摘要：针对石油钻探过程中因粘滞-滑动现象所导致的机械钻速低、钻头振动严重等技术难题,设计了一种行星轮+扭簧结构的井下提速减振装置。利用钻进遇阻时输入轴及上部钻柱系统的惯性力矩,给予钻头柔性大扭矩冲击,确保在遭遇硬质点钻进连续性的同时,抵消钻头遇阻波动引起的钻柱振动。通过对遇阻瞬间行星轮的动力学分析,得出装置取不同结构参数对其输出扭矩的影响。运用ABAQUS动力学仿真模块对装置使用有效性进行验证,仿真结果表明装置的使用可以有效缓解钻头的扭转及轴向振动,增加钻头的实际工作时间。样机现场实验结果表明,装置工作原理可行,提速效果明显,使用装置时钻进速度提升近1.5倍,且井口返回岩屑呈现均匀的较大多棱角状颗粒,钻头切削过程处于稳定深层切削的良好工况。

摘要：水平井钻井过程中钻头与钻柱的运动规律非常复杂,通过现场测试研究钻头与钻柱振动的方法成本高,无法准确解耦各因素,且数据采样率低,不能进行系统分析。因此,以物理相似为基础,设计了一套基于微钻头−钻柱−岩石的小尺度水平井钻柱动力学模拟实验台架;在钻柱上设计分段套管,模拟套管对钻柱的约束;为更加真实反应钻头与岩石互作用对钻杆及钻头振动的影响,设计微型PDC钻头进行模拟破岩;开展了水平井钻柱室内试验研究,分析了钻柱系统的耦合振动、转速及钻压对钻柱系统振动的影响规律。结果表明:钻头的轴向振动对钻头的扭转振动有较大的影响,且当钻柱发生扭转振动时,其功率谱密度明显高于匀速转动下钻头的功率谱密度;随着转速增大,钻头和钻柱的横向振动加速度也随之增大,钻头扭转振动在主频上的振动幅值也随之增大;随着钻压增大,钻头粘滑振动和横向振动加剧,但对轴向振动的影响不明显。

摘要：对钻柱振动和冲击的控制是井眼轨道优化设计、钻井参数优选、提高钻速及实现智能钻井的重要基础。在深水、超深水,深井、超深井,页岩气硬脆性地层及气体钻井作业中,要用到丛式井、定向井等特殊钻井工艺,这些复杂井建井过程中由钻柱振动和冲击造成的损失日益增加。系统阐述和对比了钻柱振动和冲击的表现形式及评价方法。将钻柱振动和冲击分为被动控制、主动控制和半主动控制3方面,归纳和分类探讨了近年来核心控制方法及关键控制设备的结构、原理,给出代表性的成果,对比分析了相应方法特点、设备及适应范围,设计了钻柱振动和冲击控制程序,探讨了未来重点研究的方向。

摘要：超深井工程受到高温高压、复杂地层、超长井眼和腐蚀介质等多重因素约束,其安全高效作业面临全方位的技术挑战。为此,针对超深井工程的安全高效设计控制问题,介绍了该工程的发展概况与技术特点;选取井眼轨迹预测与防斜打快、钻柱振动特性分析与减振控制、钻井延伸极限预测与设计控制,以及套管失效风险评估与安全控制等几个重要理论与技术问题,介绍了国内外的相关研究进展及笔者团队的最新研究成果;然后,针对超深井工程提出了若干创新发展建议。研究结果表明,超深井工程理论与技术的发展整体呈现出体系化、科学化、多学科交叉、地质与工程一体化等基本特点。建议在基础理论问题、关键核心技术、技术协同关系、技术迭代模式和多学科交叉融合等方面加强创新研究,以持续推进超深井工程基础理论与关键技术创新发展。

