- 张伟;王瑜;孙健越;张凯;孔令镕;
金刚石止推轴承组是井下动力钻具的重要组成部分。为研究实际钻进过程中金刚石止推轴承组的振动特性,分析振动信号对金刚石止推轴承组的影响,首先通过试验测试的方法获得金刚石止推轴承组的频谱图并确定金刚石止推轴承组的共振频率;而后对实际钻进工况进行简化,分析实际工况中存在的振动类型,并在实验室条件下创造这些类型的振动信号。通过试验分别观察周期性振动信号对不旋转状态下金刚石止推轴承组的影响以及模拟地层钻进条件下阶跃型振动信号对旋转状态下金刚石止推轴承组的影响。试验结果表明:试验样本整体的共振频率为50、90和189 Hz;考虑到螺杆马达的转速影响,对轴承组在40～70 Hz、80～100 Hz区间振动响应振幅变化的趋势进行试验分析可得,在实际工况中轴承组内外圈振动同步性较好,但在不同频率下响应幅值相差较大,在研究过程中需将轴承组的内外圈分开进行分析;模拟实际钻进过程中,振动信号的试验验证了PDC钻头在切削过程中存在大切削和小切削的现象。研究结果可为金刚石止推轴承的推广、普及以及设计改进提供试验数据支持。
2021年08期 v.49;No.510 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1143K] [下载次数：250 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：0 ] - 黄壮;侯作富;陈锟;夏成宇;钱利勤;王鹏;王旭东;
单弯螺杆下部钻具组合在水平段力学分析时,如何精确处理螺杆弯角和多个变截面等问题十分困难。为此,利用微元法和连续梁理论,并综合考虑钻井参数、井眼几何参数和钻具组合结构参数等各种影响因素,建立了单弯螺杆下部钻具组合统一力学模型。以单弯单稳螺杆钻具组合和单弯双稳螺杆钻具组合为例,模拟计算了单弯螺杆下部钻具组合在水平段导向钻进时各种因素对控制井斜能力的影响规律。研究结果表明:适当增大螺杆弯角、减小肘点和稳定器距钻头的距离以及增大稳定器外径,都可以增大钻头侧向力,提高钻具的增斜效果;钻压对钻头侧向力影响不大。研究成果可为单弯螺杆下部钻具组合管柱的优化设计提供理论支撑。
2021年08期 v.49;No.510 8-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1108K] [下载次数：789 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：0 ] - 张启龙;韩耀图;张明;李进;刘鹏;
准确地评价水泥浆的防气窜能力对有效抑制气井的气窜风险有关键作用。单独的水泥浆防气窜预测方法没有考虑各种因素的综合影响,评价结果的准确性和合理性有限。为了全面、综合、准确地评判水泥浆体系的防气窜性能,提出了水泥浆防窜能力评价新方法,即以水泥浆性能系数法、阻力系数法、气窜潜力因子法、水泥浆性能响应系数法和体积收缩比法等5种方法为指标层,采用层次分析法建立了水泥浆防气窜评价方法的影响权重模型,利用逼近理想解法构建了水泥浆体系的防窜性能综合评价方法,并借助A1和A2井的固井作业数据对综合评价方法进行了实例应用。应用结果显示预测结果与实际施工情况一致,证明了综合评价方法的准确性较高,能够较好地评估水泥浆的防气窜能力。所得结果可为天然气井固井作业时水泥浆体系的优化和选择提供参考。
2021年08期 v.49;No.510 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1071K] [下载次数：252 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ] - 李劲;尹卓;刘忠;侯辉辉;
为研究PDC齿切削参数与其受力的影响,设计了一种PDC单齿破岩正交试验,并在此基础上建立了PDC单齿破岩力多元线性回归预测模型和人工神经网络预测模型,开展了PDC齿关键切削参数对PDC齿切削力和轴向力的影响规律研究。研究结果表明:切削深度、后倾角和切削速度对切削力与轴向力的影响大小顺序为切削深度>后倾角>切削速度;多元线性回归预测模型和人工神经网络预测模型都能对PDC齿破岩切削力和轴向力进行很好地预测,且人工神经网络预测模型的预测精度更高。研究摸索出一种工作量小且精度高的PDC齿破岩力预测方法,对钻头设计具有一定的指导意义。
2021年08期 v.49;No.510 23-29+38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1633K] [下载次数：315 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ] - 江乐;梅明佳;段宏超;魏周胜;李勇;吴晋波;
