- 黄文君;石小磊;高德利;
大位移井的横向延伸能力不断提高,管柱力学行为更加复杂,对管柱的优化设计提出了更高的要求。为此,综合考虑管柱各种作业工况和约束因素的影响,构建了一种基于大位移井延伸极限的管柱分段优化设计方法。对于大斜度段管柱采用加权目标函数法进行设计,采用先局部后整体的方法进行求解;对于上部常规段管柱采用近似延伸极限法进行设计,采用迭代法进行求解。研究结果表明,新设计方法可有效地解决大位移井管柱和接头优化设计问题。井眼状况良好时,可在钻柱上安装减阻器,以降低管柱摩阻;井眼状况较差时,采用小尺寸接头钻柱且不采用减阻接头,以降低局部机械阻力。套管设计中建议采用兼顾套管居中和减阻的折中方案,折中方案结果相对于仅考虑套管居中或减阻的结果更加合理。研究结果可为大位移井中管柱的优化设计提供参考。
2020年04期 v.48;No.494 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 653K] [下载次数：352 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：0 ] - 张瑞;李夯;阮臣良;
为解决深井和超深井?139.7 mm小间隙尾管固井质量难以保证的问题,开展了?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器和旋转固井技术研究。针对该规格工具设计空间小的难题,研发了大过流高可靠的坐挂承载机构、高动载的旋转轴承和高抗扭的扭矩传递机构等关键机构,并制定了相应的现场应用措施。内嵌卡瓦坐挂机构的承载能力达900 kN,过流面积较常规机构提高近33%;新型交叉滚子轴承在300 kN动载下的寿命达到6 h以上,扭矩传递机构的抗扭能力达33 kN·m。最终形成了?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器技术,并在羊深1井、鸭深1井和TK874CH井等3口井进行了现场应用。应用结果显示:固井替浆过程中该悬挂器实现了尾管旋转,提高了水泥浆的顶替效率,达到了提高固井质量的目的。?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器的成功研制为提高小间隙井固井质量提供了有效手段。
2020年04期 v.48;No.494 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 432K] [下载次数：240 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：0 ] - 李晓龙;刘书海;关皓纶;
由于涡轮钻具叶片型线的设计愈加复杂,叶片的传统加工方法面临越来越多的加工难题。因此拟将电解加工技术应用于涡轮钻具叶片的制造领域,对涡轮钻具叶片电解加工阴极工具的设计进行了研究。以?127 mm涡轮钻具叶片的设计为例:首先基于多项式曲线拟合的方法,在MATLAB中编程计算绘制出最初的叶片曲线;然后将得到的曲线导入AutoCAD,根据理论计算得到的叶片几何参数修补得到叶片型线的几何图纸;最后将叶片型线导入GAMBIT有限元前处理软件进行网格划分,并在ANSYS Fluent软件中进行流场仿真分析,同时在Tecplot360软件中进行后处理得到流场中流体的流向图、速度云图及压力云图。结果表明利用这种方法设计的叶片可以满足实际工作状况的要求。研究内容和结果为涡轮钻具叶片的电解加工研究奠定了良好基础。
2020年04期 v.48;No.494 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 534K] [下载次数：228 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 杨向前;周超;焦金刚;冯桓榰;郑震;
固液分离机是一种结合了负压系统的新型振动筛,负压系统在振动筛内提供气流从而产生压差,可以加快岩屑上流体的去除,减少有害气体排放,目前关于固液分离机的理论研究较少。为此,对固液分离机运动与颗粒受力进行分析,基于运动学及流体力学研究固液分离机筛面上固相颗粒的运动状况及钻井液的透筛流动过程,建立了固液分离机处理量及处理效果的数学模型。以筛面固相颗粒运移速度和钻井液透筛流速作为表征固液分离机性能的指标,通过仿真计算探究固相颗粒运移速度和钻井液透筛流速的影响因素。研究结果表明:提高传送带速度可以提高固相颗粒运移速度;提高固液分离机的激振频率、振动幅度和负压可以提高钻井液透筛流速,钻井液黏度的增加会导致透筛流速减小。研究结果可为固液分离机的设计及现场应用提供一定的参考。
2020年04期 v.48;No.494 23-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 306K] [下载次数：289 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 倪华峰;李国宏;
