为提升带压起下钻过程中旋转控制头胶芯密封性能,基于虚功原理得到动态密封过程的有限元控制方程,并进行橡胶单轴压缩试验确立胶芯变形过程中的Yeoh本构模型;运用ABAQUS试验平台建立胶芯三维有限元模型,通过模拟起下钻过程中胶芯动态密封过程,得出密封面上受力分布规律;研究胶芯内锥角、外锥角、内径等结构参数对密封性能的影响。结果表明:胶芯主密封面的接触压力大于其他部位,其中主密封面与内锥面拐点处接触压力最大;内锥角增大时内锥面接触压力变大,外锥角增大时密封面接触压力波动,内径增大时主密封面接触压力降低。通过正交试验对结构参数进行优化,得到的最优结构参数组合为内锥角24°、外锥角64°、胶芯内径79 mm,优化方案的接触压力峰值降低了0.51 MPa,Mises应力幅值降低了57.5%。现场应用结果表明,优化方案在满足胶芯密封要求前提下

为了进一步提高水力喷砂射孔技术的射流压力,摆脱传统的地面增压方式因压力传输困难、能耗高等原因对深层地层岩石压裂难的困境,基于实际射孔工艺要求,设计了井下水力增压器。根据井下水力增压器的结构和工作原理,考虑活塞与活塞筒之间的泄漏层对增压效果的影响,建立了增压缸流体域模型,利用动网格技术对增压缸的增压特性进行数值模拟研究。研究结果表明:增压过程中,增压腔压力和流体出射速度均随时间先增大后逐渐呈现出高频周期性波动的规律;增压腔压力和流体出射速度随输入压力和低压腔与增压腔流体的有效作用面积比的增大而增大,且增压腔压力近似等于输入压力和有效作用面积比的乘积;泄漏层厚度对增压腔压力和流体出射速度的波动性影响很大。该研究结果为后期增压器结构设计和参数优选提供了参考。

川南地区的大中斜度页岩气井因地层结构,在钻进过程中产生的岩屑极易沉积为岩屑床,使得钻杆摩阻增大,最终还会造成钻具断裂等重大井下事故。为了减少岩屑床的生成并提高井眼清洁度,提出一种新型脉冲射流工具,该工具既可以减少岩屑沉降,还可以破坏已存在的岩屑床。利用仿真分析软件ANSYS建立了新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的仿真模型,利用CFD-DEM(离散单元法)耦合对二者进行精确仿真,在改变岩屑粒径、钻井液密度、入口排量、井斜角等因素下,对比分析新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的岩屑运移能力。最终得出新型脉冲射流工具相比普通携岩钻杆可以更好地提高岩屑运移能力(利用脉冲高速流体对已沉降的岩屑进行搅动),并且其脉冲射流还可以破坏已存在的岩屑床的结论。该研究成果对减少井眼环空内岩屑总质量与提高钻井经济效益具有重要

由于川渝地区的地层结构较复杂,在钻探过程中产生的岩屑容易在井内沉积,使得岩屑运移难度大,最终还会造成卡钻与钻具断裂等重大井下事故。为了提高页岩气井的携岩能力,提出一种新型铝合金钻杆,对新型铝合金钻杆的携岩原理进行分析,得出该钻杆既可以提高岩屑运移能力,也可以降低摩阻,减少钻井液压耗,再对该钻杆进行力学分析与建模,利用实际参数计算,验证了钻杆的可浮性;然后对岩屑沉降与排出全过程进行分析,提出岩屑沉降与排出全过程的5个阶段;最后在充分考虑了钻井液、岩屑颗粒、钻杆和井壁相互作用的影响下,利用CFD-DEM耦合对新型铝合金钻杆的携岩过程进行精确仿真。改变钻井液排量、钻杆转速、岩屑粒径、钻杆偏心度,对新型铝合金钻杆的携岩能力进行分析,并将该钻杆的携岩效率与传统钢钻杆进行对比,研究了两种钻杆的岩屑运移率,最终

为了提高水力喷砂射孔技术的射流压力,加快水力喷砂射孔技术对非常规油气层和深层地层油气的开采速度,结合井下增压技术与水力喷砂射孔技术,研制井下水力增压器。为确保增压器安全有效地工作,防止活塞因受阻而卡死,根据该装置的结构和工作原理建立了活塞腔正反行程的流体域模型,分析增压器在工作过程中的增压特性和增压器自身工作频率与固有频率之间的关系,并开展井下水力增压器地面功能性试验,试验结果证实了该装置的可行性。研究结果表明:在活塞运动单一行程中,活塞运动速度、流体出射速度以及活塞腔流体压力均随时间呈现出先增大后逐渐趋于稳定的规律;增压器工作频率与固有频率不重合,不会引起共振现象。该研究结果为后期井下水力增压器二代设计与优化提供了参考。

针对大斜度及水平井段,岩屑极易沉积在井筒底部形成一定高度的岩屑床,使得钻杆被埋没,造成钻杆摩阻增大、钻具断裂等问题,设计一种射流式岩屑床清洁工具,基于液固两相流理论,建立三维射流式清洁工具与普通携岩钻杆的仿真模型,并利用Fluent分析射流式清理工具的喷嘴喷射角度、喷嘴流速、岩屑粒径、钻井液排量等参数变化对环空井筒内岩屑体积分数及岩屑质量的影响规律。结果表明:增加脉冲射流式工具后,环空内的岩屑沉积量明显减少,在钻杆转速

目前从各类水力振荡器的现场应用看,普遍存在压耗偏大的问题,使钻井液辅助破岩的能力降低。基于自激涡流振荡的原理,设计了一种全金属水力振荡器,为充分发挥其性能,降低压耗,需对振荡器内部结构进行优化。通过Plackett-Burman设计对内部各结构参数进行了筛选试验,确定显著影响参数为射流道宽度、工具厚度和出口直径,再用Box-Behnken Design响应面法对显著影响参数进行分析,得到全金属水力振荡器内部结构参数的优化组合为射流道宽度14 mm、工具厚度41.

设计一种新型铝合金钻杆。该钻杆可以悬浮在井眼上部,使高速区与岩屑床重合,提升岩屑运移效率。对新型铝合金钻杆进行载荷分析及各零件强度校核,验证新型钻杆的强度。在Fluent中,对环空井眼岩屑运移三维模型进行定性分析,对比不同钻杆转速、岩屑粒径、钻井液排量和钻井液密度下新型铝合金钻杆相对于传统钢钻杆岩屑运移的效率提升。结果表明:新型铝合金钻杆在不同条件下都有更好的携岩能力,特别是对于大粒径的岩屑运移有较大优势。研究结果

针对动力猫道推块液压缸杆使用过程中容易产生失稳的现象,分析了缸杆的受力特点及其失稳原因。在失稳临界力理论计算公式推导过程中,针对欧拉公式存在的不足,应用了修改后的边界条件,并综合考虑了液压缸杆安装及导向系数的影响,得出了推块液压缸杠临界力的计算公式。同时针对现场使用的某型号推块液压缸杆在简化其试验试件的基础上进行了稳定性试验研究。通过对比试验研究得出的试件临界力与理论计算的临界力,说明了计算公式的正确性。最后,采用有限元软件Workbench对液压缸杆进行了稳定性数值模拟,其结果显示理论计算的临界力与有限元分析的结果基本一致,进一步说明了计算公式的正确性。