长庆油田华H50-7井完钻井深6 266 m,水平段长4 088 m,是目前亚洲陆上水平段最长的致密油井,针对该井套管居中难以保证和下入难度大等难题,结合井内实际工况,基于居中度分析计算模型,采用4种安放方式开展了套管居中分析研究。分析结果推荐水平井段1根套管安放1个?210 mm刚性扶正器,可确保套管下入过程居中效果较好;基于套管下入模拟分析模型,开展了考虑漂浮接箍的套管下入模拟分析研究,并与国外PVI Drilling SoftWare进行对比分析,结果均推荐该井漂浮接箍的最佳安放位置在2 700 m,可确保套管下入摩阻较小且管柱发生屈曲的风险较低。该井现场施工选取该深度作为漂浮接箍的安放位置,最终套管顺利下入井底,下入时长仅26.5 h,验证了分析结果的正确性,为后续超长水平段水平井套管安全下入奠定了技术基础。
2021年08期 v.49;No.510 30-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1861K] [下载次数：474 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：16 ] |[阅读次数：0 ] - 吴泽兵;席凯凯;王杰;郭禹伦;
针对现有PDC钻头存在的工作效率低、金刚石与硬质合金易分层、由于岩石碎屑排出不及时所形成的泥包等问题,设计了一种破岩效率更高、更耐磨、切削平稳性更好的仿生耦合PDC切削齿。仿生耦合PDC切削齿通过改变刀具自身的结构和破岩方式,更容易破入地层,而且阶梯形的齿结构使岩石更容易剥离,大大提高了破岩效率。对仿生耦合PDC切削齿与常规PDC切削齿进行单齿仿真对比,仿真结果表明:在相同的吃深下,当切削角度在6°～26°范围变化时,仿生耦合PDC切削齿的破岩体积大于常规PDC切削齿,前者破岩效率高于后者,但两种切削齿的破岩效率总体上呈下降趋势;在相同切削角度18°下,随着仿真时间的延长,两种切削齿的破岩体积都增加,且仿生耦合PDC切削齿的破岩体积大于常规PDC切削齿,前者破岩效率高于后者,但两种切削齿的破岩效率都在逐渐下降;仿生耦合PDC切削齿最大剪应力的平均值和标准差均比常规PDC切削齿小。研究结果可为PDC钻头的优化设计提供一定的指导。
2021年08期 v.49;No.510 39-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1949K] [下载次数：319 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 杨如意;于成龙;段立俊;
针对目前国内市场常用40、50及70型钻机顶部驱动装置,考虑其拉伸载荷试验的必要性和类型的多样性,开展了顶驱通用型拉伸试验台技术研究,并制定了相应的技术方案。设计的顶驱通用型1 000 t拉伸试验台克服了因尺寸不同而无法兼测多类型顶驱拉伸性能的难题,实现了70型及其以下类型顶驱兼容性拉伸检测;拉伸试验台通过计算机软件控制系统+三位四通比例电磁阀组合可实现自动控制,通过手动控制阀+手动回油阀+三位四通电磁阀组合使用可实现手动控制;试验结果表明,该试验台具备顶驱拉伸性能检测能力,可实时显示并打印试验结果及曲线,同时安全性高,具有检测破断后自动卸载等功能。应用该试验台试验可确保钻机顶驱装置使用的安全性与可靠性。
2021年08期 v.49;No.510 46-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2227K] [下载次数：131 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 范志坤;冯雷;夏忠跃;贾佳;解健程;
针对临兴区块浅层气井区钻井过程中井控、井壁失稳、黏附卡钻、钻井液施工困难以及固井质量难以保证等工程风险,在分析浅层气井区钻井必封点的基础上,对井身结构进行了针对性设计,并对钻具组合、钻井液性能和固井工艺进行了优化设计。现场施工结果表明:采用三开井身结构可满足上部浅层气和下部致密砂岩气分层开发需要;采用套管封隔器与"双凝水泥浆柱设计"相结合,可以防止水泥浆失重情况下发生窜槽,提高二开固井质量;浅层气井段采用高密度钻井液钻进时通过加大高分子聚合物和降失水剂的用量,可以有效控制有害固相产生细分散,使钻井液具有良好的流动性;含泥页岩地层钻进时,通过优选钻头参数和提高钻井液抑制性等方式,可降低钻头泥包风险。研究结果可为类似浅部异常压力层系井身结构设计提供参考,也可为该井区后续钻井作业提供指导。
2021年08期 v.49;No.510 53-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K] [下载次数：273 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：0 ]
- 李欢;李鹏;李磊;范松;郑万里;
