摘要：以海洋平台海管立管为研究对象,考虑实际海况和立管实际结构特点,研究多层立管之间及多层立管与平台之间的受力耦合作用。通过有限元分析软件,建立具有典型代表性的海洋多层立管数值模型。针对管卡位置对海管立管的结构影响,基于管卡位置对海管立管的结构强度和疲劳寿命进行分析。根据分析结果,对管卡的安装位置进行优化,为现场作业提供理论指导,进一步为海上工程设计和施工提供科学依据和安全保障。

摘要：海上油田部分深井和超深井储层存在超高温、超高压、安全压力窗口窄以及地质条件复杂的情况,钻井取心作业过程中易发生井漏以及卡钻等复杂情况,使用常规的钻井取心工具取心效率低,无法满足取心作业要求。因此,在分析了海上超高温高压井取心技术难点的基础上,设计了一套适合海上超高温高压井的免投球钻井取心工具,并对螺纹连接强度、分水接头和取心钻头水动力学以及悬挂总成摩阻3个关键性能参数进行了评价。结果表明:取心工具在室温和超高温(250℃)条件下的螺纹强度均能满足行业标准要求,分水接头及取心钻头结构设计合理,产生的压降较小,悬挂总成的摩擦阻力较小,内筒工作比较稳定。海上超高温高压井钻井取心工具在乐东区块2口超高温高压井取心作业过程中进行了成功应用,WC-9井和LS-2井的井底温度分别为205.2℃和212.3℃,压力系数分别为2.29和2.31,2口井的取心收获率均达到了100%,岩心成柱性能好,取心钻头未明显磨损,应用效果较好,适合在海上类似超高温高压井进行推广应用。

摘要：针对电缆式地层流体取样器大斜度井下入困难,井筒近井壁区域受钻井液滤液长时间浸泡污染等问题,研制了随钻地层流体取样工具。该工具可在井筒打开后短时间内,控制伺服电机-减速丝杠带动活塞往复运动,驱动探针缩、出密封井壁并自动进行流体的抽吸、存储,从而取得低污染率的地层流体样品。介绍了工具的系统组成和工作原理,对其控制系统、动力组件、取样组件和储罐系统等关键模块进行了设计,并通过现场试验验证了其工作可靠性。试验结果表明:研制的随钻流体取样工具满足?215.9 mm井眼的地层流体取样需求,并可实现地面系统与井下工具的信号传输和自动取样;工具耐温175℃,耐压140 MPa,一次入井可取样品4个,单个储罐容积500 mL,2回次6个取样点的样品平均污染率6.62%。该工具的研制可为随钻地层测试仪器的设计与应用提供技术借鉴。

摘要：准噶尔盆地清水河组以深地层不确定因素多、可钻性差、压力体系复杂等问题,严重制约了下组合深探井的勘探开发进程。为此,分析了该盆地征10井深部不同地层的钻井工程难点,开展了井身结构优化设计、异型齿PDC钻头研制、高效井壁稳定钻井液及恒定井底压力钻井等关键技术研究。研究结果表明:形成的下组合深探井配套技术首次在征10井中创造了准噶尔盆地最深钻井(7802 m)的纪录;屋脊齿PDC钻头配套具有长寿命的等壁厚螺杆钻具复合钻井施工,实现了准噶尔盆地腹部深层钻井提速;合成基钻井液能够有效减少因滤液作用造成水敏性地层水化膨胀产生的掉块,是解决准中目的层段井壁失稳、保证井眼质量的首选。研究结果对复杂超深井的钻井提速提效具有重要的指导意义。

摘要：在弃井作业中,常常需要段铣2层套管,采用常规套管段铣工具进行段铣至少需要2趟钻,作业效率低,已不能更好地满足现场作业需求。为此,研制了适用于Ф339.7 mm×Ф244.5 mm套管的双层套管段铣工具。介绍了该工具的结构组成与工作原理;从切削元件的材质、形状、排布以及刀具角度等方面优化了刀具;采用数值模拟的方法确定了套管割断显示机构节流嘴大小。室内试验结果表明,刀具伸出与收回动作可靠,可顺利割断2层套管,通过压降的变化来判断双层套管是否割断可行。现场试验进一步验证了双层套管段铣工具的可靠性,与常规套管段铣工具相比,刀具磨铣效率高、寿命长,1趟钻段铣进尺不小于30 m,可节约作业时间49%,推广应用前景广阔。建议下一步通过优化工具内部流道以降低工具压耗,以此适应于深井段铣作业。所得结论有助于高效的海洋套管切割工具研发。

