摘要：为解决深井、超深井上部大尺寸直井段因钻井排量高导致的随钻测斜工具冲蚀严重、故障率及成本高等问题,综合采用扩大过流面积、流场仿真优化及冲蚀剧烈区局部硬质合金保护方法,研制了大流道耐冲蚀旋转阀组;采用加速度计柔性悬浮固定、电路板有机硅灌封胶等多级复合减振方法,提高了随钻测斜工具电子电路的抗振能力;通过设计快速传输编码、低功耗电子电路及节能运行模式,提高了测斜效率与测斜工具的续航能力。通过研制关键部件大流道耐冲蚀旋转阀组,采用不同技术方法提高测斜工具的抗振能力、测斜效率和续航能力,研制了系列尺寸的大排量直井段随钻测斜工具。川渝、新疆等地区的12口井应用该工具随钻监测井斜角,该工具表现出耐大排量冲蚀的能力,最高适用排量达120 L/s,运行稳定可靠,故障率低于0.5次/月,续航可达30 d以上。现场应用结果表明,大排量直井段随钻测斜工具能满足深井、超深井大尺寸直井段随钻测斜的要求,可为深井、超深井获得高质量直井段提供支持。

摘要：鄂尔多斯盆地西缘冲断带深层页岩气井钻井工程中垮塌、漏失、卡钻等复杂情况频发。为保障安全高效钻井,降低勘探开发成本,早日实现该区深层海相页岩气资源的经济高效开发,基于地应力、岩石力学等室内物理实验,结合现场工程参数及塌漏信息,考虑力学弱面影响,建立西缘冲断带深井全井段地层力学参数、全井段四压力剖面模型,评价不同岩性地层力学参数分布规律,揭示了西缘冲断带深井井壁坍塌、漏失等失稳机理。结果表明:羊虎沟组以上砂泥岩地层强度较低,为20~100 MPa,拉什仲组至桌子山组灰岩强度较高,超过100 MPa。较大的水平主应力差,发育的裂缝带、煤层是诱发井壁失稳的主要原因。建立的西缘冲断带深井岩石力学性能及四压力剖面预测,可为该地区井身结构优化设计,关键工程参数选取提供科学依据。

摘要：暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明:暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0 mm,最佳泵送排量大于4.0 m^(3)/min时,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。

摘要：地质沉积模拟平台是定量研究地质沉积理论的重要装置。为满足沉积模拟大型化、精细化和定量化的研究需求,基于4-PSE并联机构设计一种可进行全方位调姿运动的地质沉积模拟平台,对其运动学特性进行研究。结合模拟平台的工作原理,对4-PSE并联机构的自由度进行计算,推导模拟平台的运动学方程。在ADAMS软件中建立模拟平台的虚拟样机模型,利用运动学仿真结果对其运动学参数进行理论验证。分析模拟平台的工作空间约束条件,求得其工作空间,绘制相关结构参数对工作空间的影响曲线。研究成果为后续地质沉积模拟平台的多块平台组合系统实验提供了理论基础。

摘要：空气锤钎头在钻井过程中表现的低疲劳寿命,大大降低钻井效率,提高了钻井成本。为此,研究空气锤钎头的疲劳寿命并对其结构优化,以提高空气锤钎头的服役寿命。在12.25 in(1 in=2.54 cm)空气锤钎头的基础上,考虑防掉结构,对空气锤钎头整体结构进行设计。提出微型钎头概念并完成了微型钎头样品疲劳寿命实验,使用Ansys/Ls-Dyna和nCode DesignLife软件对微型钎头进行动力学与疲劳寿命分析并与实验结果相验证,对钎头基本结构和材料进行确定。将仿真过程运用到钎头本体,考虑钎头本体尺寸和活塞冲击速度等问题对钎头疲劳寿命的影响,对钎头本体进行结构优化。研究表明,采用40CrMnSiMoV的钎头疲劳寿命最佳;钎头本体基本尺寸中,直径对钎头疲劳寿命影响最大;当冲击功变化时,钎头疲劳寿命随末速度的增加而减小;冲击功恒定情况下,当钎头末速度的平方与钎头质量接近时,钎头疲劳寿命最佳。