为提高海洋钻井作业效率、保障钻井安全,基于闭式液缸举升系统的液压原理,阐述了提升及下放流体控制技术、能量回收与释放流体控制技术、钻柱补偿功能集成技术等三项关键技术的实现方法和控制逻辑。在AMESim软件平台上搭建系统仿真模型,结合实际海上钻井作业工况分别对三项关键技术进行仿真研究,并探讨了海况对主动、被动和半主动三种钻柱补偿形式性能的影响。研究结果表明:闭式液缸举升系统可实现负载的平稳提升和下放;能量回收和释放功能在连接隔水管和钻杆时可大幅提升作业效率;在不增加额外钻柱补偿装置的前提下,闭式液缸举升系统可实现三种形式的钻柱补偿功能,且半主动补偿功能海况适应性最佳。研究结果可为闭式液缸举升系统的国产化开发和控制系统的设计优化提供一定的指导。
2021年08期 v.49;No.510 59-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 2405K] [下载次数：300 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 周欢;庞明越;
为避免水源井中砂粒对金属网筛管的冲蚀破坏,采用后混式磨料射流冲蚀试验装置,进行砾石充填加砂条件下筛管的冲蚀试验装置安装连接及试验方案设计,对金属网筛管进行两种不同粒径陶粒充填加砂模拟试验研究。试验结果表明:在无充填情况下,随着含砂质量分数的增加,流体冲蚀射穿的时间缩短,当含砂质量分数较高时,冲蚀损坏的时间变化幅度减小;随充填的陶粒粒径增大,砾石充填层渗流能力增强,筛管挡砂层和砾石充填层堵塞的非均匀程度减弱;对于砾石充填的筛管,当入罐喷射流体达到一定速度时,流体可扰动砾石充填层,筛管堵塞越严重,扰动掺混形成的磨粒射流冲蚀破坏能力越强;当井下筛管部分孔被堵塞后,地层流体会集中于某几个流通的炮眼向筛管内流动,形成高速磨料射流,对筛管造成冲蚀破坏。研究结果对筛管砾石充填防砂设计及延长筛管使用寿命具有重要意义。
2021年08期 v.49;No.510 67-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 2787K] [下载次数：283 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ]
- 林丽君;何明格;王清远;马梓瀚;
针对传统井下节流调产方式(绳索作业更换井下节流嘴)作业周期长、成本较高和风险较大等不足,综合应用机械工程、微计算机、自动化控制和无线通信等技术手段,以实现远程无线控制井下调产的智能化天然气生产控制技术为目的,攻关基于CAD/CAE的无线控制井下节流器机械系统结构设计、基于气体压力波编解码方法和井口压力波编码工艺设计以及无线控制井下节流器控制算法设计等关键技术。以远程无线控制井下智能节流方法及控制原理为基础,配套研制了无线控制井下节流器,并开展了现场应用。应用结果表明,无线控制井下节流器整体性能稳定,气压波无线控制技术可靠,具有操作简便、成本和风险低的特点。该工艺技术可为实现智慧油气田井筒自动化控制提供新的解决方案,提出的方法和思路对其他井下智能工具的研发亦具有一定的参考意义。
2021年08期 v.49;No.510 75-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 2099K] [下载次数：285 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：0 ] - 童志明;吴达;江南;陈武;
针对压裂返排液处理的不同目标,为了选择出最具针对性以及效果最好的电化学方法,开展了电絮凝气浮与电氧化处理压裂返排液系列对比试验,对试验结果、产气、阳极消耗情况以及处理机理等进行了分析。研究结果表明:两种方法对COD(Cr)的去除效果都表现出很强的能力,电絮凝法脱色率达92.92%,去浊率达95.93%,TOC去除率达89.52%,阳极消耗达25 g/(m~2·h),电氧化阳极消耗为0;电絮凝法在处理返排液时絮凝和氧化同时起作用,电氧化法中间活性物质O_3产量较多,主要以氧化的方式降解有机物;电絮凝与电氧化处理压裂返排液时产生气体都以H_2为主,H_2S和CO_2产量较少,但是絮凝法H_2产量较多,而电氧化法H_2S和CO_2的产量均高于电絮凝法。研究结论可为油田压裂返排液处理提供技术参考。
2021年08期 v.49;No.510 82-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 2091K] [下载次数：409 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 张瑞萍;祝云;窦益华;杨晓儒;李明飞;
