钻柱振动

摘要： 无隔水管钻井技术通过控制海底钻井液举升泵的转速和流量来控制旋转防喷器内的钻井液液面,进而达到控制井筒压力的目的。针对深水无隔水管钻井系统作业过程中钻井平台的运动响应对井下钻井液压力扰动的问题,建立了钻井平台-升沉补偿-钻柱纵向振动耦合模型和井下钻井液压力计算模型,分析了海洋环境因素对平台运动响应、钻柱升沉运动响应及井底压力的影响,并研究了升沉补偿系统、钻井液密度和钻井液举升泵对井下压力的影响。研究结果表明:无隔水管钻井系统作业过程中,钻井平台的运动响应会引起钻柱的升沉运动,钻柱的升沉运动会导致井筒内钻井液的不规则流动,从而引起井下钻井液压力的波动;海浪波高的增大会导致平台和钻柱升沉运动幅度上升,从而导致井下激动压力和抽吸压力增大;升沉补偿系统能够有效降低平台运动对钻柱升沉运动的影响,减小井下的压力波动幅度;随着钻井液密度的增大,井筒内的压力也随之增大,在钻井作业时,应在不同的钻井深度选择合适的钻井液,以保证钻井作业的安全性。所得结论可为无隔水管钻井系统作业时钻井液密度和钻井液举升泵扬程的选择提供参考。

摘要： 钻进时的振动会引起钻具疲劳失效和损坏,为提高井下钻具的稳定性,本文设计了依靠行星齿轮系驱动内外钻头同轴双向回转的钻具结构.通过对其核心的齿轮、密封、轴承等部件进行的强度校核,证明该结构的设计强度能够满足正常的使用工况.同时基于数值模拟对该结构的振动效果进行了验证,将钻进时钻头与岩石的相互作用简化为简谐荷载,对双向回转钻具整体结构进行谐响应分析.结果显示,相比于普通单向回转钻进结构,同等条件下双向回转的钻具结构能够有效抑制扭转振动.

摘要： 钻柱振动一直是钻井中不能忽视的问题,它会造成钻柱的疲劳损害,同时也会给钻井施工带来意向不到的益处。虽然在裸眼中钻柱与井眼之间的碰撞还会引起井眼直径过大或者椭圆形井眼,给后期的施工带来严重的影响,但是在水平井水平段施工或者大位移井及井斜很大的井中,钻柱的振动可以适当减弱井底托压对钻井影响,也可提高井眼清洁,还能有效的解决卡钻问题。钻柱在井眼中的振动与附加质量系数和粘滞阻尼系数有密切的关系,与振动的固有频率也有关系。分析这些因素对振动的影响。

摘要： Drilling string vibration in drilling fluid has been a problem that cannot be ignored in drilling,it will cause the drill string fatigue damage,reduce equipment life,but also will bring unexpected benefits to drilling construction.In naked wells,collision due to vibration between drill string and well borewill enlarge borehole diameter,or can form elliptical hole,which can bring great influences on late construction.But in the horizontal section of the horizontal well construction or large displacement wells and wells with large inclined angle,the vibration of drilling string can properly reduce the bottom supporting effect on the drilling pressure,also can improve the hole cleaning,reduce the grit and avoid a lot of complex accidents.The correlation factors of the vibration of drill string in the well include the additional mass coefficient,the viscous damping coefficient and the natural frequency of the vibration.In this paper,the experimental analysis were carried out on the influence of vibration factors,optimized suggestions were also put forward,and also has a guiding significance for future construction.%钻柱在钻井液中的振动一直是钻井中不能忽视的问题,它会造成钻柱的疲劳损害,缩短设备寿命,但同时也会给钻井施工带来意想不到的益处.在裸眼中钻柱与井眼之间因振动引起的碰撞还会使井眼直径过大或者形成椭圆形井眼,给后期的施工带来严重的影响,但是在水平井水平段施工或者大位移井及井斜很大的井中,钻柱振动可以适当减弱井底托压对钻井影响,也可提高井眼清洁度,减少沉砂,避免很多的复杂事故,如卡钻、钻进时扭矩出现剧烈的波动、摩阻加大、钻速变慢等.钻柱在井眼中振动的相关因素有附加质量系数和黏滞阻尼系数以及振动的固有频率.通过实验分析对振动因素的影响,提出优化建议,对以后钻井施工有指导意义.

