新时代大学的发展任务与责任担当——访北京工业大学党委副书记、校长柳贡慧

在2017年QS大学排行榜中,北京工业大学位居亚洲第107位,国内高校第26位,8个学科进入QS全球排名前400,材料科学、工程学、化学3个学科进入ESI国际排名前1%行列。作为北京市所属的211重点大学,北京工业大学在第四轮学科评估中取得了一个A、一个A-、7个B+、4个B的好成绩,跻身国家'双一流'一流学科建设行列。

考虑分段流变模式的深井井筒压力精确预测模型

超深井、特深井井筒温度和压力分布范围宽,钻井液流变性受超高温超高压影响显著,基于常规流变模式的井筒压力预测误差较大,文章通过开展温度为20~220℃、压力为0.1~200 MPa的水基钻井液和油基钻井液流变性测试实验,提出了不同温度和压力范围内的钻井液分段流变模式优选方法,建立了考虑多因素综合影响的钻井井筒压力精确预测模型。研究结果表明,随着温度和压力的变化,钻井液流变曲线的变化规律不一致,单一流变模式无法完全表征钻井液的流变特性;赫巴流变模式对100℃以下的水基钻井液和140℃以下的油基钻井液的流变性适用性更好,其他温度范围内罗斯流变模式的适用性更好;分段流变模式对井底压力的影响较为明显。将模型的计算结果与实测数据进行对比,发现井底压力预测误差在0.3 MPa以内,立管压力预测误差小于0.6 MPa;相对于油基钻井液,水基钻井液中的井筒压力预测误差更小。研究结果能够为超深井、特深井井筒压力精确预测奠定理论基础。

深层超深层油气安全高效开发若干关键问题与新型解决方案

深层超深层油气资源是我国油气资源的重要接替区和重点勘探开发领域,现已成为保障国家能源安全的重要战略资源。深层超深层油气安全高效开发面临诸多挑战,井下复杂工况识别难、套管破损严重、长水平段托压严重和井眼轨迹控制难度达等关键问题尤为突出,亟待解决。为此,针对深层超深层油气开发所面临的关键问题,在分析传统解决方案局限性的基础上,提出了具有显著优势的新工具和新技术,为深层超深层油气的安全高效开发提供了有效的技术方案支持,也为深层超深层钻完井技术发展提供了新的方向。

平台井拉链式压裂套管抗挤能力计算

随着拉链式压裂等新型技术在页岩油气开发中的广泛应用,压裂过程中套管内部承受多级循环内压作用,外部承受由拉链式压裂作业引起的非均匀外挤载荷作用。通过多级循环载荷实验以及数值模拟分析了多级循环载荷以及平台井拉链式压裂套管抗挤强度变化规律,得到了多级压裂套管综合抗挤能力系数计算方法,并应用该计算方法对新疆油田某井区一口套变井进行实例计算。结果表明,在多级循环载荷作用下,套管抗挤强度随循环次数呈线性降低规律;拉链式压裂作业引起井周地应力非均匀分布,套管抗挤强度随地应力非均匀度呈近线性降低趋势;在内外综合作用下,套管抗挤强度降幅超15%,增大了套管变形的风险。提出的平台井拉链式压裂套管抗挤能力计算方法可为现场压裂施工预防套管变形提供一定的计算指导。

控压固井注入阶段流体密度和流变性分段预测方法

为解决控压固井注入阶段入井流体密度及流变性预测难的问题,设计了流体密度和流变性测量试验,基于试验结果优选了流变模式,建立了考虑不同流体性能差异的温压耦合模型,提出了流体密度和流变参数的分段预测方法。以川北地区X井为例进行了模拟计算,模拟结果表明:采用分段方法可将赫巴模式、四参数模式等多种流变模式作为优选对象,能更精确地描述流体的流变性;控压固井注入阶段采用常规计算方法,井口回压值偏低,大大增加了地层气侵风险,且不同方法预测的环空温度场相差不大;温度和压力的耦合作用对于流体密度和流变性及其变化规律的影响较大,也会对环空浆柱结构的设计及固井施工效果产生重要影响。研究结果为控压固井设计施工提供了理论依据。