针对现有水力振荡器的阀盘接触压力高、零件冲蚀及磨损严重、自身压耗偏大,且螺杆马达工作寿命短的问题,研制了一种采用涡轮马达作为动力系统的水力振荡器。该水力振荡器通过涡轮马达将钻井液的动能转化为机械能并驱动阀系产生周期性变化的脉冲压力,该脉冲压力作用在振荡短节使工具产生周期性高频轴向往复蠕动,改变钻柱与井壁间的摩擦状态,减小摩阻、提高机械钻速和钻压传递效率。采用理论计算及滑移网格技术进行CFD仿真的方式,重点研究了阀芯的运动规律及脉冲单元压降随阀芯转角的变化关系。结果表明:阀系开口的连通和关闭改变了流场结构,使得阀系脉冲压力发生周期性变化;采用滑移网格技术可真实地模拟阀系流场结构变化所导致的压力场和速度场的变化情况,提高了水力振荡器的研制效率,并为其优化设计提供了技术支持。滑移网格技术能够满足水力振荡器理论设计的要求,并可弥补试验研究的高成本、长周期等缺陷。
2020年04期 v.48;No.494 31-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 693K] [下载次数：207 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ] - 马卫国;王力;王程飞;
针对目前连续管钻井液压定向器定向耗时、精度较低,电驱动和电液驱动定向器结构复杂等问题,设计了一种连续管钻井电液双螺旋传动定向器,针对该定向器双螺旋传动机构的性能及工具面角度调整等方面进行了分析。分析结果表明:所设计的定向器以双螺旋传动的方式传递精度与扭矩,可在0°～360°范围内逆时针单方向调整工具面,每次调整后液压缸活塞和传动机构复位,准备下一次调整;两级螺旋副螺旋方向相同且外螺旋副导程大于内螺旋副导程的双螺旋传动更适合作为该定向器的传动方式;推导出了任意时刻工具面调整角度与液压缸活塞位移之间的函数关系。所得结论为定向器电液控制程序的建立奠定了理论基础,可为国内高端定向器的研制提供一定的借鉴。
2020年04期 v.48;No.494 37-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 129K] [下载次数：342 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ]
- 陈华兴;刘义刚;白健华;蒋召平;庞铭;李海涛;
渤海油田稠油资源丰富,多元热流体吞吐与蒸汽吞吐等热采技术试验效果较好,但需采用注采两趟管柱予以实现,导致热采开发成本较高。鉴于此,通过举升工艺优选、管柱设计、井下关键工具设计、专用井口装置设计及地面配套工艺优选等研究,形成了海上油田稠油热采井注采一体化工艺技术,实现了海上油田稠油注采一体化领域从0到1的突破。现场试验结果表明:该技术所用工具耐温性好,工作筒与机械式安全阀配合良好,打开灵活;工作筒下入顺利,内泵筒插入密封耐压20 MPa,符合技术要求。一体化工艺技术实施的总费用相比目前工艺降低幅度达60%,有助于实现海上稠油油田的规模化热采开发,经济效益与社会效益显著。
2020年04期 v.48;No.494 43-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 518K] [下载次数：515 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：23 ] |[阅读次数：0 ] - 孙占广;吴忠;吴爱萍;魏双会;王元忠;庞世强;
隔水管张紧系统能够克服浮式平台/船升沉运动对隔水管的影响,为隔水管提供近于恒定的顶部张紧力,因此隔水管系统中存储大量能量。在隔水管底部总成与水下防喷器紧急脱离时,能量释放会产生反冲,若反冲得不到有效控制,会导致隔水管与平台碰撞或隔水管丢失等严重事故。为研究隔水管反冲的动态过程并验证反冲控制系统设计的合理性,对3 658 m水深隔水管张紧系统搭建了仿真模型,针对紧急脱离工况进行模拟,设计了反冲控制算法。通过仿真得到张紧液缸运动曲线以及防反冲阀主阀的流量曲线。研究结果表明:在紧急脱离工况下,PLC以预编程模式控制防反冲阀主阀的节流速度,使系统在行程末端达到稳定状态;主阀开度控制曲线是隔水管反冲控制的主要影响因素,优化主阀开度曲线可优化反冲相应过程。研究结果对于深水钻井隔水管张紧系统的现场安全应用具有一定的指导作用。
2020年04期 v.48;No.494 50-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 553K] [下载次数：230 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 薛德栋;张凤辉;王立苹;杨万有;张玺亮;晁圣棋;