摘要： 钻井提速技术一直是钻井工程领域的研究热点,寻找井下可用新能量并开发出配套的能量转化方法来提高破岩效率是深井超深井提速领域重要研究方向.分析了井下可获得能量特征,阐述了利用钻柱纵向振动能量提升井下钻井液喷射压力辅助破岩提速的理念,总结了已研制的井下钻柱减振增压装置、吸振式井下液压脉冲发生装置、多效协同提速钻井装置的结构及优点,并对深井提速装备未来发展方向进行了展望.井下能量的获取及合理利用是未来提速工具开发的重要研究方向.基于钻柱振动的提速技术研究成果开拓了深井提速技术新思路,为加快深部油气资源的勘探与开发提供了设备支撑,建议进一步加强井下钻柱振动基础理论、基于钻柱振动的提速技术装备、利用振动提速方法等方面的研究工作,以便将钻柱振动能量应用到钻井工程其他领域之中.%The technology to increase ROP has always been a hot topic in research on drilling engineering.It is an primary direction to seek more downhole available energy and develop related methods to utilize this energy to increase rock-cutting efficiency in deep/ultra-deep wells.The characteristics of downhole available energy was analyzed;and a new concept was elaborated,that is,utilizing the axial vibration of drill string to increase jet pressure of drilling fluid.Then the structure and merits of the equipment we developed,including the downhole vibration absorption & hydraulic supercharging device,the vibration-absorbing hydraulic pulse generator,and the synergetic device,were outlined.And an outlook of ROP-enhancing equipment in deep wells was presented.The acquirement and reasonable utilization of downhole energy are primary direction in the development of ROP-enhancing equipment.The ROP-enhancing technology based on drill string vibration pioneered a novel approach to increase ROP in deep wells,which would provide equipment support to exploration for and production of deep oil and gas resources.The drill string vibration theory,equipment based on vibration,and related methods of increasing ROP should be further studied in order to apply the vibration energy in other aspects of drilling engineering.

摘要： 钻柱振动问题在钻井实践中普遍存在,钻柱恶性振动是造成钻头、钻柱失效的重要原因,其会降低钻井时效,增加钻井成本.如何有效识别钻柱恶性振动并加以抑制是一个重要的课题,国内外对其开展了大量的攻关研究和工程实践.本文详细阐述了钻柱耦合振动的理论研究现状及最新发展趋势,对钻柱振动室内实验研究进行了总结,介绍了国内外井下振动监测装置、钻柱振动抑制工具研发与应用的最新进展;最后提出理论研究与室内试验相结合,研发钻柱动力学分析软件及井下振动识别监测工具,配套合适的抑制、减振工具是解决钻柱恶性振动问题的主要方法;同时建议开展振动抑制一体化解决技术的研究.%The vibration of drillstring is a common problem while drilling.Serious vibration is one of the most important reasons leading to bit and drillstring failure,which can reduce drilling efficiency and increase cost.So how to identify and suppress drilling vibration is a vital task and many researches have been done about this.Through the review of theoretical study and latest progress of drillstring dynamics,summarization of laboratory test research,the latest development of vibration monitoring device and suppression tool are introduced in this paper.Main solution of the problem should include drillstring dynamics software on the basis of theoretical study and laboratory test,vibration monitoring device and proper vibration suppression tool.Meanwhile,the research of vibration suppression integrated technology is proposed.

摘要： PDC钻头在钻遇复杂地层时,转矩波动较大、蹩跳钻现象严重,其不仅会缩短PDC钻头的使用寿命,还容易导致井下钻具断裂,影响钻进效率.为此,研制了钻井转矩保护器,并完成了厂内试验.钻井转矩保护器主要由压扭转换机构、储能机构和密封油浴机构组成,能够起到轴向和周向的减震作用.工作时一旦井下转矩超出工具的预设值,碟簧组被压缩,储存能量,工具收缩,钻头上齿的切削深度减小;当钻头转矩正常时,储存的能量会缓慢释放.厂内试验结果表明,钻井转矩保护器缩回、伸出和转动灵活,试验数据全部满足设计要求.