控压固井注入阶段井筒压力预测模型

控压固井技术在应对窄密度窗口地层固井难题时具有显著优势,但目前对注入阶段井筒压力的预测模型研究较少。结合控压固井的工艺流程,将注入阶段分为4个环节。基于流变学理论、井筒传热学理论和压力场理论,考虑注入阶段多流体间流变性能的差异,建立了温度-压力-流体性能参数耦合模型,并采用四循环迭代方法进行求解。以X井的控压固井参数为例进行了模拟计算,预测结果误差较小。对控压期间井筒的温度场、压力场和环空ECD进行了分析,研究结果表明,温度场在不同时间段对井口回压的影响规律不同,当环空流体结构为多液柱结构时,井口回压对温度的敏感性较小;井筒压力变化规律受流体位置的分布影响较大;在其他条件不变的情况下,提高注入排量会增加作业密度窗口,但环空最大ECD基本不变。根据研究结果提出了对应的改进思路,以便对控压参数进行更好地设计。

深水固井循环阶段井筒温度场预测模型研究

准确预测固井循环阶段井筒温度场有助于水泥浆性能参数的设计和井筒压力的计算,为此,基于井筒流动机理和传热学理论,考虑不同区域差异对传热过程的影响和不同流体热力学参数差异及其随井深变化的特点,结合流体界面位置描述方程,建立了适用于深水固井循环阶段的井筒温度场预测模型。利用2口井的实测数据对模型进行了验证,并进行了关键因素的影响规律分析。结果表明:注入水泥浆之前,钻井液应循环2~4周,以降低注入过程中循环时间改变对井底循环温度的影响;注入水泥浆过程中,排量越大,周围环境的升温或降温作用越不明显;计算过程中,若不考虑温度对比热容的影响,则预测的井底循环温度会偏高2~4℃;水泥浆密度对温度的影响规律与传热方向有关。研究结果对深水固井具有一定的指导作用。

底部钻具组合力学性能分析及优化

深井段复杂地层倾角大,井斜控制难度大,严重影响了安全钻进。为准确控制井眼轨迹,提高钻具的造斜能力,采用纵横弯曲梁法建立力学计算模型,分析井眼曲率、地层倾角、各跨长度和外径、柔性短节、稳定器外径、翼肋推力、钻压和井斜角等因素对多种底部钻具组合力学性能的影响,优化底部钻具组合。研究结果表明:弯螺杆相比于直螺杆有更好的防斜纠斜能力,更适合在深部造斜力强的地层使用;当方位角在25°与205°时地层侧向力最小;定向井段井眼曲率对2种螺杆钻具组合的导向力影响最大,井斜角次之,钻压影响较小;翼肋推力对弯螺杆推靠式旋转导向钻具组合(RSBHA)的造斜力和造斜性能影响最为显著,钻压次之,井斜角的影响较小。研究结果可为复杂地层井斜规律的研究和控制提供参考依据,钻井工具的合理组合及优化对减少井斜问题、顺利完钻起着重要作用。

复合冲击破岩钻井新技术

针对传统旋冲钻井和扭冲钻井在钻头的匹配性及地层的适应性方面存在的局限性,结合高效钻井技术发展趋势,提出了复合冲击破岩钻井新技术,并开发了可实现扭向反转冲击联合轴向脉动冲击的新型复合冲击钻具。该钻具可将流体的液压能转换成工具扭向和轴向交替的高频冲击机械能并直接传递给钻头,给钻头施加周期性的低幅高频复合式冲击,在不需要改变任何设备的前提下提高破岩效率。在介绍复合冲击破岩钻井新技术破岩原理的基础上,详细介绍了复合冲击钻具的结构和工作原理、影响破岩效率的关键参数等。新型复合冲击破岩钻井新技术,可真正实现"立体破岩",从而提高机械钻速和井身质量。

