- 杨高;
由于连续管自身管径小、柔性大等特性，在进行井下钻进时容易导致摩擦自锁和管柱屈曲，存在钻压施加困难、进尺低下等问题。为提高连续管在低钻压情况下的钻进能力，个性化设计了连续管钻井专用小尺寸PDC钻头。通过单齿切削试验、水平井钻柱微钻头破岩试验、全钻头破岩试验开展小尺寸PDC钻头的降扭机理研究，对比不同齿形对破岩效果的影响。研究结果表明：在PDC切削齿前倾角较小时，破碎相同体积的岩石，宽刃齿所受切削力平均值比常规齿小10.35%～24.56%;同机械钻速情况下，宽刃齿钻头的扭矩小于常规齿钻头，最高降扭37.64%;同转速和钻压情况下，宽刃齿钻头最高降扭28.58%,钻压越大，降扭效果越显著。个性化设计的宽刃齿PDC钻头更适用于连续管实现低钻压、低扭矩、高转速破岩。研究结果可为改善连续管钻井技术在低钻压钻进时的适应性提供新的解决思路和理论支撑。
2024年04期 v.52;No.542 33-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 2422K] [下载次数：149 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 何俊杰;毛良杰;杨森;秦才会;赵清阳;魏祥高;
针对基于动力学特性的旋转导向钻具安全性能研究较少。为此，综合考虑钻具结构、钻井参数、钻柱与井壁接触等参数，基于Lagrange方程建立了全井钻柱系统动力学模型，采用有限单元法对模型离散，并采用Newmark-β求解，根据旋转导向钻具结构和钻具属性，研究了扶正器安装位置、柔性节尺寸、钻压影响因素下的旋转导向钻具组合动力学特性和安全性能。研究结果显示：安装扶正器能显著降低旋转导向钻具组合的横向振动；柔性节的长度对旋转导向钻具组合的安全性能影响很大，合理的长度能显著降低横向振动，反之则会起到相反的效果；增加钻压会增加底部钻具组合的横向位移，工程上不建议在使用旋转导向工具时采用高钻压提高钻井速度。研究结论可为旋转导向工具研究和应用提供理论支撑。
2024年04期 v.52;No.542 41-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 2573K] [下载次数：236 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 姜华;李军;张鹏翔;汪伟;查春青;
为了高效钻进硬岩地层，将螺杆钻具的大扭矩与轴向冲击工具的高频低幅冲击特性相结合，研制了一种冲击螺杆钻具。在工具结构原理讨论的基础上，建立了轴向冲击短节的冲锤运动控制方程，分析了冲锤的运动特性，并以工具冲击功和最大能量利用率为评价指标，采用正交试验方法对主要工具结构参数进行了优化研究。研究结果表明：冲锤往复运动过程为加速度逐渐减小的非线性加速运动，节流喷嘴直径和冲锤运动行程是影响冲击功的主要因素，而冲锤质量、承压面积和腔体通孔面积是次要因素。节流喷嘴直径和冲锤承压面积是影响最大能量利用率的主要因素；而冲锤运动行程、冲锤质量和腔体通孔面积是次要因素。所得结论可为对冲击螺杆钻具的进一步优化设计和现场应用提供参考。
2024年04期 v.52;No.542 49-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1889K] [下载次数：177 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 刘君林;万志国;满振峰;李国平;夏雪;罗敬兵;窦益华;
由于钻磨铣作业管柱刚度低且受力情况复杂，发生涡动时不可避免会碰摩套管，诱导套管产生不连续、随机的磨损，降低井筒安全性。为研究碰摩磨损对套管安全性的影响规律，基于转子动力学理论建立了钻磨铣作业钻柱有限元动力学模型，得到钻柱涡动轨迹及钻柱涡动诱发的套管碰摩特征；同时建立了碰摩磨损体积计算模型，考察转速、钻压对碰摩诱导的套管磨损的影响规律；将碰摩磨损缺陷引入套管模型，采用应力集中比值分析碰摩磨损缺陷对套管承载性能的影响规律。研究结果表明：钻磨铣作业期间钻柱对套管的碰摩主要发生在下部钻具组合处，表现为不连续性碰摩和连续性碰摩2种形式；转速、钻压与碰摩磨损程度呈正相关关系；碰摩磨损缺陷的偏磨率、开口大小及数量会对套管承载性能产生不同的影响。研究结果可为由碰摩诱导产生的套管磨损分析及井筒完整性评价提供理论依据。
2024年04期 v.52;No.542 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 2576K] [下载次数：9 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 韩庆锋;吕志鹏;闵庆新;段铃童;