摘要： 钻柱在钻井液中的振动一直是钻井中不能忽视的问题，它会造成钻柱的疲劳损害，缩短设备寿命，但同时也会给钻井施工带来意想不到的益处。在裸眼中钻柱与井眼之间因振动引起的碰撞还会使井眼直径过大或者形成椭圆形井眼，给后期的施工带来严重的影响，但是在水平井水平段施工或者大位移井及井斜很大的井中，钻柱振动可以适当减弱井底托压对钻井影响，也可提高井眼清洁度，减少沉砂，避免很多的复杂事故，如卡钻、钻进时扭矩出现剧烈的波动、摩阻加大、钻速变慢等。钻柱在井眼中振动的相关因素有附加质量系数和黏滞阻尼系数以及振动的固有频率。通过实验分析对振动因素的影响，提出优化建议，对以后钻井施工有指导意义。

摘要： 根据深部地层钻井环境的主要特征,结合近年来深井提速技术原理及其取得的成效,提出了基于钻柱振动的深井高压射流提速技术装备设计理念,开展了利用钻柱振动能量来提高井底钻井介质射流压力的技术装备研发设计与现场测试工作.研制出的基于钻柱振动的深井高压射流提速技术装备包括:井下钻柱减振增压装置、吸振式井下液压脉冲发生装置,现场实验验证结果表明:设计的利用钻柱振动能量的上述两种装备可以大幅度提高钻井的速度,同时可以降低钻柱振动的危害,且提速效果随着井深的增加而呈现提高趋势.研究成果开拓了深井提速技术新方向,为加快深部油气资源的勘探与开发提供了设备支撑.建议进一步加强井下钻柱振动基础理论、基于钻柱振动的提速技术装备、利用振动提速方法等方面的研究工作.

摘要： 工程录井是钻井安全的有力助手和重要参谋，是钻井工程参数实时监测与工程参数异常分析判断的理论及方法。钻井新技术、新工艺的发展，削弱了相关钻井参数的作用，造成工程异常判断与预测困难。钻柱振动信号包含了钻柱自身、钻头与地层、钻柱与井壁的振动，是十分丰富、非常复杂的振动波，携带着大量对地质、钻井工程有用的信息。钻柱振动的应用研究对于控制钻柱振动、预防钻柱事故，判断井下情况，优化钻井有重要的意义，还有助于解决特殊钻井工艺下的工程录井难题。rn 近年来钻井新技术、新工艺的发展,改变了工程录井工作所依赖的基础,造成工程异常判断与预测困难.为此,本文在前人研究的基础上,探索了钻柱振动工程录井技术,研发出钻柱振动信号采集设备、信号分析与处理软件.通过现场数据采集,研究了钻井参数、岩性、钻头新旧程度、工况等因素对钻柱振动的影响,定性分析出正常钻进、跳钻、粘卡情况下的钻柱振动信号特征,证实利用钻柱振动频谱分析预测井下故障与复杂情况是可行的.

摘要： 在油气钻井中,严重的钻柱振动,特别是共振,会造成钻头破碎及钻柱受损或折断等.钻柱减振器是配合钻头钻进时,起减振作用的减振工具.减振器的刚度对减小钻柱振动、避免钻柱共振有重大影响.本文概述了现有钻柱减振器类型及减振方法,认为只有钻柱减振器刚度可变才能使减振器的减振效果得以最大发挥,满足了油气钻井工程的需要.同时对相关领域减振器变刚度方法进行调研,详细分析了三种减振材料变刚度原理,阐述了其应用于钻柱减振器变刚度的可能性.本文的研究对变刚度钻柱减振器的研制具有参考作用.

摘要： 钻井提速技术一直是钻井工程领域的研究热点,搜寻井下可用新能量并开发出配套的能量转化方法来提高破岩效率是深井超深井提速领域重要研究方向.本文分析了井下能量来源特征、能量特点及井下工况特征,介绍了利用钻柱纵向振动能量作为井下钻井液喷射压力从而破岩提速能量的理念,接着详述了构建的钻柱纵向振动能量转化为高效破岩能量的相关方法及研制的三种钻井液增压装置:井下钻柱减振增压装置、吸振式井下液压脉冲发生装置、多效协同提速钻井装置,最后对深井提速装备未来发展方向进行了展望.井下能量的获取及合理利用是未来提速工具开发的重要课题.基于钻柱振动的提速技术研究成果,开拓了深井提速技术新思路、新方向,为加快深部油气资源的勘探与开发提供了设备支撑.建议进一步加强井下钻柱振动基础理论、基于钻柱振动的提速技术装备、利用振动提速方法等方面的研究工作,以便将钻柱振动能量应用到钻井工程其他领域之中.虽然钻井提速领域还面临很多需要解决的问题,还存在很多研究的方向,但是钻井提速技术的发展之路还是非常广阔的.

