钻柱

摘要： 钻柱建模对象的选取和钻柱轴向力对直井钻柱的横向振动特性分析有很大的影响。本文根据求解几何非线性问题的有限变形理论,考虑钻柱自重和钻压的反向作用力产生的应力刚化效应,建立钻柱动力学方程。运用有限元法分别对整体钻柱和底部钻具进行无轴向力的横向振动分析,对比后选取整体钻柱作为后续研究对象,然后分别进行以轴向力作为预应力的模态分析、谐响应分析和瞬态动力学分析。结果表明,与底部钻具相比,无轴向力作用下整体钻柱的固有频率很低且钻铤处振动不明显;考虑轴向力时,自重产生的拉力会显著提高钻柱的固有频率,钻压产生的反向力会降低钻柱的固有频率,中性点附近钻铤的横向振型变化较大,钻杆的横向振动从井底到井口逐渐减弱;钻压为50 kN、钻柱转速在0~90 r/min之间时,存在0.4~0.6 Hz(对应转速为24~36 r/min)的共振微弱区,同时钻压越大,共振微弱区的频率越低;钻柱与井壁发生碰撞后,轴向力使钻柱中性点处的振动能量增大但振幅降低。

摘要： 在石油深井钻探中,钻头与岩石相互作用诱发钻柱系统的自激振动,严重时导致钻头磨损和钻柱疲劳失效,影响钻井效率。钻柱动力系统不稳定的主要原因是钻头与岩石的相互作用引起钻柱动力系统中出现了状态依赖时滞变量,该研究考虑钻井液阻尼的影响,给出了控制钻头轴向和扭转运动的状态依赖时滞微分方程(state-dependent delay differential equation, SDDDE),引入钻头运动轨迹函数对状态依赖时滞变量进行描述,将状态依赖时滞微分方程转化为非线性耦合的偏微分方程(partial differential equation, PDE)和常微分方程(ordinary differential equations, ODE),并利用谱方法和伽辽金方法分析了上述耦合方程的线性稳定性,给出了钻柱动力学系统随钻井参数变化的稳定性图谱,对多自由度钻柱动力学系统的稳定性进行了分析。最后,与相关文献中的结果及数值模拟结果进行对比,验证了该研究稳定性数值分析方法的准确性,并研究了阻尼对钻柱动力学系统稳定性的影响。通过基于状态依赖时滞的钻柱动力学稳定性分析,有助于控制或避免钻柱的自激振动,进而延长钻头使用寿命,提高机械钻速。

摘要： 钻杆及井下工具通过钻具螺纹连接形成钻井管柱实现钻进作业,钻具螺纹连接质量的好坏直接影响整个钻柱的整体性能.因此,必须确保钻具螺纹的加工质量,才能确保钻井管柱的连接可靠,才能确保钻井过程的安全.

摘要： 低温条件下的钻柱强度校核与设计研究,对解决极地等低温环境下钻柱的技术问题具有重要意义.在低温和常温条件下,进行了G105钻杆和S135钻杆的力学特性试验,获取了2种材料的抗拉强度、屈服强度及冲击性能等参数随温度的变化规律,在此基础上,提出了低温环境下钻柱的强度设计方法.试验发现,随着温度降低,G105钻杆和S135钻杆的抗拉强度和屈服强度均升高,断面收缩率基本不变.在低温环境下,为保证钻柱的服役安全,钻柱的强度设计方法应由常温下应力控制转换为应力与应变共同控制.低温服役环境下进行钻柱强度设计时,钻柱材料的屈服强度应依照宽温区的材料强度特性取值.该研究结果对确保低温环境下钻柱的工程设计及服役安全具有指导意义.