压裂液的注入将导致储层地应力的重新分布,引起套管外载荷和受力状态的改变,进而影响套管的强度安全性。为了研究压裂工况对地应力重新分布规律的影响,应用弹性力学理论和地应力叠加原理,结合隐式/半隐式有限差分分析方法,以实际井为例建立了射孔后储层-水泥环-套管模型,模拟初始地应力场和压裂过程,分析了压裂泵压对地应力重新分布规律的影响。研究结果表明:计算终止变形值设置为10~(-4)时,z方向最大地应力为60.25 MPa,变形值设置为10~(-8)时,最大地应力为60.91 MPa,二者相差1.10%;压裂泵压分别为65、80和95 MPa时,z方向最大地应力分别为105、129和133 MPa;泵压增加23%时,地应力增加23%,泵压增加19%时,地应力增加3%。采用的研究方法可提高压裂工况下地应力的预测精度,同时可为套管强度安全性分析提供载荷依据。
2021年08期 v.49;No.510 91-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 4340K] [下载次数：387 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 李枫;刘海龙;邢雷;朱雨朦;高金明;
为了进一步提高同向出流水力旋流器的分离性能,提出一种由注气锥端口注气对油核形成气举的方法。采用计算流体动力学方法,针对不同的进气速度对旋流器内流场分布特性及分离性能的影响开展了数值模拟研究,分析了不同进气速度条件对速度场、轴向压降和油相体积分数的影响规律。数值模拟结果显示:注气口附近液流轴向速度随进气速度增加呈现出逐渐升高的趋势,当进气速度由0.5 m/s增大到3.0 m/s时,轴向速度由0.9 m/s升高至5.5 m/s;注气口附近液流轴向压降随进气速度的增加而逐渐减小,当进气速度由0.5 m/s增大到3.0 m/s时,轴向压降由214.7 kPa降低至213.0 kPa;通过注气实现对油核的推举,提升了油核由溢流管流出的速度;随着进气速度的增大,旋流器的分离效率呈先升高后降低的趋势,当进气速度为1.0 m/s时达到最大分离效率76.57%。研究结果可为气举式旋流器的现场应用提供理论指导。
2021年08期 v.49;No.510 100-106+141页 [查看摘要][在线阅读][下载 2300K] [下载次数：228 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：0 ] - 易先中;任路;王含阳;马苏南;姜永奎;罗涛;胡佩艳;
井下封隔器的地面测试试验在高温高压工况下进行,若防护墙的抗爆性不足将会造成重大事故,为此需要对防护墙的抗爆性能进行分析。运用解析计算和有限元计算两种方法,分别计算了试验间在4种典型工况下发生爆炸后,8种常规爆炸飞出物和6种极端爆炸物(弹头状)垂直撞击防护墙壁面的侵彻深度。封隔器测试试验中的8种常规爆炸飞出物中,直径15 mm、长20 mm的圆柱体对防护墙的侵彻深度最大为35.1 mm,封隔器测试试验中的5种极端爆炸物中,以?15 mm弹头状物体对防护墙的侵彻深度最大。对无玻纤混凝土防护墙的侵彻深度为101.1 mm,达到防护墙的极限,而对含5%玻纤增强混凝土夹层防护墙的侵彻深度为81.7 mm,后者比前者的抗爆性能相对增强22.1%。将解析计算结果与现有的带装甲钢背板钢纤维混凝土靶抗侵彻试验数据进行了对比,误差范围1.5%～20.6%,验证了解析方法的正确性和可靠性。建议选用前后6 mm厚钢板、中间夹层含5%玻纤增强混凝土及总厚度为100 mm的防护墙设计方案。研究结果对封隔器地面性能试验具有参考意义。
2021年08期 v.49;No.510 107-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 3236K] [下载次数：183 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：0 ]
- 张敏;靳晓伟;刘君;杨海滨;梁玉林;
为降低铝合金石油套管严重磨损的风险,将7075铝合金磨盘和40CrNiMo销钉作为摩擦副,采用UTM摩擦试验机研究滑动速度对铝合金石油套管干摩擦学性能的影响。研究结果表明:当滑动速度为50～600 mm/s时,随着滑动速度的增加,摩擦因数不断减小、波动不断增大;磨损率随滑动速度的增加先缓慢增加再显著上升;在低滑动速度(50～100 mm/s)下,7075铝合金主要磨损机制为轻微氧化磨损;在中等滑动速度(150 mm/s)下,主要磨损机制转变为氧化磨损;当滑动速度在350～600 mm/s之间时,7075铝合金主要磨损机制转变为黏着-分层磨损;采用空气钻井技术时,在满足钻井要求的情况下,使钻杆转动线速度低于150 mm/s可以有效地避免铝合金套管严重磨损。研究结果可为铝合金套管的防磨损方法研究提供一定的指导。
2021年08期 v.49;No.510 118-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 3346K] [下载次数：214 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：0 ] - 穆大鹏;樊建春;姜健康;李杰;