钻井液振动筛作为一级固相控制设备，常存在“筛堵”“筛糊”和“跑浆”等问题，而通过改变“力心”和质径积比值等参数来得到合理的变椭圆振动轨迹，可以较好解决这些问题。针对变椭圆轨迹振动筛的结构参数改变要求，研究其对振动轨迹和颗粒行为的影响，并基于离散元法(Discrete Element Method)的耦合多体系统动力学(Dynamics of Multi-body System)研究方法，对变椭圆振动筛本体和物料颗粒进行联合分析求解；分析了变椭圆振动筛力心位置和偏心块质径积比值对振动轨迹、物料颗粒运移速度和透筛率的影响。结果表明：振动筛在力心与质心的距离在100～150 mm,偏心块质径积比值在10∶7左右，入料端最大椭圆倾角在60°～65°时，变椭圆振动筛可以达到较好的筛分性能。研究结论可为变椭圆振动筛的设计提供理论支持。
2024年04期 v.52;No.542 62-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 5423K] [下载次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 董添奇;杨旭辉;
获取近钻头工程参数对于钻井安全生产具有十分重要的意义。随着技术的发展，地面间接测量技术已无法满足实际钻井需求，通过井下直接测量的方式获取实时的钻压扭矩等参数是当前主要研究方向。为此，根据应变测量原理，提出了井下钻压扭矩参数测量的应变片粘贴方案和电桥测量方案。试验研究表明，机械结构自身的应变与外载之间存在非线性关系，并且在高温环境下非线性误差更加突出。为了提高测量数据的精度，通过简化温度、压力和电桥输出电压之间的关系，建立数学模型，利用耦合多项式变换矩阵对机械结构自身引起的变形误差进行软件补偿。试验结果表明，该方法使直接计算应变片受力的平均绝对误差从2.140 33 kPa降低为0.277 39 kPa,降低了约87%。该方法有效地减小了测量近钻头钻压和扭矩的误差。
2024年04期 v.52;No.542 71-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1908K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ]
- 刘辉;廖新维;李则骅;Wei Yu;
目前压裂直井或压裂水平井的单井模拟主要是基于二维或拟三维网格进行表征，但这2类网格无法精细表征裂缝、井筒的三维空间形态。为此，提出利用计算机辅助设计(CAD)技术来进行压裂井的三维几何建模方法，形成了3D精细半结构网格剖分方法和流程，以及高效数值求解方法，将该方法应用于现场一口压裂直井，并对其进行了模拟分析。分析结果表明：所构建的3D压裂直井、压裂水平井的内边界井模型，简化和统一了不同压裂井模型的井产量计算方程，该方法同样适用于更复杂的3D定向压裂井的井产量计算；水力裂缝的几何形态、尺寸和小层物性是空间压力分布的重要影响因素。所得结论可为提高复杂压裂井的三维精细表征能力和单井模拟精度提供技术支撑。
2024年04期 v.52;No.542 94-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 3413K] [下载次数：150 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 吕维平;刘家炜;孙国玉;付悦;张正;徐铖洋;
集束连续管作为油气生产管柱，利用自身多通道独立工作的特点，可以开展两气合采生产作业，实现同一口井多储层高效开采，尤其对储层物性差异大的地层开发优势显著。针对现有常规井口大通径管柱悬挂配套复杂、适用范围受限、同时需兼顾导流及密封的问题，采用多瓣式卡瓦悬挂结构，配合专用分流组件，研制了一种基于集束连续管两气合采工艺的井口装置。该装置具备井口悬挂和分流密封功能，解决了集束连续管2根内管与四通阀旁通中心基准面方向不一致的难题。室内试验和现场应用结果表明：集束连续管悬挂分流装置可以完成规定的测试内容，能够实现集束连续管在井口的悬挂和分流道控制，满足现场应用的要求。研究结果可为两气合采完井提供可行性保证施工的安全性，有助于完善集束连续管两气合采工艺的应用和推广。
2024年04期 v.52;No.542 103-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 2067K] [下载次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 冯爽;魏勇;杜雪梅;李冰;刘杰;陈强;林斯;