摘要： 针对深水钻井井下段钻柱在横向、纵向和扭转方向上的非线性耦合振动问题,根据动力学原理建立了井下段钻柱非线性耦合振动数学模型和井筒内钻井液压力波动模型,分析了波动钻压和波动转速对井下段钻柱横纵耦合振动、纵扭耦合振动的影响以及钻柱振动对井筒内钻井液压力波动的影响.研究结果表明:随着钻压的增大,钻柱的横向和纵向振动幅度都有一定程度的增加,钻柱稳定性变差,钻压增大对钻柱横向振动影响最大;在低转速时,钻柱容易产生较大的纵向振动,随着转速的继续上升,钻压波动和钻头黏滑振动幅度明显减小,钻柱稳定性提高;井筒内钻井液压力受钻柱振动影响较大,并随着钻柱系统的耦合振动幅度增大而上升,同时呈一定的周期性变化.研究结果可为深水钻井作业提供一定的指导.

摘要： 钻柱松扣技术对前期采用解卡措施后仍无法有效解卡的卡钻事故具有重要意义.基于卡钻事故发生诱因及其相应的解卡机理,研究反扣钻具倒扣、正扣钻具倒扣及爆炸松扣相关技术.结果表明,若前期解卡措施难以解卡,钻柱松扣技术是最有效的解卡措施;反扣钻具倒扣技术对井深、井斜及摩阻限制较小,但倒扣失败后脱手难度大;正扣钻具倒扣适用于井深浅、井斜和摩阻小的卡钻事故,能够迅速处理海上小型平台的卡钻事故,但对于大斜度井、井眼轨迹复杂的井风险较大;爆炸松扣技术适用于井斜和狗腿度大、井眼轨迹复杂的事故井.研究结果对高效地处理卡钻事故具有重要指导意义.

摘要： 以最大补偿载荷4500 kN、补偿精度90％的钻柱升沉补偿装置为例,分析不同结构类型和工作原理钻柱升沉补偿装置的性能参数和优缺点,及其工程适应性.针对不同的作业需求,从作业效率、结构重心、钻台布局、作业成本、操作维护性等方面进行比较分析,为在深水钻机设计中选择钻柱升沉偿方案提供指导.

摘要： 在现有电磁随钻测量(EM-MWD)系统中,钻柱是重要的EM-MWD信号传输信道.为深入了解影响EM-MWD信号在钻柱中传输效果的因素,基于等效传输线法对EM-MWD信号信道进行了建模,并使用Ansys软件进行了有限元计算,分析了地层分层情况下不同规格钻柱在交变电磁场中传输的能量损耗以及套管对EM-MWD信号传输的影响规律.研究发现:EM-MWD信号在钻柱中的能量损耗会随着功率和频率增大而增加,当信号频率超过100 Hz时损耗增加更加明显;不同规格的钻柱传输信号的效果不同,但当钻柱壁厚与外径的比为0.08～0.20时,EM-MWD信号传输效果较好;在钻柱上加套管会对EM-MWD信号的传输产生屏蔽作用,影响传输效果,不过当井下EM-MWD信号的发射频率在50 Hz以下时,套管的影响较小.研究结果更加明确了钻柱自身属性对EM-MWD信号传输的影响,可为EM-MWD系统的改进和设计提供参考.

摘要： 为深入认识钻井过程中井下钻柱振动的特征、明确振动激励源,利用ESM存储式测量系统对某超深井旋转钻进过程中的振动信号进行了测量,并分析了钻柱粘滑和涡动的主要特征;以此为基础,分别采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对钻柱振动信息进行频域和时频分析,确定了引起钻柱振动的主要频率,进而明确了其振动激励源.研究发现:钻柱发生粘滑运动时,三轴加速度呈同步周期性变化,其周期为10?s,主要频率成分为0.1?Hz;钻柱发生涡动时,三轴加速度均呈杂乱无章的不规则波动,主要振动频率为钻头转速的2倍频、转盘转速的1～5倍频.实例分析结果表明,引起钻柱涡动的激励源主要有钻头与地层的相互作用、稳定器或Power-V系统与井壁的摩擦等,为制定减振措施提供了理论依据.

