测量,有些结构及材料参数不易体现在模型中,而电磁结构仿真能够解决这些问题。对于同轴电缆这类大尺寸模型,电磁结构仿真耗时长,使用线性仿真可以保证仿真精度、缩短仿真时间。联合仿真技术弥补了单一仿真的缺陷,经实验验证,仿真结果与实际测量结果一致。通过联合仿真研究了基本单元级联数量、有缆钻杆尺寸、铁氧体磁芯磁导率及隔离隙等对谐振峰载波频点和衰减的影响,完成了高频磁耦合有缆钻杆信道的阻抗匹配和优化设计,使无中继传输距离达到了300 m以上,有效减少了中继器的使用数量,在降低成本的同时提高了信道可靠性,并完成了现场试验。

摘要：螺杆钻具挠性轴设计中的两个主要问题是强度校核和干涉量计算。应用纵横弯曲梁柱理论求解挠性轴的弯矩及变形量，应用数值计算法研究挠性轴自身惯性力对挠性轴的最大弯矩及变形量的影响，计算结果表明，在挠性轴较长时，影响较大，不能忽略不计。挠性轴强度校核主要是校核疲劳强度，为此提出了合理设计挠性轴的原则，即挠性轴的疲劳强度应取决于扭转疲劳强度。若疲劳强度取决于弯曲疲劳强度，则可增加挠性轴的长度，且挠性轴最佳直径为满足强度要求的最小值。为确保挠性轴的使用安全性，给出了干涉量计算式。

摘要：对于采用一次性高温锂电池供电的随钻测量仪器,为了解决其供电中多路电源无缝切换的问题,进行了井下自动供电装置设计。原有供电方式的分析发现,其二极管电源复用方式的电池利用率低,微控制器的供电技术无法应对电池的瞬间失压并占用微控制器资源,为此,经综合对比,选用了Texas Instruments公司的优先级电源复用器芯片TPS2121,可以实现多路电源之间的无缝切换功能,并使用LM5166同步型降压转换器设计了DC/DC转换器,形成了井下自动供电装置。室内测试和现场试验表明,井下自动供电装置能够完成多路电池组的自动切换,按顺序使用每个电池组可以提高电池利用率,配合DC/DC转换器可以实现随钻测量仪器的无缝供电,具有较高的可靠性和经济性。

摘要：为了改进特殊有缆钻具制造工艺复杂的现状,提出了一种基于HFSS软件的井下无线感应信号传输装置仿真模型。通过建立感应式和谐振式仿真模型,计算仿真信号传输特性,验证设计模型的关键参数如匝数、螺距、包裹材料等对传输特性的影响。通过分析仿真模型的结果校正设计方案,得出传输衰减小、可实际应用的仿真模型,进而指导实物模型设计,提高研发效率,降低研发成本。测试结果表明,无线感应耦合信号传输模型具有可行性,与实物具有良好的一致性,衰减误差可在-5 dB以内,为实物制作提供了重要依据。

摘要：在伊朗欠平衡空气钻井项目中,针对常规减震器难以满足作业需要的问题,研制了JZH165—Ⅱ型空气机械减震器。介绍了该空气机械减震器关键零部件的设计,包括花键心轴的表面处理技术、联接筒体设计、减震源碟形弹簧组合设计、密封及支承设计。现场应用表明,该空气机械减震器性能可靠,满足空气钻井需要,可以有效地保护钻头和钻具,降低钻井成本,提高钻井效率。最后对欠平衡钻井技术的发展作了预测。

摘要：为了提高井下电子仪器的应用温度范围,创新性地设计了基于半导体制冷技术的井下制冷器为仪器降温。通过分析半导体制冷片的性能特性,得到了最大制冷系数工况的实现条件,据此设计了能够均衡最大制冷系数工况和最大制冷量工况的分段调节控温算法,以达到高效制冷的目标。为了实现控温算法的系统设计,使用微控制器控制高精度温度传感器采集多点温度,同时用特殊功率运算放大器设计了精密电压-电流转换器为半导体制冷片供电。仿真及实验测量结果表明,该井下制冷器具有制冷效率高、自产热低、可耐高温等特点,使较低温度级别的井下电子仪器在较高的环境温度下能够正常工作,有利于降低钻井成本。

摘要：鉴于常规下套管作业的局限性,通过对国内外相关技术的调研,根据国内油田的需要,研制开发了顶驱下套管装置。该装置是一种基于顶部驱动钻井系统,用于下套管作业的集机械、液压于一体的装置。根据套管尺寸的不同,分为内部驱动和外部驱动2种结构。重点介绍了该装置的结构、工作原理、技术参数及功能试验情况。样机的一系列原理试验表明,各项试验结果满足设计及使用要求。该装置的应用,将使下套管作业变得更为简单和高效,钻井综合成本将大大减少。

摘要：为了实现井下随钻压力测量,设计出一种高可靠性压力计。选择了适合井下高温、高压环境的微控制器与压力传感器,同时分析了可能的器件失效风险并给出了解决方法。借助安全微控制器的"安全岛"理念及设计架构,该压力计能够自动处理微控制器及压力传感器的软硬件错误以保证工作可靠性。该压力计在石油钻井领域中可以有效减少起钻次数来降低钻井成本。

摘要：针对钻井现场地面数据种类多样化的特点,设计一种基于最新的工业以太网标准PROFINET的地面数据采集系统,采用西门子PLC1200做为数据采集核心处理单元,可兼容常规总线如PROFIBUS总线和以太网设备,克服传统数据采集装置硬件设计单一,不易于扩展,兼容性差等缺点,实现从管理级到现场IO设备的“一网到底”,并可兼容工业以太网设备。本设计具有数据传输可靠稳定,现场使用灵活,可方便扩展系统等诸多优点,可在钻井现场环境数据监控及采集处理中发挥重要作用。