海上油田开发以水平井大斜度井居多,开发井层数多,层间矛盾大。针对目前开发方式无法实现对油层进行精细开采的现状,提出了海上油田液控智能采油工艺技术。该工艺利用八挡位井下液压滑套配合液压解码器可以实现多层的精细开采,同时设计的水嘴结构可以实现多层流量精细的调节与大产液量的调节。井下液压解码器利用排列组合的原理,在降低管线数量的同时,实现了井下层位的选择与高压控制液引导,并通过计算管线摩阻,为现场管线的选择提供了理论支撑。试验结果表明:油嘴结构可以实现0～800 m~3/d的精细调节;井下液压滑套换向功能可靠,换向压力稳定在2 MPa左右,可实现0～2 800 m~3/d的产量调节。该工艺不受水深和井斜等限制,最多实现了6层井的精细开采,提高了作业效率,可为海上油田精细化开采提供技术保障,同时也可为深水油田的开发提供技术储备。
2020年04期 v.48;No.494 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 386K] [下载次数：485 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：30 ] |[阅读次数：0 ] - 李欢;李鹏;白兰昌;范松;付俊;
为进一步验证隔水管张紧器在紧急脱离时抗反冲控制的适应性,建立了隔水管系统抗反冲控制仿真模型,采用AMESim平台分别进行了位置和速度两种抗反冲控制算法的建模,针对不同海况、钻井液密度及脱离时间等工况的模型输入参数,研究了两种算法的适应性。研究结果表明:利用张紧装置进行隔水管紧急脱离的抗反冲控制是一种切实有效的途径;张紧装置适配船型的最大紧急脱离海况为7级;速度控制算法适用于钻井液密度较低的情况,而位置控制算法适应性更广;紧急脱离时间宜选在船体处于升沉最高点到向中位下降的区间,且选用位置控制算法,可使紧急脱离时安全性能更高。研究结果可为隔水管张紧装置设计及性能优化提供理论依据。
2020年04期 v.48;No.494 62-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 813K] [下载次数：134 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：0 ]
- 罗有刚;巨亚锋;张雄涛;白小佩;梁万银;
针对水平井垂深浅、水平段长,因水垂比高带来作业管柱下入摩阻大,直井段油管重力不足导致冲砂作业管柱下入深度受限的问题,开展了冲砂作业管柱下入摩阻仿真模拟研究。基于水平井井眼轨迹、管柱组合结构和流体摩阻等影响因素,同时考虑冲砂作业管柱存在多变径部位的特点,结合变径部位的轴向力计算模型,建立了冲砂管柱下入摩阻的预测模型。对CP11水平井的冲砂管柱进行了下入摩阻分析。分析结果表明:采用?73.0 mm+?88.9 mm两种规格工具油管组合的作业管柱改变了直井段的油管重力,增大了管柱的有效推力,提高了冲砂作业管柱的下入能力。同时分析表明冲砂管柱下入速度不宜过大,管柱下入速度过大会增大管柱的流体摩阻,影响管柱下入能力。研究结果可为油田长水平段水平井作业管柱优选及现场安全施工作业提供理论指导。
2020年04期 v.48;No.494 69-74+111页 [查看摘要][在线阅读][下载 385K] [下载次数：476 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：0 ] - 窦益华;王智勇;曹银萍;郑杰;
连续管刚度小,在下入或加压钻进过程中容易屈曲,导致摩阻增大甚至锁死。为此,基于附壁效应和卡门涡街效应,创新设计了可诱发连续管轴向与径向振动的水力诱振式双向耦合连续管减阻器。该减阻器通过流体诱发持续振动,将连续管与井壁间的静摩擦转化为滑动摩擦;涡轮动力源、径向振动组和流体振动腔室的多级耦合产生轴向冲击力,克服了连续管与井壁之间的摩阻,避免了纯机械式减阻器振动间断以及动力源驱动复杂等缺点。利用有限元软件进行减阻器径向振动组模态分析,分析结果表明:其固有频率远大于工作频率,避免了共振导致的结构破坏。在轴向冲击力测试试验中,该减阻器在10、14和18 L/s的注液排量下可分别产生23.3、30.1和34.6 kN耦合轴向冲击力,随着注入流量的线性增加,轴向冲击力呈非线性增大。应用该减阻器可增大连续管在水平段的延伸范围。
2020年04期 v.48;No.494 75-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 880K] [下载次数：255 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：0 ] - 刘洪斌;张艺豪;刘力;黄肖;朱天际;