摘要：为确保造粒装置撬座在实际使用过程中的可靠性和安全性,根据造粒装置撬座的实际外形尺寸、材料属性及受力情况等建立线体模型,并对起吊状态下的撬座进行受力分析。结果表明,在造粒装置处于起吊状态时,撬座承受的最大应力为102 MPa,最大变形量为18.2 mm,其刚度和强度满足设计要求。在此基础上对造粒装置撬座提出优化方案,进一步提升其强度和可靠性。

摘要：为解决反循环气动潜孔锤在钻进过程中岩石重复破碎及排渣效率低下的问题,笔者基于NGQ-320反循环气动潜孔锤设计了进气端分流引射接头。该接头可实现潜孔锤供气量的动态调节,其引射结构可以将部分压缩气体引入中心通道,对井底流场产生泵吸作用的同时改善冲击机构的动力供给;同时采用CFD技术研究了分流引射接头局部流场,分析了喷射孔夹角、喷射孔开口深度、喷射孔直径和喷射孔偏转角度等参数对中心通道抽吸性能的影响,确定了各项结构参数的较优取值。结果表明,分流引射接头在喷射孔开口深度320~330 mm、喷射孔夹角30°~35°、喷射孔直径12 mm、喷射孔偏转角11°~13°的情况下具有较好的抽吸性能。

摘要：机械工具开关式固井压裂滑套不仅能对油气藏进行高效压裂增产改造,还能在开采后期关闭枯竭井段或出水层段。为实现固井压裂滑套与机械开关工具的定位配合及其安全可靠地开启和关闭,基于机械工具开关式固井压裂滑套施工工艺的研究分析,对水平井固井压裂滑套及配套的机械开关工具进行了总体设计,建立了整套工具的三维几何模型,并使用ABAQUS软件进行有限元分析,加工出原理样机并开展了室内试验。研究结果表明,新型水平井固井压裂滑套可以实现通过上提和下放机械开关工具管柱完成滑套的开关,工具性能可靠,可提高水平井固井、分段压裂的整体效率。研究结果可为水平井固井压裂滑套的设计与研究提供参考。

摘要：变径稳定器径向活塞不同的伸缩状态对环空流场会产生影响。为此,采用流体动力学研究不同状态下的环空流场特性并在此基础上进行结构优化。建立变径稳定器的流体动力学数值模拟模型,结合现场应用的变径稳定器参数,分析不同螺旋带参数和流体参数下的流体特性。研究结果表明:螺旋升角为55°左右时最优,螺旋棱截面对应圆心角对环空流场影响不明显,螺旋棱侧面倾角在5°~10°范围内较好,径向活塞为伸出状态时旋流流场表现更好;钻井液排量与旋流长度之间呈正相关、近似线性关系,钻井液密度较大时可以改善旋流衰减流场,但对切向速度和旋流长度影响较小。研究结论可为变径稳定器的结构设计与优化提供技术支撑。

摘要：四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区目前已经实现了埋深3500m以浅海相页岩气的规模化、效益化开发,但随着该区页岩气水平井段长度的延伸,管柱下入过程中摩擦阻力、扭矩增大,易造成频繁遇阻、卡钻等现象。为此,在分析卡钻原因的基础上,从预防钻井过程中井眼力学变形的角度出发,以提高页岩长水平井井段的钻井液封堵性能为重点,协同优化影响井眼轨迹和井眼环空岩屑浓度的钻具组合与钻井参数,通过优化井身结构、井眼轨迹、钻井液性能等技术措施,配套降摩减阻及提速配套工具,制订了页岩气水平井防卡钻技术措施,并进行了现场应用。研究及应用结果表明:(1)对于水基钻井液采用加入适量复合盐抑制剂的方式并配合固控设备的应用,可有效控制钻井液中的有害固相含量,而对于油基钻井液则采用提高油水比、增加乳化剂等方式以增强其稳定性;(2)井眼轨道设计优化为三维轨道二维化后,钻柱最大摩阻较之于优化前降低了20%;(3)高效随钻震击器的钻具组合,配合以合理的钻井参数控制机械钻速,可以达到满足井眼环空携岩要求的岩屑浓度,减少岩屑床的厚度;(4)现场12井次的应用效果表明,水平井段阻、卡等复杂事故时率由2.3%降低至0.92%。结论认为,该研究成果为解决页岩气长水平段卡钻难题提供了有效的技术途径。