压力控制钻井井底压力控制方法

针对常规过平衡钻井和欠平衡钻井(UBD)在实际的钻井工程作业中有许多需要克服和完善的地方,近几年国外在实际生产中为了完善钻井工艺和技术,在常规过平衡钻井和欠平衡钻井的基础上发展了压力管理钻井(MPD),国内称为压力控制钻井,并在一些地区得到了实际的生产应用,效果很好,其实际生产应用前景很广阔。压力管理钻井中的核心部分就是对于井底压力的控制,不同的钻井工艺对于压力的控制方式不同,介绍了几种井底压力的控制方式,分析了其优劣势,为其现场的进一步应用提供了借鉴。

误差椭球(圆)及井眼交碰概率分析

讨论现代井眼轨迹测量中较受关注的问题 :误差椭球和井眼交碰概率分析。系统介绍如何根据井眼位置的不确定性矩阵确定误差椭球或误差椭圆 ;讨论井眼位于一定大小的误差椭球或误差椭圆内的概率 ;重点讨论现代钻井项目中经常遇到并需要解决井眼交碰概率问题 ,在分析Brook等人方法的基础上 ,给出一个比较完善的井眼交碰概率分析方法 ,该方法突出了交碰概率受名义间距、半径之和以及相对误差椭球大小的影响。

水力压裂模拟实验中的相似准则

目前预测裂缝的几何形态多采用数值模拟方法 ,所应用的模型是比较简单的二维或拟三维模型。无论是从研究裂缝扩展机理的角度 ,还是从发展、验证新模型的角度来讲 ,模拟实验都是最基本的环节。相似理论可用来指导实验的根本布局。文章通过相似理论中的方程分析法将压裂控制方程无因次化 ,并导出对水力压裂模拟实验具有指导意义的相似准则与相似比例系数。该相似准则与de .Pater基于二维模型所得结果大体吻合。

计算空气-氮气钻井最小气体体积流量的新方法

目前对空气-氮气钻井最小气体体积流量的计算方法仅适用于岩屑不受碰撞作用力的理想情况下的携岩要求,而实际所需的体积流量往往高于该方法的计算结果,主要原因可能是未考虑岩屑多次碰撞、重复破碎造成的能量损耗。引入了岩屑重复破碎概念,根据井底和井口岩屑粒径的变化,确定了岩屑重复破碎能耗。并据此对Angel模型进行了修正,得到一种更加准确地确定气体钻井最小气体体积流量的新方法。利用该方法可以更加清晰、准确地描述气体钻井过程中气-固流动状态及沿程压力损失,从而更好地选择设备及节约钻井成本。

利用四因素三水平正交回归分析法进行钻具造斜率预测研究

钻具造斜率是影响定向井设计和施工的关键因素,可以通过几何、统计和力学等方法进行分析预测,但是目前这些分析方法还存在许多的缺陷。任何一种单一的方法都无法完成准确预测造斜率的任务,因此提出在力学法(极限曲率法)的基础上,考虑多种因素(如钻压、井眼直径、装置角、井斜角)的波动范围对钻具造斜率影响,使用四因素三水平正交回归分析法计算造斜率的新方法。该方法不但可以通过极限曲率法计算出地层影响因子,而且可以反映出多种因素波动对钻具造斜率的影响,对提高钻具造斜率的精度具有十分重要的意义。

气体钻水平井气体携岩能力分析

气体钻井技术在国内外应用很广泛,它主要被用来提高机械钻速、发现油气层和解决井漏等问题。注气量是气体钻井中的关键参数,但是目前关于气体钻水平井注气量的计算仍是一个比较困难的问题,计算值与现场实际用值差距很大,给实际钻进带来了很多困难。对气体钻水平段的岩屑进行了受力分析,并应用散料力学和气体动力学,分析了不同岩屑堆积状态下不同井斜角、不同尺寸和不同摩擦系数时,岩屑堆积中边界岩屑起动对标准状况下气体速度的要求。认为不仅水平段钻柱贴近下井壁处岩屑携带困难,在大井斜角井段岩屑携带也很困难。该分析结果可为气体钻水平井有关流动计算提供理论参考。