摘要： 钻柱与井壁环空内钻井液对钻柱横向振动的影响较大,其影响往往以附加质量予以考虑.假设钻井液为不可压缩流体,推导了考虑轴向流动时环空钻井液对钻柱横向振动影响的附加质量系数.针对考虑轴向钻井液流动后附加质量系数求解困难的问题,应用计算流体动力学方法(CFD)和动网格技术,建立了钻柱在环空内振动引起环空内部流动的计算模型,得到了环空钻井液中的压力分布和速度分布,由压力分布求得了作用在钻柱上沿钻柱运动方向的钻井液附加作用力,从而得到了钻柱横向振动的附加质量系数,为考虑轴向流动的钻柱横向振动附加质量系数的求解提供依据.

摘要： 钻柱的传输特性研究是完成声波遥传的关键.本文针对小尺度钻柱结构截面变化对声波传输特性的影响,采用声波纵向振动理论,建立了渐变截面圆锥杆振动的四端参数传递矩阵,构建了钻柱的振动参数模型,提出了能够表征结构的特性参数.通过仿真实验,本文得到了钻柱串结构的传递导纳曲线,该曲线准确表征了结构的通阻特性,能够更准确反映钻柱小尺度结构对振动传递产生的放大现象及阻带效应;钻柱结构长度比模型的仿真实验表明,通过在两根钻柱中间增加一定长度的短钻铤,可以拓宽通带带宽至原来两倍,这在工程应用中更具可行性.

摘要： 本文利用非线性动力学原理,结合有限元法,建立了气体作为循环介质条件下下部钻柱—钻头—地层有限元模型,并利用显式Newmark时间积分法计算求解.研究了下部钻柱与井壁非线性接触碰撞时产生接触力的特点,分析了下部钻柱受到钻压和扭矩的作用后的运动状态,研究了下部钻柱危险点的瞬态力学行为,剖析了下部钻柱受载荷后的位移变化规律,以期为气体钻井钻柱力学的研究提供理论基础.

摘要： 随着深井、超深井、大位移水平井的逐年增多,出现卡钻、钻具落井等复杂情况的概率在逐步增多,钻具可能承受的复杂工况也越来越多.作为钻柱的重要组成,钻具接头的性能,特别是复杂工况下的性能受到了越来越多的关注.API标准中虽然提供了钻具接头抗扭强度计算公式,但由于基于很多假设性条件,难以反映轴向拉力、弯矩对钻具接头抗扭强度的影响.实际使用中常常出现工作扭矩尚在标定扭矩极限内,钻具接头却已发生失效的情况.本文采用钻具接头三维弹塑性有限元分析方法,确定不同轴向拉力条件下钻具接头的极限工作扭矩,通过对计算结果的多项式拟合,得到钻具接头的极限工作扭矩计算模型,建立钻具接头的极限工作扭矩图版并形成快速确定方法,从而可以快速确定实际复杂载荷工况下钻具接头的极限工作扭矩,以更好地指导生产作业.

摘要： 近年来川渝地区的水平井多设计为三维水平井,特别是页岩气井多设计为丛式三维水平井井组.三维水平井大幅度扭方位后均不同程度地出现摩阻、扭矩增大、钻具偏磨、定向托压等,严重影响了钻井安全和钻井速度.为此,在调研分析国外钻柱力学试验数据的基础上,研究三维水平井整体钻柱三维力学模型,结合有限元理论对钻柱受力力学分析方法,考虑井眼几何形状、钻柱屈曲、钻柱刚性对钻柱力学的影响,提出了三维空间中的整体钻柱与井壁接触力、摩擦力分布的计算方法,采用MATLAB编制了相应的计算机软件,在国内首次实现了三维水平井钻柱力学三维仿真.使现场施工人员能够根据钻柱力学仿真数据及时了解井下钻柱形态与受力状态,及时调整施工参数,避免井下复杂情况的产生.