为了研究离心机的流场特性及其关键结构的力学特性,以LW350型离心机为研究对象,建立了离心机流体域和螺旋输送器的模型,通过数值模拟得到离心机流场的情况,并对螺旋输送器进行了流固耦合分析,得到各参数对结构强度的影响规律。研究结果表明:在高转速下,分离效率主要受转鼓转速的影响,转鼓内不同径向截面的周向速度具有对称性,径向速度受湍流的作用影响物料扩散,轴向速度正负分层明显,利于液相回流;压力场表现为沿径向压力增大,轴向压降减小,利于沉降固相;通过单向流固耦合分析,螺旋输送器满足刚度和强度的要求,各参数对结构变形和应力大小有一定的影响。研究结果可为离心机的安全高效运行提供参考。
2020年04期 v.48;No.494 83-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1270K] [下载次数：98 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 袁杰;
潜油电泵机组用于斜井采油时,横向力分量使电泵机组变形将改变其与套管的配合间隙甚至产生接触摩擦。鉴于此,建立了潜油电泵机组有限元模型,获得井斜度对电泵机组径向位移的影响规律。对扶正后电机外壳与套管间流场进行流体仿真分析,得到电机外壳井液速度分布规律,计算了不同含砂体积分数井液对电机外壳的冲蚀率,并预测电机使用寿命。研究结果表明:无扶正状态下电泵外壳最大径向位移随倾斜角度增大呈线性增长;设置扶正器后,最大流速有所下降,但随电泵倾角的增加而增大;井液含砂体积分数对电机壳体表面冲蚀率和寿命的影响呈线性关系。所得结论可为斜井环境中不同井斜度、多种管径配套尺寸的扶正方案及冲蚀寿命评估提供参考。
2020年04期 v.48;No.494 91-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 604K] [下载次数：136 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：0 ] - 王典;薛亮;刘敏;薛承文;高寒;池明;
现有文献对井下雾化排液短节的雾化原理与设计方法研究还不够充分。为此,针对新疆油田应用的井下雾化排液短节,基于计算流体力学相关方法建立了数值试验模型,对短节雾化原理与参数影响规律进行了模拟研究。研究结果表明:气液混流经切向入口进入并起旋分离,经引流体和气流通道至喷嘴处加速喷出,主喷嘴处液膜受剪切破碎成雾滴,副喷嘴处高速气流辅助雾化;选取日产气量、入口压力和喷嘴当量直径3个关键参数进行了计算分析,日产气量与喷嘴压降呈正相关趋势,入口压力、喷嘴当量直径与喷嘴压降呈负相关趋势。研究结果及提出的"一井一策"的短节设计方法对井下雾化排液采气技术的广泛应用具有理论指导意义。
2020年04期 v.48;No.494 99-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 458K] [下载次数：173 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：0 ]
- 吕志鹏;李方淼;李美求;胡开松;童亮;
为探究含砂介质对异径管的冲蚀磨损规律,建立了异径管物理模型,使用Fluent软件进行数值模拟,分别以介质进口速度、介质含砂质量流量、管口径比(小口管径与大口管径之比)和过渡段倾角为变量进行仿真分析。分析结果表明:异径管的冲蚀速率随进口速度的增大而增大,并且其增长速率也随着进口速度的增大而增大;异径管冲蚀速率与流体介质含砂质量流量呈正相关关系;随着管口径比的增大,介质对异径管的冲蚀速率逐渐减小;冲蚀部位在管口径比发生变化时也会发生改变,当管口径比较小时,冲蚀部位分布在过渡段靠近小口端一侧,管口径比增大,冲蚀部位发生偏移,并在管口径比达到0.7时,变成了靠近大口端一侧;过渡段倾角增大,含砂介质对异径管的冲蚀速率逐渐增大,其增长速率也随着过渡段倾角的增大而增大。研究结果可为异径管的设计和使用提供指导。
2020年04期 v.48;No.494 106-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 707K] [下载次数：333 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：0 ] - 刘贤玉;蔡振兴;韩成;杨仲涵;黄静;
关于含缺陷套管抗扭强度的研究较少,基于弹性失效准则分析缺陷套管强度又较为保守。为此,基于材料塑性破坏准则,运用非线性有限元方法并结合正交试验设计,对局部内缺陷套管剩余抗扭强度进行分析,探究了缺陷长度、宽度、深度、套管外径和径厚比等参数对套管剩余抗扭强度的影响规律。研究结果表明:随缺陷深度增加,抗扭强度呈线性大幅度降低;当缺陷长度小于临界长度时,抗扭强度随长度增加而增大,超过临界长度后,抗扭强度随长度增加而降低;当缺陷宽度小于临界宽度时,抗扭强度随宽度增加而增大,超过临界宽度后,抗扭强度随宽度增加而降低;随套管径厚比增加,无因次抗扭强度近似呈线性减小。缺陷深度是影响抗扭强度最重要的因素,缺陷宽度次之,缺陷长度和套管径厚比有一定的影响,而套管外径的影响可以忽略。在此基础上,拟合了抗扭强度计算公式,公式预测值与有限元分析结果误差较小,可为工程上局部内缺陷套管强度评价提供参考。