目前将磁记忆检测技术应用于储罐罐壁检测的研究相对较少,缺乏对罐壁典型缺陷磁记忆信号的定性与定量分析。鉴于此,将具有缺陷早期识别能力的磁记忆检测方法应用于油气储罐罐壁缺陷的检测中,根据储罐罐壁典型缺陷的形貌特点,设计加工储罐罐壁典型缺陷刻伤试样,采用自制的磁记忆信号三维检测平台对其进行检测,探究磁记忆信号特征参数与刻伤参数之间的量化关系。研究结果表明:储罐罐壁典型缺陷参数与磁记忆信号突变程度具有相关性,磁记忆检测能定性地反映油气储罐罐壁缺陷的位置信息及基本特征;梯度峰峰值与刻伤深度及一定范围内的孔形直径具有较好的线性关系;梯度峰间距所表征的缺陷直径及长度与真实值具有高度一致性,可通过其拟合方程对缺陷参数进行定量推算。所得结论有助于磁记忆检测技术的定量化研究及进一步完善油气储罐罐壁的检测评价体系。
2021年08期 v.49;No.510 125-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 2766K] [下载次数：433 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：0 ] - 张行;刘彤;刘思敏;许学峰;高孟琦;闫增瑞;张仕民;
常规铝盘测径清管器不能对管道内多个变形进行检测,且测径盘不可重复利用。为此,设计了一种柔性测径清管器,其将铝制测径盘改用超弹性的聚氨酯材料,基于应变效应在测径清管器超弹性聚氨酯层中置入应变片,通过测量测径盘遇阻时的应变变化,即可实现管道变形处的柔性检测和量化。以聚氨酯材料测径盘为研究对象,采用ABAQUS 2016有限元仿真软件对其通过管道凹陷的过程进行模拟,从放置面、纵向分布和横向分布等3个方面确定应变片的优选位置,分析测径盘的厚度、瓣数及聚氨酯材料硬度对应变片所处位置应力与应变的影响。分析结果表明:测径盘正面每瓣根部中心位置放置应变片最为合适;在通过管道凹陷过程中,测径盘的厚度对其应力和应变影响最大。研究结果可为智能化、高效化管道测径技术的研究提供理论参考。
2021年08期 v.49;No.510 132-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 3745K] [下载次数：350 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 徐阳;罗明璋;杜国锋;
管道缺陷监测及径向损伤评估对于油气管道安全运行具有重要意义。为了提高超声导波对油气管道缺陷的监测能力,提出了一种根据L(0,2)和L(0,1)模态导波的变化趋势实现径向损伤深度评估的新方法。采用单通道激励-接收装置以多次叠加合成的方式实现了时间反转法,使导波能量在油气管道缺陷处聚焦,增强缺陷反射回波幅值,提高监测信号的信噪比。通过具体试验证明了采用合成时间反转法提高超声导波对油气管道缺陷监测能力的有效性。L(0,2)模态导波在管道中传播时遇到缺陷会发生模态转换,部分L(0,2)模态会转换为L(0,1)模态。结合导波在管壁中的位移分布,分析了管道缺陷径向损伤深度对L(0,2)到L(0,1)模态转换的影响。试验数据表明,随着管道缺陷径向损伤的扩展,L(0,2)和L(0,1)模态缺陷反射系数呈现出有规律的变化。研究结果为评估管道缺陷径向损伤深度,判断其是否达到半壁厚或贯穿程度提供了重要参考。
2021年08期 v.49;No.510 142-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 2448K] [下载次数：591 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：18 ] |[阅读次数：0 ] - 李晓龙;陈金忠;马义来;何仁洋;孟涛;辛佳兴;余红杰;
变形检测技术对于保障油气管道安全具有重要意义。为此,基于脉冲涡流测距原理及霍尔效应,研究了油气管道复合变形内检测技术,并试制了复合变形检测探头,设计出新型油气管道变形内检测器结构方案,可有效提高变形检测器环向检测精度。采用数值模拟方法研究了提离值对复合磁场强度的影响规律,用搭建的脉冲涡流变形检测试验系统对脉冲涡流变形检测的可靠性和准确性进行了验证。研究结果表明:求解路径下峰值时刻磁感应强度峰值与变形量成正比;线圈中心区域测量位置对磁感应强度的影响相对较小,应优先将传感器检测元件布置于线圈中心区域;激励电压为0.6、0.7和0.8 V时涡流变形检测传感器对提离值检测效果更好。研究结果对于油气管道变形内检测技术的发展具有一定的指导意义。
2021年08期 v.49;No.510 152-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 2545K] [下载次数：549 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：21 ] |[阅读次数：0 ]