摘要：为了防止钻井过程中因黏滑振动造成钻井事故,提出一种基于状态重构器的顶驱扭矩控制方法。首先,将顶驱、钻杆和钻具组合等效为集中质量弹簧阻尼系统,采用Karnopp非线性摩擦模型分析黏滑振动摩擦,建立钻柱系统井下运动方程;其次,通过增加摩擦干扰器,采用最优阻尼进行参数整定,设计基于龙伯格状态重构器的PID控制算法;再次,采用MATLAB软件搭建钻柱系统运动模型和状态重构器仿真模型,进行井下黏滑振动模拟和控制算法仿真,验证模型的准确性和算法的有效性;最后,设计并建立井下黏滑振动实验装置,在黏滑振动工况下,估算钻头钻速,验证控制算法。研究结果表明:黏滑振动控制算法可在较短时间内有效控制井下转速,抑制黏滑振动。

摘要：为了解决深井超深井钻遇复杂地层时实现无内径损失的机械封堵难题,通过优选大膨胀率管材、设计大变形膨胀螺纹和变径膨胀工具,研制了ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统。通过室内试验,评价了ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统的机械性能、膨胀性能,试验结果显示:ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀后的抗外挤强度为15.1 MPa,抗内压强度为29.3 MPa,连接强度为1850 kN,满足等井径膨胀套管作为“应急套管”临时封堵的要求;膨胀压力18~20 MPa,膨胀过程顺利,膨胀后整个系统性能良好。在测试ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统井下功能性和裸眼下入性的基础上,进行了井下全过程试验,ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀顺利,膨胀后内径为245.0 mm,满足ϕ241.3 mm工具下入要求,达到了等径膨胀和无内径损失钻进的目的。研究和试验结果表明,ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统可实现等径膨胀,可满足等井径膨胀及封堵作业要求,为等井径膨胀套管系统现场应用奠定了基础。

摘要：前期研制出的自激式水力振荡器利用特殊流道和钻井液循环产生周期性振动,无运动件和橡胶件,耐高温、耐腐蚀、可靠性高、成本低,有效地解决了页岩气井长水平段滑动钻进托压的问题,但该工具压降较大、易导致泥浆泵过载,限制了其在页岩气水平井中的推广应用。为此,提出了一种优化上述自激式水力振荡器的方法:利用Plackett-Burman设计方法筛选出影响工具平均压降和压降幅值的显著因子;基于Taguchi方法建立正交实验表优化显著影响因子,通过均值分析和方差分析逐步确定了最优参数组合;最后采用数值模拟及室内实验的方法对比评价了优化前、后工具的性能。研究结果表明:①在数值模拟的条件下,排量为30 L/s时,优化后工具的平均压降由3.6 MPa降低到了2.9 MPa、压降幅值由4.0 MPa降低到了3.5 MPa;②在室内试验的条件下,优化后工具的平均压降由3.7 MPa减小为3.0 MPa、冲击力由44.5 kN减小为41.3 kN,达到了优化目标。结论认为,采用Plackett-Burman设计与Taguchi方法相结合的方式优化工具流道结构参数,可以在保证冲击力较大的同时降低工具压降。

摘要：等井径膨胀管可作为临时套管为深部复杂地层构建临时井壁,实现复杂地层无内径损失的机械封堵作业,封堵后仍保持原有井身结构,为深井安全穿越复杂地层提供一种新的技术方案。文章在介绍等井径膨胀管系统的结构设计和技术原理基础上,重点从膨胀管材优选及应力分析、膨胀螺纹结构设计和变径膨胀锥优化设计三方面对系统关键技术进行研究,通过室内性能评价和全过程井下试验,验证了系统的功能和工艺的可行性。现场应用时,井下电视影像显示:等径膨胀后管体及螺纹仍具有良好的完整性和密封性,内径达245 mm,作为临时技术套管封堵地层,满足φ241.3 mm钻头安全下入及钻井服役要求,为复杂地层等井径封堵应用奠定了基础。

摘要：探究声波在实际钻柱中的传播特性和规律是随钻信息声波传输技术的一项基础性研究工作,而国内在这方面才刚起步,仅进行了一些理论研究和室内实验工作。为此,基于已有成果,研制了基于压电效应的纵向变幅杆井下声发射换能器和地面声波信号接收换能器,设计了钻柱中声波传播特性的现场井下实验方案。采用钻井工程上常用的？127 mm钻杆,分别在200 m、430 m、542 m、700 m、827 m、997 m等6个不同的深度点,测试了400～4 000 Hz频率范围内不同频率声波在钻柱中的传播特性,并分析了测试结果,进而认为,基于钻柱的声波传输技术用于随钻信息传输是可行的。研究结果表明：①有一些频率的声波可以在钻柱中传播,而另一些频率的声波在钻柱中传播能力则很差;②声波在钻柱中传播衰减程度与声波频率、钻柱长度和周围介质有关,在介质为清水的情况下,平均衰减值约为0.05 d B/m;③综合考虑数据传输速度与衰减等因素,可用于数据传输的声波频率应为400～1000 Hz之间的一些频率点,最佳频率点为600 Hz、650 Hz和950 Hz。结论认为：在试验井中的实验得到了钻柱中声波传播的重要数据和结论,可以为声波传输技术的研究和应用提供技术基础和依据。