- 王大勇;马红滨;李欣龙;熊超;史怀忠;黄中伟;赫文豪;
深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差，地质条件复杂、施工难度大，高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命，提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法，开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验，分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性，揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律。研究结果表明：在高压水射流辅助破岩条件下，锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大，射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好；在研究条件下，喷距范围为5～10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳；当喷嘴直径为2 mm时，切削力离散系数最小；喷射角度为30°时，锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值；喷射角度为20°时，切削力离散系数最小，切削力最稳定。研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑。
2024年07期 v.52;No.545 36-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 2490K] [下载次数：420 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：3 ] - 刘永旺;刘嘉雄;管志川;王华健;赵国山;张曙辉;
针对深部地层井底岩石硬度高、强度大和应力集中现象导致的岩石可钻性差、破岩效率低和使用寿命短的问题，提出旋冲钻井和差压步进破岩方法相结合的冲旋步进钻井提速新理念。为了研究冲击作用下差压步进钻头破碎地层岩石的裂纹拓展规律，采用有限-离散元(FDEM)方法建立了球齿冲击三维薄板模型，开展了球齿在不同冲击能量、冲击位置及岩石种类等条件下的冲击破岩过程模拟，获得了阶梯型井底岩石在冲击作用下的裂纹扩展规律。研究结果表明：由于阶梯面的存在，球齿在冲击作用下对阶梯型井底造成的预损伤区域比常规井底更大，冲击位置靠近阶梯面的裂纹扩展效果更好；双球齿冲击阶梯井底容易形成较大范围的岩石破碎区，降低了破碎阶梯井底地层岩石的难度；球齿冲击过程中对青砂岩造成的预损伤区域比花岗岩大，在冲击能量相同的情况下球齿冲击破碎花岗岩更为困难。利用冲旋步进钻井方法理论上可以进一步提高难钻地层钻井速度，但具体效果需要经现场试验及优化。所得结论可为深部难钻地层钻井速度的提升提供新的思路。
2024年07期 v.52;No.545 45-53+106页 [查看摘要][在线阅读][下载 2261K] [下载次数：176 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 马涛;张万栋;方胜杰;吴江;董凯;刘先明;
随着超短半径钻井水平距离逐步延伸，对其中重要工具柔性钻杆的力学与密封性能不断提出更高的强度要求。针对现阶段柔性钻杆结构强度要求高、寿命短、密封难的问题，研制了一种高强度柔性钻杆，采用球铰结构连接钻杆短节，使节与节既可以弯曲一定角度，又可以传递扭矩和钻压。利用有限元软件建立了该柔性钻杆单节三维有限元模型，采用应力分类法对柔性钻杆结构强度进行校核。开展了三节柔性钻杆的抗拉、抗压、抗扭结构强度以及承载后的密封性能的室内试验。试验结果表明：所研制的高强度柔性钻杆单独受载时，在承受31 kN·m极限扭矩，1 120 kN拉伸载荷，270 kN压缩载荷时仍能满足强度要求。所得结论可为油田高强度柔性钻杆的研制提供理论依据。
2024年07期 v.52;No.545 54-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 2545K] [下载次数：249 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 郑文龙;张飞;王小鹏;张元峰;程占全;周宇平;韩媛媛;
为解决油井井筒存在结垢现象后导致卡钻的风险与石油产出率降低的问题，利用淹没射流产生剪切空化，设计一种空化射流水力振荡器，与高压旋转射流除垢装置配套使用提升井筒除垢效率，利用数值模拟对空化射流水力振荡器内部相关结构参数进行优化，得到最优结构参数和振荡频率、幅值。通过开展现场试验，检验空化射流水力振荡器的具体参数是否符合井筒除垢要求。通过正交模拟得到射流喷嘴到喉管距离L=13.52 mm、喉管长度D=64.47 mm和射流喷嘴角度α=156.92°的最优参数，且该参数下的振荡频率为9.92 Hz。现场试验结果表明，空化射流水力振荡器与旋转冲洗器配合使用比传统水力振荡器与旋转冲洗器除垢速度最高提高16.2%。这表明空化射流水力振荡器对除垢装置的除垢效率有明显的提升，空化射流水力振荡器内部结构无相对运动部件使得振荡器运行稳定且装置维护成本低。所得结论可为水力振荡器的研究与工程应用提供技术指导。