摘要： 采用室内模拟实验的方法对钻柱转速、轴向力、横向位移、接触力以及孔壁与摩擦扭矩间的关系进行研究.通过分析实验结果,总结出各因素对摩擦扭矩间的影响,运用摩擦粘着理论对规律进行解释.将得到的实验规律结合钻探实践,用来指导钻探规程的合理化.

摘要： 借助于圆柱面坐标系,基于最小位能原理,用Rayleigh-Ritz法研究了斜直井内钻柱的非线性螺旋屈曲问题。钻柱上端周向自由,下端铰支,得到了确定螺旋屈曲临界载荷的无量纲形式的非线性积分方程。应用符号运算软件Maplel0,对具体的工程算例进行了求解。研究发现,本文的计算结果与已有的实验结果吻合很好,这说明钻柱的螺旋屈曲问题必须用非线性方法计算,本文的研究方法可用于求解斜直井内的钻柱屈曲问题。

摘要： 实现井下过程的实时监测和智能化控制是现代油气工程技术的发展趋势.利用声波作为信息载波,钻柱作为信道传输井下信息的方法是突破上述发展瓶颈的重要研究热点之一.针对声信号在钻柱中传播、接收和识别过程中的声传输信号特性选择、声设备设计、声传输技术传输能力评价等关键问题开展了研究.结果表明:600-700Hz声波能够满足最钻信息声传输技术的需要;优化后的声发射及接收方式能够提高声的发射和接收效果,有利于声信号的识别及延长其传输距离;选定频率的声信号在钻柱中一次传输距离可达1450m,传输速率16bit/s,在安装中继器的前提下可以达到现场应用条件;研究结果证明了利用声传输随钻信息是可行的,并为随钻信息声传输技术的实现提供了指导.

摘要： 声波沿钻柱传输信息因投入成本低,传输速率较高等优点,成为井下数据传输的重要方式之一.由于不同钻柱结构和物理参数的变化,都会引起钻柱信道特性变化,使得声传输信道性能发生改变,从而制约声信号的传输.为研发利用钻柱作为声波信道实现地面与井下之间的信息传输系统,本文利用钻柱数值模型,构建典型钻具声波传输信道,研究仿真了典型钻具组合,塔式钻具组合、钟摆钻具组合和满眼钻具组合的声波信道特性.结果表明:塔式钻具组合信道衰减严重,只有单个频点为通带,几乎没有通讯通带.满眼和钟摆钻具组合信道特性仍具有信息传输通带.信道的建模与计算机仿真研究结果,可为声波传输研究提供有力的技术支持和测试平台.

摘要： 基于低频纵波在钻柱内传播的波动方程,应用有限差分法和传递矩阵法对周期性管结构钻柱信道进行了建模.针对两种建模方法求解的信道内单位脉冲激励下不同频谱响应,分析了声传输信号的接收特性.在此基础上,探讨了有限差分算法引入的频散误差及其对声信号传输特性的影响规律.数值仿真结果表明,两种建模方法均能获得基本一致的梳状滤波器频谱响应特征;但有限差分法的求解结果受差分步长影响明显,导致信道特性产生偏差,而传递矩阵法更适于不规则的较长的复杂信道建模分析.

摘要： 一种用于凿岩钻机(1)的操纵装置(5)，所述操纵装置(5)用于操纵钻柱的钻柱部件，其中所述操纵装置包括直线引导件(6)、可沿直线引导件(6)移位的滑块(7)、以及由滑块支承的夹持装置(8)，所述夹持装置(8)可在凿岩钻机内的钻柱位置与凿岩钻机外的递送位置之间移位。夹持装置由可以绕第一旋转轴线(V1)转动的方式被驱动的转动臂支承。所述转动臂(21)可以相对于滑块(7)绕第二旋转轴线(V2)转动的方式被驱动。转动臂支承件(22)和转动臂(21)可以绕第三旋转轴线(V3)转动的方式被驱动以便使夹持装置(8)转动至钻柱位置。本发明还涉及一种方法以及凿岩钻机。

