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机械式静态双层推靠自动垂直钻具设计 被引量：4
1
作者 李立鑫 薛启龙 +2 位作者 刘宝林 赵柳东 李昕愉 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期91-98,共8页
为满足小尺寸垂直钻探的作业要求,设计一种外径127 mm、具有双层推靠活塞的机械式静态自动垂直钻井工具。该垂直钻具不含独立的电子和液压系统,仅依靠偏重块在重力作用下自动偏向井眼低边的物理特性,带动环阀转动进而改变钻井液流道的开... 为满足小尺寸垂直钻探的作业要求,设计一种外径127 mm、具有双层推靠活塞的机械式静态自动垂直钻井工具。该垂直钻具不含独立的电子和液压系统,仅依靠偏重块在重力作用下自动偏向井眼低边的物理特性,带动环阀转动进而改变钻井液流道的开闭,使钻井液在钻具内部和环空中形成压差,驱动双层分布的8个活塞以相应的组合方式推向井眼高边,实现自动纠斜,维持井眼垂直。该钻具采用全新的环阀设计,避免常规盘阀较大的摩擦阻力,提高纠偏的灵敏度和精度,其推靠活塞为独特的双层分布,纠斜时有3个不同层的推靠活塞同时推出,可在较小的钻头压降下获得较大的推靠力和纠斜力矩,纠斜能力显著提升,而且不同层推出的3个推靠活塞形成稳定的三角结构,有效提升钻具的稳定性和可靠性。在钻具结构设计的基础上,对钻具偏心机构、推出机构的力学性能进行分析,并研究角接触球轴承的摩擦阻力对钻具纠斜行为的影响。结果表明:该自动垂直钻具的推靠合力是单个推靠活塞的1+2^(1/2)倍,理论上其纠斜精度仅在井斜角降至0.154°后才会受到影响,纠斜极限井斜角可达0.059°,具有很好的纠斜能力、纠斜精度和灵敏度,而且该钻具结构设计简单,造价及维护成本较低,其机械式的控制方式不受井下温度影响,具有很好的现场应用前景。 展开更多
关键词 垂直钻井 机械式垂直钻具 偏重块 推靠力 纠斜行为
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机械式自动垂钻工具粘滑振动抑制方法研究 被引量：7
2
作者 张龙 张凯 +2 位作者 周琴 李国民 刘宝林 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2019年第11期43-49,共7页
机械式自动垂钻工具具有耐温性高、成本低、适用范围广等优点,是一种适用于深井和超深井控制井斜、提高垂直精度的重要技术手段。但由于其纠斜、防斜是靠重力及机械结构来实现的,在粘滑振动的工况下工作精度会受到巨大的影响。因此,本... 机械式自动垂钻工具具有耐温性高、成本低、适用范围广等优点,是一种适用于深井和超深井控制井斜、提高垂直精度的重要技术手段。但由于其纠斜、防斜是靠重力及机械结构来实现的,在粘滑振动的工况下工作精度会受到巨大的影响。因此,本文从粘滑振动的产生机理出发,总结出其具体影响因素,并对现有国内外抑制粘滑振动的手段进行对比分析,寻求适用于机械式自动垂直钻具的可行粘滑振动抑制方法,为工具防斜纠斜能力的进一步提升提供可靠的技术保障。 展开更多
关键词 垂直钻井 机械式垂钻工具 纠斜 粘滑振动 抑制方法
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机械式自动垂直钻具的纠斜行为及研究进展 被引量：8
3
作者 李立鑫 薛启龙 +2 位作者 刘宝林 李昕愉 王晋 《西安石油大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第1期90-97,共8页
综合近年来国内外机械式自动垂直钻具的研究成果,介绍了机械式自动垂直钻具的工作原理和使用优势,对比分析了动态和静态垂直钻具的纠斜行为及特点,并针对国内外机械式自动垂直钻具的研究进展和应用现状,对我国机械式自动垂直钻具的研究... 综合近年来国内外机械式自动垂直钻具的研究成果,介绍了机械式自动垂直钻具的工作原理和使用优势,对比分析了动态和静态垂直钻具的纠斜行为及特点,并针对国内外机械式自动垂直钻具的研究进展和应用现状,对我国机械式自动垂直钻具的研究重点和发展方向提出了建议。 展开更多
关键词 自动垂直钻井技术 机械式自动垂直钻具 工作原理 纠斜行为 研究进展
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机械式自动垂直钻具控制性能分析及优化 被引量：2
4
作者 李立鑫 薛启龙 +3 位作者 刘宝林 王晋 李昕愉 张宗湖 《地质科技情报》 CSCD 北大核心 2018年第3期268-274,共7页
鉴于机械式自动垂直钻具井斜控制能力相对较低的问题,从钻具的控制机制出发,研究了粘滑振动条件下控制机构的动力学行为,并提出了控制机构的优化方案。井下粘滑振动会使钻具控制机构中的偏重块发生类似钟摆的运动,严重影响钻具的控制性... 鉴于机械式自动垂直钻具井斜控制能力相对较低的问题,从钻具的控制机制出发,研究了粘滑振动条件下控制机构的动力学行为,并提出了控制机构的优化方案。井下粘滑振动会使钻具控制机构中的偏重块发生类似钟摆的运动,严重影响钻具的控制性能甚至导致钻具失效。为减少粘滑振动的不利影响,将凸台盘阀和水力涡轮引入钻具的控制机构,在偏重块尺寸减小的同时提升了钻具的控制性能。仿真结果表明,受粘滑振动影响,在井斜角3°和9°时,在采用常规盘阀的控制机构中,偏重块摆动幅度分别为44.96°,14.91°,摆动中心位置距离井眼低边夹角分别为19.84°,6.15°;优化后,采用凸台盘阀可使控制机构中偏重块的摆动幅度分别为10.06°,2.17°,分别降低了77.89%,85.45%。配合使用扭矩为65N·mm的水力涡轮后,可实现偏重块以井眼低边为中心的钟摆运动,显著提升了钻具控制机构的响应精度、灵敏度及可靠性。此外,优化后控制机构的许用压差大幅增加,进一步提升了钻具的纠斜降斜能力。 展开更多