摘要： 井下减振增压提速技术是指依靠井下装置实现钻柱振动的能量到井底钻井液压能的转化从而提高钻井速度的钻井技术.介绍了实现该技术的两套井下工具:用于实现井底超高压射流辅助破岩的井下减振增压装置;用于实现井底全排量脉冲增压的吸振式井下液压脉冲发生装置,并对该技术现场应用效果进行了测试评价.新疆油田及塔里木油田5口井的现场应用表明:在钻井参数基本一致条件下,井下减振增压提速技术机械钻速可提高36％～92％;该技术试验井段的井身质量均在设计要求范围内;该技术适用于软到中硬地层及常用的钻井参数,在1.05～1.75g/cm3钻井液密度范围内使用效果良好;装置的使用不影响无线随钻测量;现场测试证明两套井下提速工具均具有性能稳定、效果好、使用寿命长等特点,可以满足现场的需要.井下减振增压提速技术将为提高深井钻速提供一种切实有效的途径,具有较好的推广应用价值.

摘要： 为了提高我国牙轮钻头的设计质量有必要弄清钻头破碎岩石时的受力情况.而钻头是与钻柱相连,忽视钻柱振动来研究钻头是不现实的.本文从建立符合实际的下端边界条件入手主要研究钻柱的扭转振动.利用有限单元法和牛顿法建立了钻柱扭转振动微分方程,通过建立钻头破碎岩石的模型解决了钻柱扭转时的下部边界条件.根据上述数学模型建立了钻柱扭转振动的仿真模型,并编制了相应的软件,在几种不同钻柱与钻铤组合情况下进行了仿真实验,实验结果比较符合实际.该软件对研究钻柱疲劳、钻具组合、钻头设计有重要的作用.

摘要： 离心注水泵在油田开发中后期对保持地层能量及油田稳定起着极为重要的作用。

摘要： 控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，应用于石油天然气钻井作业领域。测传短节安装于扩眼器上方，横向振动控制短节安装于下方。测传短节中置有横向振动监测和信号发射元件，将测得的横向振动信号向地面工作站和钻头方向传递。横向振动控制短节由信号接收器、井下微处理器、电磁阀、液压泵、扶正肋板组成。接收到横向振动信号后，井下微处理器进行逻辑运算，根据横向振动剧烈程度调整电磁阀的开度，控制扶正肋板的伸出或缩回。扶正肋板伸出后将支撑在井壁上，有效扶正钻柱，降低领眼钻柱的横向振动幅度。能够实现随钻扩眼时钻柱横向振动的井下闭环控制。

摘要： 控制钻井作业的控制设备(100)以及方法，通过该方法所讨论连续介质的动态可以被分成重叠波，其中向致动器和/或驱动器(10)的方向行进的波由该致动器补偿。这防止了致动器上能量的反射。通过使用两个传感器(30，40)，可以彼此单独地计算朝向致动器(10)行进的波和远离致动器(10)行进的波，使得朝向致动器行进的波的参数和远离致动器行进的波的参数都可以被确定以便能够在此基础上执行钻柱(20)的驱动设备的控制。

摘要： 控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，应用于石油天然气钻井作业领域。测传短节安装于扩眼器上方，横向振动控制短节安装于下方。测传短节中置有横向振动监测和信号发射元件，将测得的横向振动信号向地面工作站和钻头方向传递。横向振动控制短节由信号接收器、井下微处理器、电磁阀、液压泵、扶正肋板组成。接收到横向振动信号后，井下微处理器进行逻辑运算，根据横向振动剧烈程度调整电磁阀的开度，控制扶正肋板的伸出或缩回。扶正肋板伸出后将支撑在井壁上，有效扶正钻柱，降低领眼钻柱的横向振动幅度。能够实现随钻扩眼时钻柱横向振动的井下闭环控制。

摘要： 本发明提供了一种用于隔离钻柱中的扭转振动的振动隔离联接器，该振动隔离联接器包括第一联接器部分和第二联接器部分，该第一联接器部分包括具有外表面和限定第一中心孔部分的内表面的第一环形壁，该第二联接器部分设置在第一中心孔部分内。该第二联接器部分包括具有外表面区段和限定第二中心孔部分的内表面区段的第二环形壁，并且多个连接元件从第一环形壁的内表面延伸穿过第二环形壁越过第二中心孔部分并与第二环形壁的内表面连接。