气体循环钻井井筒气量控制技术

通过对井筒气量控制的研究,可以提高循环钻进效率,并能有效降低设备压力控制的难度,为循环钻井施工提供合理的气量补充和排放方案,并为节点压力控制提供指导。依据封闭气体循环钻井工艺特点,开展针对循环钻井在不同注入条件下井筒压力的研究,利用压力分布研究成果,依据气体P-V-T理论,建立了井筒内部循环总气量计算模型,研究了在动态条件下井筒内气体质量分布。在此基础上,结合封闭气体循环地面设备控制要求,确定了井筒气量控制的合理区域。研究结果表明,随着井深的增加,单位进尺气量补充量增加,同时合理气量窗口逐渐变宽,如果井筒气量不足,井口将出现负压。

应用型大学建设发展之实践

随着科学技术和社会经济的不断发展,高等教育与社会发展结合更加紧密,出现了为生产领域培养各种一线技术人才的以技术教育为主体的应用性高等教育,与原有以工程教育为主体的应用性高等教育并存,使应用性高等教育的范畴大为延伸。培养"应用性人才"、发展"应用性教育"是高等教育的历史使命,这一使命为"应用型大学"的产生提供了良好的平台和基础。"应用型大学"是对中国高等学校分类方式的一种突破和创新,以人才培养类型和层次作为学校分类的主要依据,将高校分为学术型大学、应用型大学和高等职业院校,改变了原有分类方式导致的类型定位重学术、层次定位层层攀高、学科定位综合求全的局面。应用型大学是新建地方大学众多选择中的现实选择,北京联合大学在建设应用型大学的实践和理论研究过程中,逐步明确了应用型大学的发展之路。

考虑地应力影响下的射孔初始方位角的确定

根据射孔井段第一个射孔与射孔井段地应力主方向之间的位置关系定义了射孔初始方位角 ,从射孔孔深受地层强度和密度影响的角度出发 ,按最大穿透深度假设 ,根据射孔井段井壁应力分布情况 ,定量地分析了地应力方向、射孔数、射孔相位对射孔穿深的综合影响 ,定义了最佳应力系数和最差应力系数。

不同混配方式对水泥浆流变性能的影响

为了研究混合能量对水泥浆流变性能的影响,室内采用高速搅拌器混配水泥浆,现场采用35-16型水泥车混配水泥浆,通过对同一配方水泥浆流变性能的测定,确定不同混配方式对水泥浆流变性能的影响。研究结果表明,由于室内试验与现场作业中的混配方式不同,其混合能量有差异,现场作业中以室内试验数据为依据来计算水泥浆的流变参数会发生偏差,从而影响水泥浆顶替效率,导致固井质量不理想。建议加强混合能量对水泥浆性能的影响研究。

复合射孔上部压井液运动机理试验

建立了复合射孔相似模拟试验装置,利用该试验装置观测了不同高能气体压力及压井液高度作用下的压井液运动状态,并对实测压力曲线及压井液的受力状态进行了分析。结果表明:井底的高压气体与上部压井液之间的作用是一个复杂的气液作用过程,是多种因素共同作用的结果;在高压气体与上部液体作用过程中,底部作用层位压力剧烈变化,压井液高度越高,底部高压气体的压力越大,高压持续时间越长;压井液的受力是逐层传播的,受液体压缩和摩擦阻力的影响,压力在传播过程中不断衰减;采用在压井液上液面封挡的方法,能够提升复合射孔过程中的作用压力,增加高能气体能量的利用率,但也会造成瞬时的冲击高压。