关键词 垂直钻井 机械式自动垂直钻具 控制性能 粘滑振动 动力学响应 优化
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机械式自动垂直钻具上盘阀开口角度的优化分析 被引量：2
5
作者 张龙 张凯 +4 位作者 柴麟 李国民 周琴 刘宝林 李然然 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期72-79,88,共9页
动态机械式自动垂直钻具广泛应用于直井作业中,改善其纠斜性能是优化钻具的关键目标。钻具稳定平台中上盘阀的开口角度对其纠斜性能影响很大。以扩径力冲量、导向力冲量、导向力突变幅度和波动幅值作为钻具井眼螺旋程度、有效推靠力作... 动态机械式自动垂直钻具广泛应用于直井作业中,改善其纠斜性能是优化钻具的关键目标。钻具稳定平台中上盘阀的开口角度对其纠斜性能影响很大。以扩径力冲量、导向力冲量、导向力突变幅度和波动幅值作为钻具井眼螺旋程度、有效推靠力作用和导向力稳定性的评价指标,来评价不同上盘阀开口角度下钻具的纠斜性能。通过分析钻具在纠斜过程中的状态,得到巴掌推靠合力的变化规律,并与试验测试值进行对比,最终得到在不同上盘阀开口角度下3种评价指标的变化规律。研究结果表明:推靠合力的理论值与测试值接近;在上盘阀开口角度为180°时,纠斜过程平稳,纠斜效率高,且能最大程度地降低井眼的螺旋程度。3种钻具纠斜性能评价指标的提出及研究结果为后续垂直钻具的整体优化设计提供了新思路。 展开更多
关键词 机械式自动垂直钻具 盘阀 纠斜 优化
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机械式自动垂钻工具偏重机构角位置测量方法研究
6
作者 李平飞 王璐 刘宝林 《钻探工程》 2021年第7期9-13,共5页
机械式自动垂直钻具在实际应用过程中,偏重机构由于自身的惯性以及外部环境的影响,会出现不能稳定在井眼低边的情况,导致纠斜精度降低。为研究偏重机构在钻进过程中角位置的变化规律,本文提出了基于绝对式磁编码器的一种非接触式的角位... 机械式自动垂直钻具在实际应用过程中,偏重机构由于自身的惯性以及外部环境的影响,会出现不能稳定在井眼低边的情况,导致纠斜精度降低。为研究偏重机构在钻进过程中角位置的变化规律,本文提出了基于绝对式磁编码器的一种非接触式的角位置测量方法,构建了测量数据采集界面并进行了实验室验证及可靠性分析。该方法可有效地实现偏重机构变化角度的测量,测量误差不超过3°。非接触式的角位置测量方法能够监测角位移且其误差在工程允许的误差范围内,可以为后续的机械式垂直钻井系统的研发实验和改进优化提供可靠的数据。 展开更多
关键词 机械式自动垂直钻具 偏重机构 角位置测量 绝对式磁编码器 数据采集
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黏滑振动下机械式自动垂直钻具稳定平台的控制性能研究
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作者 李然然 张凯 +3 位作者 柴麟 张龙 刘宝林 李国民 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期746-757,775,共13页
机械式自动垂直钻具具有耐高温、成本低和适用范围广等优点,其在深部资源勘探领域有广阔的应用前景,但纯机械式结构导致其纠斜精度易受外界环境的干扰。为进一步提高机械式自动垂直钻具的纠斜精度,对不同强度黏滑振动下钻具稳定平台的... 机械式自动垂直钻具具有耐高温、成本低和适用范围广等优点,其在深部资源勘探领域有广阔的应用前景,但纯机械式结构导致其纠斜精度易受外界环境的干扰。为进一步提高机械式自动垂直钻具的纠斜精度,对不同强度黏滑振动下钻具稳定平台的控制性能进行研究。首先,通过构建钻具稳定平台控制性能的数学分析模型,得到影响稳定平台控制性能的因素。然后,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件建立黏滑振动下钻具稳定平台的多刚体动力学仿真模型,并对不同影响因素以及振动强度下稳定平台的控制精度和控制效率进行分析。最后,综合分析得到钻具稳定平台控制性能最优时各影响因素的推荐值。分析结果表明:PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)半径对钻具稳定平台控制精度的影响最大,而填充物密度的影响极小;轻度和中度黏滑振动对钻具稳定平台控制效率的影响不大,重度黏滑振动可大幅提高控制效率,但黏滑振动强度对控制精度几乎没有影响。研究结果可为黏滑振动下机械式自动垂直钻具的优化设计提供参考。 展开更多
关键词 机械式自动垂直钻具 稳定平台 控制精度 控制效率
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