摘要： 本申请涉及一种用于定位在撞击凿岩机(3)与钻头(6)之间的钻柱部件，所述钻柱部件包括：管状的旋转力传输单元(5)，所述管状的旋转力传输单元(5)在每个端部处都具有用于结合至其他钻柱部件的螺纹，以及击打杆(15)，所述击打杆(15)用于将进给力和冲击波传输至所述钻头(6)并且所述击打杆(15)与所述管状单元同轴且在所述管状单元内侧延伸，其中，所述管状单元内形成有冲洗流体流动通道，所述管状单元包括用于与所述击打杆的旋转接合元件(22)旋转配合的装置(23)。本申请还涉及一种用于撞击凿岩的钻柱系统。

摘要： 一种用于凿岩钻机中的钻柱部件操纵装置的夹持装置(1)，该夹持装置(1)包括夹持器元件对(3‑4；3’‑4’)，夹持器元件对(3‑4；3’‑4’)由本体(2)支承并且包括能够绕枢接部(7)在包括夹持位置的闭合位置与张开位置之间枢转地移动的至少一个夹持器元件(3、4；3’、4’)，该能够枢转地移动的夹持器元件在与轴向方向(R)形成直角的相应的夹持器平面中枢转，其中，每个可动的夹持器元件(3、4；3’、4’)均设置有致动部(8)，致动部(8)与能够沿平行于轴向方向(R)的方向移动的楔形装置(9、9’)协同操作以使所述可动的夹持器元件(3、4；3’、4’)枢转。本发明还涉及一种方法、一种用于凿岩钻机的钻柱部件操纵装置以及一种包括钻柱部件操纵装置的凿岩钻机。

摘要： 一种用于凿岩钻机(1)的操纵装置(5)，所述操纵装置(5)用于操纵钻柱的钻柱部件，其中所述操纵装置包括直线引导件(6)、可沿直线引导件(6)移位的滑块(7)、以及由滑块支承的夹持装置(8)，所述夹持装置(8)可在凿岩钻机内的钻柱位置与凿岩钻机外的递送位置之间移位。夹持装置由可以绕第一旋转轴线(V1)转动的方式被驱动的转动臂支承。所述转动臂(21)可以相对于滑块(7)绕第二旋转轴线(V2)转动的方式被驱动。转动臂支承件(22)和转动臂(21)可以绕第三旋转轴线(V3)转动的方式被驱动以便使夹持装置(8)转动至钻柱位置。本发明还涉及一种方法以及凿岩钻机。

摘要： 本申请涉及一种用于定位在撞击凿岩机(3)与钻头(6)之间的钻柱部件，所述钻柱部件包括：管状的旋转力传输单元(5)，所述管状的旋转力传输单元(5)在每个端部处都具有用于结合至其他钻柱部件的螺纹，以及击打杆(15)，所述击打杆(15)用于将进给力和冲击波传输至所述钻头(6)并且所述击打杆(15)与所述管状单元同轴且在所述管状单元内侧延伸，其中，所述管状单元内形成有冲洗流体流动通道，所述管状单元包括用于与所述击打杆的旋转接合元件(22)旋转配合的装置(23)。本申请还涉及一种用于撞击凿岩的钻柱系统。

摘要： 一种用于凿岩钻机中的钻柱部件操纵装置的夹持装置(1)，该夹持装置(1)包括夹持器元件对(3-4；3’-4’)，夹持器元件对(3-4；3’-4’)由本体(5)支承并且包括能够绕枢接部(7)在包括夹持位置的闭合位置与张开位置之间枢转地移动的至少一个夹持器元件(3、4；3’、4’)，该能够枢转地移动的夹持器元件在与轴向方向(R)形成直角的相应的夹持器平面中枢转，其中，每个可动的夹持器元件(3、4；3’、4’)均设置有致动部(8)，致动部(8)与能够沿平行于轴向方向(R)的方向移动的楔形装置(9、9’)协同操作以使所述可动的夹持器元件(3、4；3’、4’)枢转。本发明还涉及一种方法、一种用于凿岩钻机的钻柱部件操纵装置以及一种包括钻柱部件操纵装置的凿岩钻机。