摘要：万米深井超深超长井段钻进过程中存在钻柱振动剧烈、能量传递困难、破岩效率低、钻头使用寿命短等问题,亟需开展万米深井钻柱减振与井底增能技术研究。根据超深层钻井环境的主要特征,结合近年来钻柱动力学研究结果,提出了以钻井过程中钻柱振动为能量来源提高井底钻井液射流压力的方法,在减小钻柱振动保护钻头的同时,提高钻头射流压力,实现井下增能破岩,解决井下振动强度大、井底水力能量不足的问题;并研制了井底钻柱减振增能装置,进行了现场试验。研究和试验结果表明:钻柱振动蕴含巨大的能量,该能量可以转化为破岩提速能量;设计的井底钻柱减振增能装置,可以提高钻井液射流压力,同时可以降低钻柱振动导致的安全风险,从而显著提高钻井速度。研究成果为万米深井减振提速技术开拓了新方向,为加快深部油气资源的勘探与开发提供了技术支持。

摘要：钻柱振动是在当前钻井工程中的普遍现象,对钻井的影响很大,钻柱共振是钻柱失效的主要原因。文章研究深井钻柱的振动问题,以深井钻柱为研究对象,分析研究了钻柱的纵向振动、横向振动及扭转振动。首先,建立了深井钻柱各种振动的力学模型,获得了钻柱振动所遵循的物理规律,得到了钻柱的各种共振频率。然后,结合实际对振动规律进行了应用,该研究为减小深井钻具损坏和优化钻具设计提供了理论依据。

摘要：钻井提速技术一直是钻井工程领域的研究热点,寻找井下可用新能量并开发出配套的能量转化方法来提高破岩效率是深井超深井提速领域重要研究方向。分析了井下可获得能量特征,阐述了利用钻柱纵向振动能量提升井下钻井液喷射压力辅助破岩提速的理念,总结了已研制的井下钻柱减振增压装置、吸振式井下液压脉冲发生装置、多效协同提速钻井装置的结构及优点,并对深井提速装备未来发展方向进行了展望。井下能量的获取及合理利用是未来提速工具开发的重要研究方向。基于钻柱振动的提速技术研究成果开拓了深井提速技术新思路,为加快深部油气资源的勘探与开发提供了设备支撑,建议进一步加强井下钻柱振动基础理论、基于钻柱振动的提速技术装备、利用振动提速方法等方面的研究工作,以便将钻柱振动能量应用到钻井工程其他领域之中。

摘要：针对钻柱振动易于影响钻具使用寿命的问题,以钻柱振动信号为研究对象,基于MSP-EXP430单片机,结合信号处理技术,采用压电式加速度传感器采集钻柱的三维振动信号,利用RS232或Zig Bee技术完成传输数据,以Labview2010软件平台构建系统的监控和分析软件,最终实现钻具振动信号的地面实时采集、分析、处理、显示及故障诊断。本项目的开展将实时提取钻柱振动信息,为认知所钻地层的井下工况和岩性分析,为优化钻头设计和井下钻具组合结构、优化钻井参数,防止钻具事故及由振动引起的钻井异常现象的发生提供重要的技术支撑。

摘要：通过分析钻柱井口振动,确定了信号采集装置的设计指标,提出一种基于压电加速度传感器的设计方案.系统以MSP430单片机为控制核心,结合可控电源模块和低功耗无线模块,在保证三通道高速、高精度采集前提下,实现了整机硬件电路的低功耗设计.通过设计信号调理降噪电路,有效滤除了钻井井场的干扰信号.研制了适应性强、易于安装的采集装置专用固定卡箍.现场试验结果表明:装置结构设计合理,便于钻井现场安装,安装牢固,安全性高.人机交互软件易于操作,信号表达清晰完整,且实时性强.

摘要：将钻柱在井眼中离散为多个集中质量,对钻柱弹性系统、运动状态、约束等进行简化,建立钻柱动力学方程,基于相似理论推导适用于钻柱简化的相似方法,建立钻柱相似模拟简化模型。以S95普通绳索取芯钻杆为例进行相似简化,通过有限元分析分别对钻柱原型和模型进行动力学分析,验证了该相似模型的正确性。设计制造了钻柱振动模拟实验装置,利用该装置对钻柱的振动进行模拟实验研究,钻柱在低转速条件下,在钻压作用下产生弯曲变形后在某一侧周期性的摆动。通过适当提高转速,对于钻孔防斜能够起到一定的作用。