摘要：为提升可溶桥塞的工况适用性和稳定性,研发了多水解高分子基团可溶橡胶与高强度可溶金属材料及配方体系。通过开展不同温度下材料力学性能与溶解性能测试评价,验证了材料性能。根据可溶桥塞的结构原理及特点,研制了高性能系列可溶桥塞,进行了综合性能试验和现场试验。试验结果表明:研制桥塞能够在30~150℃温度范围内确保70 MPa有效承压密封时间达24 h以上,且溶解时间可调可控。各大油气田区块现场试验及推广应用结果表明,其坐封、承压、溶解效果等综合性能稳定可靠,能够适用于复杂工况,能有效保障体积压裂施工作业。所得结论可为非常规油气资源的高效开发及水平井分段压裂的提质降本提供有力的技术支撑。

摘要：针对随钻测井仪器在现场应用过程中,出现测传舱体的舱槽变形而导致仪器失效的实际问题,对其失效位置、特性及原因等方面进行了总结与分析。分析得出:在材料性能满足要求的条件下,舱体在井下受振动、动态转矩、高温高压等复杂工况下的交变载荷及钻井液冲蚀、内压的多重作用,舱槽底部薄弱区逐渐形成应力集中,从而增大了舱槽变形的风险。为此,建立测井仪器舱体的力学分析模型,并结合实例计算及不同舱槽结构下的应力分析,优化和改进了舱体的舱槽结构设计。通过现场试验及推广应用,结果表明舱槽结构的优化有效避免了舱槽的变形,显著提升了舱体的使用寿命。

摘要：自动化固井技术的发展是石油行业工程技术支撑和保障能力的重要标志,但国内自动化固井技术目前还处于起步阶段,其所需的自动化固井装备还未成型。鉴于此,研制了固井自动监控水泥头及闸阀系统,创新开发了由自动水泥头、闸阀监控橇和自动控制系统组成的软硬件系统,实现了固井作业井口操作的远程监控和自动化控制,使作业人员远离井口高压区,提高了作业人员的安全性,同时开发出现场作业数据实时采集与操作控制系统,解决了现场作业施工精准性和工序衔接紧密性不足的问题,提升了固井作业的可靠性和精准度。现场应用结果表明,该系统远程操作动作执行到位,现场作业数据采集准确,并与其他自动化固井装备联动成功,工序衔接紧密快捷。固井自动监控水泥头及闸阀系统的研制成功为全流程自动化固井工艺技术核心攻关奠定了重要的井口装备基础。

摘要：失效模式及影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)是工程风险评估和风险管理的一种有效方法。利用FMEA,对顶部驱动钻井装置的动力系统进行故障分析,找出该系统的主要失效模式及风险系数(Risk Priority Number, RPN)。进而在设计、生产、应用过程中,针对动力系统进行预防性改进,有效提高顶驱动力系统的可靠性。动力系统的FMEA分析过程,也为顶驱的其他系统提供了故障分析模板,对保障顶驱整体正常运行,提高产品可靠性具有重要意义。

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：液气开关作为控制系统中气动油泵的主控开关,控制系统油液压力。当系统油压足够大时,液气开关切断气源,气动油泵停止充压;当系统油压不足时,液气开关连通气源,气动油泵自动补压,直至液气开关切断气源,液气开关启闭特性直接影响系统压力稳定性。通过数值建模,从气源压力、弹簧刚度、机构摩擦力3个方面对液气开关启闭特性分析,并进行试验验证。分析显示,气源压力和机构摩擦力对液气开关启闭特性影响较小,弹簧刚度对其影响较大。试验结果显示,当气源压力在0.65~0.9 MPa之间时,为减小启闭压差,弹簧刚度应设计在94~97.3 N/mm之间为宜。

摘要：为了满足页岩气水平井套管变形工况下的压裂作业需求,提高小直径可溶桥塞在大环空坐封的锚定效果及承载能力,对分瓣式镶齿卡瓦进行了结构优化设计。结合卡瓦的工作原理,建立了各结构参数的力学分析与计算模型,并通过实例计算对卡瓦的箍环结构尺寸和锥面角等参数进行了分析和优选;同时开展了不同材料及结构参数条件下的卡瓦承载能力和箍环断裂等力学加载试验。研究结果表明:箍环的断裂及限位效果稳定,坐封及承载后卡瓦各瓣分布均匀且卡瓦齿的锚定牢靠;卡瓦的失效及断裂发生在前排齿的根部沿合力方向的危险截面;优化后的卡瓦最大承载轴向力达581.7 kN,能够满足小直径桥塞在页岩气水平井139.7 mm套管内大于50 MPa压力条件下的压裂施工作业要求。研究内容和所得结论对于可溶桥塞的现场安全应用有一定的指导作用。

摘要：针对传动轴水帽在现场应用过程中出现断裂失效的实际问题,对其断裂位置、特性及断裂失效原因等方面进行了初步总结与分析,分析得出:在验证其结构及材料的强度满足要求的前提下,水帽受到交变载荷及钻井液冲蚀等使用工况条件的多重作用,逐渐形成危险截面和应力集中区,从而增大疲劳断裂失效的风险。此外,对水帽在不同结构下的应力及流道特性进行了对比分析,优化和改进了水帽结构,得以现场试验验证,且实现了推广应用,并提出了多种优化工艺方法及建议,进一步提高水帽的抗冲蚀性与疲劳寿命。

摘要：针对油气井井下作业工具或仪器在水平井非垂直井段下入困难的问题,设计了一种井下轮式爬行器;从而通过爬行器的牵引动力将工具或仪器精确输送至目标位置;减少作业时间和成本。确定了爬行器的系统构成,阐述了其功能原理,完成了爬行器牵引短节机械结构设计,对其传动机理进行了优选和分析;建立了其结构参数与力学分析模型,提出了参数优选计算方法,得出了各结构参数之间的数值变化关系;通过分析和计算,验证了爬行器驱动力、轴向推力等各项性能参数。最终,研制出了爬行器牵引短节原理样机,并通过空载运行模拟试验验证了其结构原理和调节控制功能的可行性;为进一步的研究奠定了基础。

摘要：为了延长高频磁耦合有缆钻杆系统无中继器时的传输距离,需要选择载波信号频点和匹配不同长度有缆钻具间的阻抗.为此,建立信道模型进行仿真,以匹配不同长度有缆钻具间的阻抗.建立信道模型时,将传输信道划分为标准电路元件的最小重复单元,其包含同轴电缆和磁耦合线圈副;使用同轴电缆传输线元件仿真同轴电缆,使用物理变压器元件仿真磁耦合线圈副,形成由分布参数元件和集总参数元件组成的易于测量的混合模型.首先根据材料的尺寸、物理参数及仪器测量结果,确定每个元件的参数,并用ADS软件创建标准电路元件模型;再运用散射参数线性仿真进行电路仿真.仿真结果与实际样品的测量结果一致,表明通过建立模型进行仿真可以为高频磁耦合有缆钻杆的优化设计提供依据.高频磁耦合有缆钻杆经过信道建模优化设计,无中继器时的传输距离提高至300 m以上.