摘要： 本实用新型提供了一种钻柱式双向铣锥和钻柱式双向铣锥组合钻具。所述双向铣锥包括依次连接的上接头、铣锥本体、下接头，其中，铣锥本体包括依次连接的上椎体、柱体、下椎体，上椎体与上接头连接，下椎体与下接头连接，上接头中有第一腔体，铣锥本体中有第二、第三腔体，第三腔体位于下椎体中，第一、二、三腔体都轴向贯通且互相连通。所述钻柱式双向铣锥组合钻具包括如上所述的双向铣锥、以及与下接头连接的钻铤。本实用新型结构简便，制作成本低；在磨铣过程中能够提高磨铣效率，实现上下双铣；便于连接钻具，在向下铣过程中，下瑞的锥形便于引导铣锥进入。

摘要： 本实用新型提供了一种钻柱及钻柱用接头，该钻柱用接头包括筒体(1)，筒体的一端具有用于与钻杆连接的第一丝扣(11)，另一端具有用于与下部钻具连接的第二丝扣(12)，筒体的内部具有胶塞腔(13)，胶塞腔的内径大于钻杆的水眼直径，胶塞腔的长度大于投入到钻杆内的钻杆胶塞的长度，胶塞腔的腔壁上设置有多个沿周向分布的凸棱(2)以用于扶正钻杆胶塞，胶塞腔的靠近第二丝扣的一端设置有胶塞托盘(3)，胶塞托盘的未与钻杆的水眼正对的部分设置有供钻井液通过的过流孔。本实用新型提供的钻柱用接头可保证钻杆胶塞到底后不会出现憋泵现象，且后续起钻过程不会出现反喷钻井液现象，有利于提高钻柱的安全性。

摘要： 本实用新型涉及一种钻柱元件和钻柱，该钻柱元件用于安装到用于水平钻进、用于沿钻孔路线建造钻孔的钻柱中，该钻柱元件具有基体和内部空间，用于冲洗所述钻孔的冲洗介质以及通过与钻柱连接的钻头松脱的钻屑的疏散能够通过所述内部空间可以被运走，该钻柱元件在基体的壁中具有与该内部空间连接的开口，至少一部分流动通过该内部空间的冲洗介质通过该开口到达环形空间中，在所述外壁上设置有至少一个体，在所述体中设置有一个流动通道，所述流动通道具有流动路径并且在流动技术上与所述开口经由进入开口连接，所述流动通道在其背离开口的一侧上具有至少一个排出开口，开口和/或进入开口的净横截面小于或大于所述排出开口的净横截面。

摘要： 本实用新型提供一种钻柱转换接头及钻柱。其中，包括：接头本体，接头本体的第一端设置有用于与钻杆配合的内螺纹，接头本体的第二端形成有用于与钻铤配合的外螺纹；接头本体上形成有沿轴向贯穿设置的中心孔；且接头本体的周侧还形成有凹槽。本实用新型还提供一种钻柱，包括：钻铤、钻杆以及钻柱转换接头，钻杆上形成有与钻柱转换接头的内螺纹相配合的外螺纹，钻铤上形成有与钻柱转换接头的外螺纹相配合的内螺纹。本实用新型提供的钻柱转换接头及钻柱，当钻井作业时，凹槽可以分散位于内螺纹以及外螺纹的螺纹牙根部的应力，避免了其由于应力集中而导致的断裂失效，增强了钻柱转换接头的寿命，进而提高了钻柱的寿命及钻井作业效率。