2024年07期 v.52;No.545 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2195K] [下载次数：387 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：0 ] - 王维旭;夏博昌;刘旬;吕志鹏;李享;
针对铁钻工工业设计方案评价综合性强、存在一定主观性、评价影响因素多的问题，提出一种基于三角模糊数层次分析法和熵权法主、客观方法相结合的铁钻工方案评价模型。该模型在层次分析法框架下，根据专家意见构建铁钻工工业设计方案评价指标体系，划分4项1级指标和12项2级指标，以模糊决策矩阵为评价信息载体，引入三角模糊数优化传统层次分析法不能准确表征带有模糊不确定性特征的评价信息的问题，并使用客观方法熵权法组合赋权确定综合权重。将此评价模型运用于实际铁钻工设计项目方案评价，将评价结果与相关传统评价法进行对比，并将筛选出来的方案进行深入优化设计，证明了评价模型的有效性。研究结果能够有效辅助企业进行铁钻工工业设计方案决策。
2024年07期 v.52;No.545 70-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1494K] [下载次数：766 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ] - 辛永安;朱峰;付悦;胡璠;李明慧;蒲晓莉;
针对连续管在钻井作业时因钻压高、转速低导致钻头磨损严重和钻磨水泥塞效果不佳的问题，基于弹塑性力学和岩石力学，以Drucker-Prager准则作为固井水泥强度准则，通过单轴和三轴试验得到固井水泥弹性模量、泊松比、内黏聚力和内摩擦角等参数，建立固井水泥本构模型，并用ABAQUS软件建立高速切削水泥塞二维有限元模型，在此基础上分析了倾角、切削深度和切削速度对破碎比功的影响。研究结果表明：高速下切削水泥塞产生细小且均匀的碎屑，较低的速度切削水泥塞产生块状或者带状的碎屑；倾角(5°～25°)和切削深度(1.0～2.5 mm)与破碎比功呈正相关，而破碎比功随切削速度的增大而减小，当切削速度为2.26 m/s时破碎比功最小，破碎水泥塞的效率最高。研究结果可为PDC钻头切削水泥塞提供理论支撑。
2024年07期 v.52;No.545 78-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1995K] [下载次数：192 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：0 ] - 姚建林;黄伟;郑凯中;
我国油气资源勘探开发中常规钻井技术在钻遇石英砂岩、燧石、高硅质砂岩、黄铁矿和火成岩等难钻地层时，面临“钻速慢、进尺短”的钻井瓶颈。为此，基于粒子高频冲击破岩原理，借鉴高层建筑混凝土配浆-注浆和常压混凝土储存方法，设计了双活塞换向机构、防粒子沉淀物料罐、动态回收储存装置、高效分离装置和2D/3D自动化监控系统，研制了1套自控型粒子冲击钻井系统，并在江沙X1井对其进行了现场试验。试验结果表明：该系统运行稳定可靠，粒子回收率达到98.7%,平均机械钻速15 m/h,与邻井同地层螺杆配PDC钻头钻进方式相比平均机械钻速提高1.52倍。所得结论可为深层及复杂坚硬地层钻井提速提供技术支撑。
2024年07期 v.52;No.545 86-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 2188K] [下载次数：72 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 蔡楚楚;王江帅;付盼;邓嵩;殷文;
现阶段进行的水泥塞封堵界面胶结强度测试研究未考虑高温高压对其测试的影响，且大多数开展的是常温常压下水泥塞的剪切胶结强度测试。为此，设计了盐穴储气库老井封堵水泥塞综合胶结强度原位测试装置，并在80℃、15 MPa的模拟条件下，开展了不同界面、不同水泥塞长度和直径及水泥浆体系条件下的水泥塞胶结强度测试试验，明确了不同因素对胶结强度的影响规律。试验结果表明：水泥塞-岩石/套管界面的胶结强度受水泥浆体系影响较大，盐层水泥浆体系下的界面胶结强度大于盖层水泥浆体系下的界面胶结强度；水泥塞-岩石界面胶结强度略大于水泥塞-套管界面胶结强度；水泥塞-岩石/套管界面的拉伸胶结强度低于剪切胶结强度，且两者之比为0.41～0.45。研究成果可为盐穴储气库老井封堵界面密封失效的预测提供重要的理论支撑。
2024年07期 v.52;No.545 93-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1560K] [下载次数：289 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：0 ]