2020年04期 v.48;No.494 112-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 580K] [下载次数：130 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 刘少胡;吴远灯;周浩;胡志强;
为了探究凹坑缺陷参数与连续管疲劳失效的关系,建立了含缺陷连续管有限元模型,并利用试验对有限元模型进行了验证,分析了缺陷深度、缺陷轴向角度、缺陷长度、缺陷宽度和缺陷分布数量对连续管疲劳失效的影响,并与完整连续管进行了对比。研究结果表明:连续管在带压弯直循环过程中,缺陷处会产生明显的应力集中现象,最后发生疲劳失效;在一定角度的凹坑缺陷处,径向两个角落的塑性应变最大,连续管会沿着这两个位置发生断裂;5个因素对连续管疲劳失效的影响程度不同,缺陷深度和缺陷宽度对连续管的疲劳失效影响最为显著;在含缺陷连续管疲劳寿命理论模型建立过程中,应把缺陷深度和缺陷宽度作为主要考虑因素。所得结论为连续管疲劳寿命理论模型的建立提供了参考。
2020年04期 v.48;No.494 119-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 776K] [下载次数：309 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：0 ] - 王子文;饶永超;李立军;王树立;
为了保证天然气的安全输送,对以导流条全程起旋的水平管中气固两相螺旋流动进行数值模拟研究。采用DPM模型和RNG k-ε模型对流体流场进行流-固耦合计算,研究不同导流条安放角对水平管内不同横截面流动特性的影响,并引入管道旋流效能评价参数ξ来表征单位长度上压降产生的旋流数大小,优选出最佳安放角。研究结果表明:导流条安放角越大,切向速度越大,轴向速度越小,湍动能越强,压降越大,导流条安放角20°的管道温度梯度变化较快,传热效率最高;在计算工况范围内整管段内颗粒不会在管底沉积,安放角25°的管道导流条附近颗粒浓度极大值区域最大;安放角在10°～25°范围内每增加5°,参数ξ增加0.12,并在安放角25°时达到极值;当安放角大于25°时,参数ξ开始减小,因此选取25°为最佳安放角。研究结果可为螺旋管流安全输送天然气水合物提供理论依据和技术指导。
2020年04期 v.48;No.494 125-134+148页 [查看摘要][在线阅读][下载 1744K] [下载次数：140 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 张建兵;王洋洋;张晓梅;杨紫晔;
螺纹参数的精确测量对油套管接头的设计开发和加工制造有重要作用。为了对螺纹关键参数进行精确测量,研发了油套管螺纹中径和螺距的测量方法。建立了测量空间坐标系,在每个螺纹牙侧面进行两处采点测量,给出了测点的直线方程,结合直线间距离算法,得到了螺纹中径线与螺纹牙的交点,利用最小二乘法对交点数据进行拟合,建立了交点与螺纹中径线的几何关系及其数学模型,推导出了中径和螺距的计算公式。以油管螺纹接头为例进行了螺纹中径及螺距的测量试验和应用,并将测量值和实际值进行了对比。对比结果表明,各螺纹牙中径和螺距测量精度高,误差不超过1%。该三坐标测量方法的提出为未知理论螺距和牙型角的螺纹测量提供了新方法。
2020年04期 v.48;No.494 135-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 220K] [下载次数：271 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：18 ] |[阅读次数：0 ] - 闫宏伟;袁飞;李亚杰;彭方现;杨雄;
针对流体输送埋地管道泄漏问题,设计了一种利用管道机器人携带封堵气囊进行快速应急封堵修复的埋地管道泄漏内封堵装置。采用矩阵变换方法建立了牵引系统驱动轮过弯方程,利用MATLAB软件对过弯方程进行了验证,同时利用ADAMS软件仿真分析过弯路径与驱动轮转角对牵引系统行走速度的影响。研究结果表明:由两个串联封堵器组成的应急封堵系统可满足复杂工况下的管道泄漏封堵要求;牵引系统驱动轮在弯管内部行走时,单轮速度呈周期性变化,但三个驱动轮整体周期运动特性一致;驱动轮转角在25°～40°时,牵引系统行走速度与驱动轮转角成正比,且转角为30°时驱动效果最好。该内封堵装置的结构设计可为管道泄漏应急封堵领域装备的研发提供重要参考。
2020年04期 v.48;No.494 142-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 466K] [下载次数：188 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：16 ] |[阅读次数：0 ]