套管定向钻井锁定器设计与仿真分析

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作者 朱明享 宋刚 +6 位作者 张欣 陈晓君 崔淑英 田英英 牛庆磊 韩泽龙 赵明 《钻探工程》 2024年第S01期178-186,共9页

套管定向钻井技术是一种新型定向钻井工艺方法,兼备套管钻井和定向钻井的优势,能够实现高效的定向钻井目标。锁定器作为套管定向钻井系统中的关键部件,其性能好坏将对钻井可靠性产生直接影响。本文设计了一种将锁定器活动机构部件全部... 套管定向钻井技术是一种新型定向钻井工艺方法,兼备套管钻井和定向钻井的优势,能够实现高效的定向钻井目标。锁定器作为套管定向钻井系统中的关键部件,其性能好坏将对钻井可靠性产生直接影响。本文设计了一种将锁定器活动机构部件全部密封的结构形式,对锁定器中的传扭和轴向限位进行承载力计算分析,采用两参数Mooney-Rivlin超弹性本构模型,对两端关键密封O形圈的装配间隙以及橡胶硬度的承受密封压力情况进行分析,研究表明,锁定器芯承受最大65011 N·m的制动扭矩时,单个传扭键承受10835 N·m的扭矩,应力为74.86 MPa,单个定位卡可承受184520 N的竖向承载力,应力为659 MPa,两者的应力均小于所使用材料的屈服强度930 MPa,锁定器的轴向承载能力和传扭性能均满足设计要求;配合间隙以及橡胶硬度均对O形圈密封性能产生影响,仿真结果表明,在所选公差配合范围内,O形圈表面接触压力均大于外界压力,能够实现有效密封,考虑到间隙越小,Mises应力和剪切应力也随之增大,过大的应力会使密封圈损坏,且不易装配,因此配合间隙选择大值;橡胶硬度越大O形圈的密封性能越好且在相同介质压力下O形圈的形变越小,通过数值模拟选择90 HA硬度的O形圈,可以满足锁定器的密封需求。 展开更多

关键词 套管定向 锁定器 超弹性本构模型 O形圈硬度 密封性能

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水平定向钻进技术在青海钾盐矿开采中的应用研究

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作者 韦海瑞 马琳 +6 位作者 刘阔 贾明浩 吴礼林 朱芝同 邵玉涛 刘广 贾炜 《钻探工程》 2024年第S01期404-410,共7页

为了提高青海某钾盐矿的开采效率和产量,提出了贯通井的开采方案,首次利用水平定向钻进技术和对接井技术施工了多组贯通井,从水平井注水后从竖井抽取卤水,极大地提高了钾盐的开采量。工程施工初期出现了卡钻事故,通过优化泥浆配方、钻... 为了提高青海某钾盐矿的开采效率和产量,提出了贯通井的开采方案,首次利用水平定向钻进技术和对接井技术施工了多组贯通井,从水平井注水后从竖井抽取卤水,极大地提高了钾盐的开采量。工程施工初期出现了卡钻事故,通过优化泥浆配方、钻头合理选择、防卡钻钻具的设计使用,避免了卡钻事故的再次发生。该工程完成40条水平井和竖井的对接后,该区域内的钾盐年产量提高3.5万t,证明利用水平定向钻进技术提高钾盐矿开采效率和产量的方案是可行的。相关研究成果可为后续利用水平定向钻进技术进行可溶性矿产开采提供理论依据和实践指导。 展开更多

关键词 水平定向钻进 钾盐矿 贯通井 对接井

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钻井利器的故事之“液动潜孔锤”

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作者 王跃伟 王文 +5 位作者 刘治 梁健 高鹏举 薛倩冰 齐力强 梁楠 《钻探工程》 2024年第5期169-175,共7页

在各种钻探方法中,液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点,而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具,简... 在各种钻探方法中,液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点,而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具,简要介绍了这一技术的典型应用案例,总结归纳了其下一步发展方向和技术难点,以期普及液动锤的应用,促进液动冲击回转钻进技术的进步。 展开更多