摘要： 本发明公开了一种振动隔离联接器，该振动隔离联接器包括：第一联接器部分；包括外表面和内表面部分的第二联接器部分；以及在第一联接器部分与第二联接器部分之间延伸的振动隔离部分。振动隔离部分包括第一实心环形部分和第二实心环形部分。振动隔离部分包括从第一实心环形部分朝向第二实心环形部分延伸的多个狭槽，从而形成多个振动隔离元件。多个振动隔离元件中的每个振动隔离元件通过多个狭槽中的对应狭槽与多个振动隔离元件中的相邻振动隔离元件断开连接。多个振动隔离元件使第一联接器部分能够相对于第二联接器部分扭转旋转。

摘要： 控制钻井作业的控制设备(100)以及方法，通过该方法所讨论连续介质的动态可以被分成重叠波，其中向致动器和/或驱动器(10)的方向行进的波由该致动器补偿。这防止了致动器上能量的反射。通过使用两个传感器(30，40)，可以彼此单独地计算朝向致动器(10)行进的波和远离致动器(10)行进的波，使得朝向致动器行进的波的参数和远离致动器行进的波的参数都可以被确定以便能够在此基础上执行钻柱(20)的驱动设备的控制。

摘要： 控制随钻扩眼时钻柱横向振动的装置，应用于石油天然气钻井作业领域。测传短节安装于扩眼器上方，横向振动控制短节安装于下方。测传短节中置有横向振动监测和信号发射元件，将测得的横向振动信号向地面工作站和钻头方向传递。横向振动控制短节由信号接收器、井下微处理器、电磁阀、液压泵、扶正肋板组成。接收到横向振动信号后，井下微处理器进行逻辑运算，根据横向振动剧烈程度调整电磁阀的开度，控制扶正肋板的伸出或缩回。扶正肋板伸出后将支撑在井壁上，有效扶正钻柱，降低领眼钻柱的横向振动幅度。能够实现随钻扩眼时钻柱横向振动的井下闭环控制。

摘要： 本发明提供了一种面向正常钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常识别方法，用于识别粘滑和跳钻这两种异常状态。首先，选取一段正常钻柱振动信号，对该段信号进行相关处理及去噪得到去噪信号x(t)，作为基准信号。其次，选取与分段后同长度的正常钻柱振动信号，去噪后利用动态时间规整算法(DTW)计算与x(t)之间的距离即相似性，求取得到距离的均值E及距离与均值E的最大差值D。再次，将去噪后的检测信号利用DTW计算与x(t)之间的距离，并求取该距离与E的差值D’,比较D与D’间的大小判断是否发生异常。最后，利用特征频率判断其类型。本发明减少钻进成本，提高粘滑、跳钻异常识别速度和精度，为地质勘探钻进过程安全性监测与异常识别打下了良好的基础。

摘要： 本发明提供了一种面向正常钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常识别方法，用于识别粘滑和跳钻这两种异常状态。首先，选取一段正常钻柱振动信号，对该段信号进行相关处理及去噪得到去噪信号x(t)，作为基准信号。其次，选取与分段后同长度的正常钻柱振动信号，去噪后利用动态时间规整算法(DTW)计算与x(t)之间的距离即相似性，求取得到距离的均值E及距离与均值E的最大差值D。再次，将去噪后的检测信号利用DTW计算与x(t)之间的距离，并求取该距离与E的差值D’,比较D与D’间的大小判断是否发生异常。最后，利用特征频率判断其类型。本发明减少钻进成本，提高粘滑、跳钻异常识别速度和精度，为地质勘探钻进过程安全性监测与异常识别打下了良好的基础。

摘要： 本发明提供了一种基于钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常工况识别方法，用于识别粘滑和跳钻这两种异常钻具工况。通过分析钻柱振动三维加速度信号正常钻进与发生粘滑、跳钻时信号变化特征，利用经验模态分解得到本征模态函数IMF分量。然后，选取IMF分量及其阈值，将高于阈值的IMF分量系数采用软阈值函数进行处理重构得到去噪信号。对去噪信号进行IMF能量熵与边际谱能量计算，得到用于表征正常钻进、粘滑和跳钻的时频域特征。最后基于已提取的时频域特征，利用支持向量机对这三种工况进行识别。本发明减少钻进成本，提高粘滑、跳钻工况的识别速度和精度，为地质勘探钻进过程安全性监测与工况识别打下了良好的基础。