目前对于温差流量传感器的研究处于摸索阶段，传感器温度场与流量关系不明确，开展传感器的模拟仿真和试验有助于进一步提高传感器的分辨率和稳定性。为此，通过COMSOL仿真软件对测速传感器温度场进行了仿真分析和试验研究，探究了流量和持水率对测速传感器温度场的影响规律，明确了流量和持水率与时域积分结果的关系。试验结果表明：流量和持水率与积分结果均呈单调递减关系，与仿真结果一致，且在流量0～30 m~3/d,持水率0～100%的条件下，测速传感器的分辨率达到了1 m~3/d。所得结论可为温差流量检测方法的应用提供理论参考。
2024年04期 v.52;No.542 110-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 3822K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 晏放;马卫国;陈家俊;
针对油页岩、页岩油、重质油和富油煤等非常规油气资源采用地下原位改质技术开采，井下存在高温、高压和腐蚀环境，常规封隔器及其密封不能满足工程要求的问题，设计了一种芯轴式金属对金属密封的井下封隔器，密封副采用耐高温和腐蚀的Inconel 625材料，其中密封座采用金属陶瓷涂层结构。进行了封隔器坐封密封原理试验。试验结果表明，封隔器能在油套大环空间隙形成密封，且密封能力随着坐封载荷的增加而增大。基于密封接触能原理，应用ANSYS软件模拟了井下封隔器的密封性能，并对其影响因素进行研究。研究结果表明：涂层厚度和涂层弹性模量对密封能力影响不显著；芯轴密封面椭圆率和过盈量对密封能力影响较大，起决定性作用。基于密封副高温、持久载荷作用下许用应力低和密封能力评价指标，给出了密封结构参数设计方案，密封座涂层材料为Cr_3C_2-NiCr，涂层弹性模量250 GPa，涂层厚度为0.3 mm，椭圆率为，过盈量为0.02 mm。研究结果可为高温、高压、腐蚀环境下封隔器的开发和应用提供理论指导。
2024年04期 v.52;No.542 120-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 2382K] [下载次数：9 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 周华;刘牧洲;陈波;郭新维;艾白布·阿不力米提;
为满足斜直水平井修井作业需求和验证斜直井作业工艺参数，研制了XXJ20Y电动斜直井修井机。介绍了修井机的主要结构和原理，提出将油管作业空间由后端移至机身内的思路。创新对中方法和油管运移及摆放路线，设计相应的整机对中结构、井架结构和抓管、移管、排管结构。应用Pro/E和ANSYS Workbench 15.0等主流分析软件对井架和底座等关键零部件进行了三维建模和强度校核。该修井机进行了小规模的试验应用，达到了较高的自动化水平，操作手1人就可完成管柱起下作业，配合人员大幅减少，安全性提高；利用井场电源驱动，尾气零排放、噪声低，绿色环保；优化了油管运移结构及流程。该修井机的研制可为斜井修井机、电动修井机的研制和常规修井机的自动化改造提供借鉴。
2024年04期 v.52;No.542 129-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 2199K] [下载次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王江宽;贺梦琦;董奇玮;刘全和;钟喜东;曾文波;徐健;
在储气库不压井作业中，常规封隔器存在综合成本高、尺寸受限、溶解效果差等问题。为此，研制出一种适用于外径177.8 mm套管的大尺寸可溶封隔器。根据相关技术要求和生产需求，对该封隔器关键部件进行力学计算校核，对主体结构参数进行优化设计，在模拟地层液、KCl溶液以及柠檬酸溶液中，对配比出的镁铝合金进行室内溶解试验，并对主体结构力学性能进行仿真分析。分析结果表明：该封隔器可满足在3～15 d内储气库封隔要求，并且其溶解速率高效可控；封隔器材料溶解速率约为10～35 mg/(cm~2·h),溶解速度较为平稳且可控；加工样机通过室内承压试验，此封隔器可在90℃下承压40 MPa,满足现场作业要求。所得结论可为储气库大尺寸暂堵技术研究及现场作业施工提供技术参考。
2024年04期 v.52;No.542 136-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1804K] [下载次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]