关键词 地质勘探 岩心钻探 冲击回转钻进 液动潜孔锤 绳索取心液动锤

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钻井利器的故事之“慧磁”高精度定向中靶导向系统

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作者 刘聃 陈剑垚 +2 位作者 侯岳 何楠 周绍武 《钻探工程》 2023年第4期155-159,共5页

磁导向对接井技术的出现,大大提升了对接连通率,目前广泛应用在天然碱等可溶性矿产的开采中。随着该技术的不断发展,作为地下“穿针引线”导航利器的优秀代表——“慧磁”高精度定向中靶导向系统,以其出色的测量精度、稳定性及可靠性已... 磁导向对接井技术的出现,大大提升了对接连通率,目前广泛应用在天然碱等可溶性矿产的开采中。随着该技术的不断发展,作为地下“穿针引线”导航利器的优秀代表——“慧磁”高精度定向中靶导向系统,以其出色的测量精度、稳定性及可靠性已在国内外对接井中取得数百次的好成绩。本文从科普的角度介绍了井下对接导航的必要性、“慧磁”系统的组成及技术原理、“慧磁”系统发展历程及近年来取得的成果,以此提高大家对“慧磁”系统的认识,达到相互交流、相互促进的目的,最终推动以“慧磁”系统为代表的主动磁测系统的技术持续发展和应用领域的不断拓展。 展开更多

关键词 定向钻井 对接井 磁导向 钻井导航“ 慧磁”系统 中靶导向系统

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万米科学特深井防斜纠斜技术方案及研究建议

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作者 张恒春 曹龙龙 +4 位作者 王文 闫家 施山山 王跃伟 薛倩冰 《钻探工程》 2024年第4期31-37,共7页

根据科学钻探特点和我国特深井井身结构情况,论文首先设定了我国万米科学特深井基本井身结构和取心井段,结合前苏联SG-3井、德国KTB主井和我国内地科钻一井、松科2井等内地科学钻探工程项目,阐述了特深井井斜预测方法、测量方法、全面... 根据科学钻探特点和我国特深井井身结构情况,论文首先设定了我国万米科学特深井基本井身结构和取心井段,结合前苏联SG-3井、德国KTB主井和我国内地科钻一井、松科2井等内地科学钻探工程项目,阐述了特深井井斜预测方法、测量方法、全面钻进和取心钻进的防斜纠斜技术方法。给出我国万米科学特深井上部井段井斜控制方法和控制指标以及连续取心井段防斜纠斜工艺、器具等总体方案,并提出了进一步研究的建议。 展开更多

关键词 万米钻井 科学特深井 自动垂钻系统 防斜纠斜

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近钻头随钻测量系统天线参数试验优化研究

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作者 韦海瑞 吴川 +6 位作者 朱芝同 沈显鸿 廖宇豪 刘阔 贾明浩 邵玉涛 刘广 《钻探工程》 2024年第S01期85-89,共5页

近钻头随钻测量系统能够有效避免传统随钻测量系统所面临的数据滞后问题,而天线的参数设计及优化是提高信号传输距离及稳定性的重要因素。本文对某近钻头随钻测量系统的天线参数展开优化研究,通过试验探讨了天线线圈直径、线圈匝数、负... 近钻头随钻测量系统能够有效避免传统随钻测量系统所面临的数据滞后问题,而天线的参数设计及优化是提高信号传输距离及稳定性的重要因素。本文对某近钻头随钻测量系统的天线参数展开优化研究,通过试验探讨了天线线圈直径、线圈匝数、负载及磁芯等参数与信号传输距离之间的规律。试验结果表明发射线圈匝数为100匝及线径为0.8 mm,接收线圈为180匝及线径为1 mm,且需引入二级功率放大电路并采用铁氧体磁芯或磁片时,信号传输距离及稳定性最优。相关研究成果可为近钻头随钻测量系统天线的优化设计提供理论依据和实践指导。 展开更多

关键词 近钻头随钻测量系统 无线短传 天线优化 定向钻进

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自行走钻具给进系统中支撑机构的仿生增效研究

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作者 高科 刘正豪 +4 位作者 秦小琳 闻育民 张宗正 李旭 赵研 《钻探工程》 2024年第5期24-35,共12页

随着地下浅层资源的逐渐枯竭,人们逐渐向地下更深部位寻求能源。为应对钻井过程中地下岩层的恶劣环境,提出自平衡钻进系统和仿生自行走钻具给进系统,将压力驱动装置移至地下。本文为解决自行走钻具给进系统中支撑机构的增效问题,通过分... 随着地下浅层资源的逐渐枯竭,人们逐渐向地下更深部位寻求能源。为应对钻井过程中地下岩层的恶劣环境,提出自平衡钻进系统和仿生自行走钻具给进系统,将压力驱动装置移至地下。本文为解决自行走钻具给进系统中支撑机构的增效问题,通过分析蜣螂头部表面非光滑结构对自行走钻具给进系统增阻机构表面进行仿生设计,并对其增阻性能以及对井壁的损伤进行了模拟仿真分析,同时对其摩擦磨损性能进行了实验测试,研究了不同仿生结构的增阻及减小磨损的效果。结果表明:蜣螂头部凸包间距与直径的比值在1.50左右,中间部位凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1∶142~1∶133,且在1∶138附近出现的概率较大,两边凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1:173~1∶158之间,且在1∶167附近出现的概率较大,中间部位凸包所占比例在45%左右,两侧所占比例基本相同;仿生结构设计的间距与直径比值在1.50附近时,有良好的增阻效果;相同凸包直径条件下,间距越大,对井壁的损伤越大;正三角形排布为仿生单元增阻效果最佳的排布方式,矩形排布会增大对井壁的损伤,同时降低增阻效果;同心圆形排布对井壁的损伤最大,增阻效果最差。 展开更多

关键词 仿生增阻 自行走钻具 增阻机构 自平衡钻进系统 给进系统

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中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的研制与试验

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作者 陈晓君 宋刚 +4 位作者 王诗竣 韩泽龙 赵明 张欣 田英英 《钻探工程》 2024年第5期36-44,共9页

针对大洋钻探硬岩取心钻具钻进效率低、取心效率低等问题,本文介绍了中国地质科学院勘探技术研究所研制的Ø185 mm规格中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的基本研制情况及陆地试验情况。研制过程中,通过理论计算和Ansys Workbench... 针对大洋钻探硬岩取心钻具钻进效率低、取心效率低等问题,本文介绍了中国地质科学院勘探技术研究所研制的Ø185 mm规格中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的基本研制情况及陆地试验情况。研制过程中,通过理论计算和Ansys Workbench有限元仿真模拟,对中空式螺杆马达螺旋线型的结构进行了优化设计及动力学分析,并对万向节进行了受力安全分析,优选了材质,钻具攻克了多头小偏移量短节距中空转子和柔性中空万向节等关键技术,通过在陆地开展花岗岩块取心试验,验证了该取心钻具原理样机工作性能的可行性,为该钻具的工程应用提供了工作参数指导及匹配钻头的优选,也可为我国大洋钻探及深地科学钻探提供硬岩取心技术支持。 展开更多

关键词 孔底动力 中空螺杆马达 柔性万向节 硬岩取心 大洋钻探

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提钻取心岩心堵塞形态分析与防堵方法探讨

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作者 曹龙龙 张恒春 +2 位作者 闫家 吴纪修 赵俊杰 《钻探工程》 2024年第S01期78-84,共7页

取心钻进中常会钻遇含裂隙或破碎地层,岩心进入钻头后由于围压消失,地应力释放导致岩心会沿裂隙碎裂成块,在进入岩心管时形成堵塞形态阻碍后续岩心继续入管,严重时岩心互相对磨消耗,导致岩心采取率不足,地层资料缺失。岩心堵塞已成为取... 取心钻进中常会钻遇含裂隙或破碎地层,岩心进入钻头后由于围压消失,地应力释放导致岩心会沿裂隙碎裂成块,在进入岩心管时形成堵塞形态阻碍后续岩心继续入管,严重时岩心互相对磨消耗,导致岩心采取率不足,地层资料缺失。岩心堵塞已成为取心钻进中影响取心质量和钻进效率的重要因素,岩心破碎状态和堵心形态复杂,钻进中在钻具的动态干扰下岩心堵塞机理难以掌握,使得岩心解堵成为取心钻进中面临的一大难题。本文通过岩心堵塞形态理论模型的建立,从岩心碎裂后在岩心管内形成的典型堵塞形态和变化规律进行分析,对易堵心地层的取心参数规程提出建议,并根据所列举的典型岩心堵塞形态对防堵方法进行研究与探讨。 展开更多

关键词 提钻取心 易堵心地层 岩心堵塞 堵心识别 防堵方法

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抗高温保温筒相变材料仿真特性研究

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作者 刘聃 陈剑垚 +3 位作者 侯岳 何楠 刘静涛 周绍武 《钻探工程》 2024年第6期48-58,共11页

随着以“慧磁”钻井中靶导向系统为代表的主动磁测技术的不断提升和应用范围的不断扩展,未来将更多应用在地热开发井、深部矿产资源勘探井等高温井中,高温会成为限制仪器在上述领域应用的“瓶颈”问题。为进一步提升“慧磁”系统的耐温... 随着以“慧磁”钻井中靶导向系统为代表的主动磁测技术的不断提升和应用范围的不断扩展,未来将更多应用在地热开发井、深部矿产资源勘探井等高温井中,高温会成为限制仪器在上述领域应用的“瓶颈”问题。为进一步提升“慧磁”系统的耐温性能,提出采用被动热管理方式,通过使用有限元方法对保温筒相变储热特性进行仿真计算,探究了吸热体最佳耦合长度并横向对比控温能力最佳的相变材料,分析了保温筒内部轴向温度和吸热体相态随时间变化情况。结果表明,上吸热体长度400 mm和下吸热体长度250 mm为最佳耦合长度,保温筒在150℃下工作6 h后,上吸热体相变潜热利用率96.7%,下吸热体相变潜热利用率70.5%,电路板最低温度63.48℃,低熔石蜡控温效果最佳。 展开更多

关键词 高温井 “慧磁”钻井中靶导向系统 保温筒 相变材料 热管理 传热仿真

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万米科学钻探关键机具优化措施研究 被引量：4

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作者 尹浩 梁健 +1 位作者 李宽 吴纪修 《钻探工程》 2023年第4期16-24,共9页

科学钻探是获取地下实物资料、认知地下结构与验证重要地质理论的有效技术手段,井下关键机具是保证钻探工程顺利实施的重要基础保障,而万米科学钻探实施过程中的井下高温、高压、长周期、大规程参数的工况与工艺要求对机具的持续稳定性... 科学钻探是获取地下实物资料、认知地下结构与验证重要地质理论的有效技术手段,井下关键机具是保证钻探工程顺利实施的重要基础保障,而万米科学钻探实施过程中的井下高温、高压、长周期、大规程参数的工况与工艺要求对机具的持续稳定性提出了严峻的挑战。本文针对万米钻探工况需求,分析了钻杆柱、井下动力钻具、提速增效钻具等关键机具的结构特点和失效原因,提出了优化钻杆接头结构、设计全金属齿轮马达钻具、改进水力振荡器及射吸式扭力冲击器阀控机构、优选材质及配套表面强化技术等相应优化措施,为后续深地探测工程的实施提供技术储备。 展开更多

关键词 科学钻探 万米工况 关键机具 钻杆接头 全金属齿轮马达钻具 全金属水力振荡器 射吸式扭力冲击器 优化措施 深地探测

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