特高压平板闸阀设计与密封性能分析

针对特高压井口平板闸阀设计指导空缺问题,参考API 6A和API 6D标准中的平板闸阀设计参数确定方法,给出175 MPa工作内压下阀体通径为78 mm的平板闸阀设计参数,补充并完善了国内外特高压井口平板闸阀设计方法,对所设计的平板闸阀采用有限元法分析其在螺栓预紧工况、额定工作内压工况和1.5倍静水压工况下的密封性能。所设计的平板闸阀可以满足密封准则,且能应对一定量的动载荷,可为特高压井口平板闸阀设计提供参考。

负压振动筛原理及在油基钻井液钻屑减量中的应用

经过几十年的发展,振动筛性能有很大提高,但其对钻屑的脱液能力已达极限。40年来,应用于钻井固控,效果不明显。十多年前,经过尝试与高频低幅振动相结合的真空过滤技术应用于钻井固控时,钻屑的脱液能力显著提高,排放钻屑体积大幅减小。近年来,多种负压振动筛在国内钻井中开展了应用试验。经过对常规振动筛复合负压过滤的负压振动筛的原理、主要技术参数、现场应用与国内外类似技术的对比分析及现场应用表明,所使用的负压振动筛的处理量、钻屑含液率、钻屑排放减少量、筛网寿命、能效、设备成本、使用经济效益等都均有明显优势。负压振动筛的应用对节能减排和实现“碳中和”具有重要作用,其逐渐替代常规振动筛,将是钻井固控技术发展的必然趋势。

基于无线随钻测量式超短半径水平井钻井技术

为了解决油田开发后期老井产量低、含水高的难题,通过采用小尺寸高弯曲度MWD随钻仪器配合高造斜率螺杆的方法,实现了在老井上部井段侧钻出超短半径水平井,攻关研究大曲率造斜和水平钻进的技术,通过设计研发小尺寸高弯曲度MWD随钻仪器、高造斜率螺杆等专用工具,并结合现场施工要求,创新基于无线随钻测量方式的超短半径水平井钻井技术。结果表明:该技术具有施工效率高、实时监测井下参数、轨迹控制精度高等优点,可以实现老井剩余油储层定向挖潜改造,扩大泄油面积,改善油井生产条件,提高采收率。

智能排水采气技术研究与应用

针对临兴区块致密气井积液严重,开发难度大,产量难以提升的问题,通过对油藏资料及井筒结构分析,选取试验井利用智能排采技术进行排采试验,确定符合该区块试验井的排采工艺。该试验井在开采前期已试用多种排采措施,措施未能取得持续产气的效果。应用智能排采技术调整回注气举流量及压力、干管补能工艺及排量等措施,从根本上解决了积液难题;与氮气气举、天然气分段气举等传统技术相比,具有安全可靠、高效及低成本等明显优势。装置具有油管连续抽吸降压、套管连续注气增压的“一进两出”流程功能,可同时实现抽吸及气举两种工艺。试验持续21 d,共增产气量53万m^(3),平均日增气量高达2.5万余m^(3),超试验目标2万m^(3),取得良好的试验效果,证明智能排采技术可广泛应用在地层储量丰富但常规排采技术无法实现致密气井。

通井规携屑性能研究结构及参数优化

针对一体化井筒准备作业中岩屑通过通井规效果差,导致通井规携屑能力低的问题,以携屑能力为性能指标,采用正交试验法对通井规进行结构优化设计,得到了最优结构参数:过流道深度6 mm、过流道螺旋角度80°、过流道宽度40 mm、扶正套锥角11°;同时以最优结构参数对通井规作业参数进行优选,优选出最佳作业参数:循环排量1.1 m^(3)/min、转速60 r/min。研究结果表明,对通井规结构参数优化和作业参数优选,提高了通井规携屑能力,为通井规结构参数和工况参数的优化研究提供了参考,具有指导和借鉴意义。

机液复合全通径丢手工具的研制及应用

针对超深碳酸盐岩长裸眼井酸压完井中常规丢手工具可靠性及通径能力不足的问题,研制了一种新型机液复合全通径丢手工具。该丢手工具集成机械丢手工具和液压丢手工具的优点,采用棘爪式承载结构保障在深井管柱下放过程中,对丢手工具的高抗拉需求,利用压差滑套作为棘爪解锁机构,实现工具全通径,棘爪解锁后再依靠机械剪切销钉进行管柱高效丢手。新研制的丢手工具,既能保障深井长裸眼内完井管具的安全下入及后期顺利丢手,又避免了管柱缩径节流问题,有效降低长酸压管柱摩阻,同时也为后期修井作业提供更多选择性。通过有限元分析,室内整机试验及现场应用评价,验证了新研制的机液一体全通径丢手工具性能的可靠性及实用性,累计应用46井次,一次到位和丢手成功率均为100%,其中最深7178.94 m,最大井斜角92.20°,具有广阔的应用前景。

塔东区块庆玉1井超深井优快钻井技术

随着油气勘探开发逐步从深层向超深层领域推进,塔东区块储层埋藏深,井下温度高、地质条件异常复杂,使得钻速慢、钻井周期长和钻井风险高。庆玉1井是大庆钻探工程公司在该区块钻的最深的井,为打好打成该井,开展施工难度因素分析,制定技术措施,应用高温仪器、工具、钻井液,施工参数优化等方法,研发超深井配套工艺技术,并结合现场施工要求,实现了塔东区块超深井庆玉1井的优快安全钻井。结果表明:该技术具有安全高效的优点,为深层、超深层油气的经济有效开发提供有效工程技术手段。

柔性钻柱扭转振动及控制研究

在旋转钻井中,钻杆承担着传递扭矩以助钻头破岩的重要作用,钻杆的粘滑振动是降低钻井设备使用寿命和钻进效率的主要原因之一,因此,通过研究粘滑振动的机理,探寻一种有效的抑制方法。提出了基于改进粒子群优化PID参数的鲁棒控制器,抑制钻头的粘滑振动并且使得其它部件保持期望的速度上。采用四自由度粘滑振动模型,包括转盘、钻杆、钻铤和钻头,同时考虑钻头与岩石接触的非线性相互作用。利用Matlab/Simulink建立模型仿真进行数值分析,并且设计模拟钻头卡钻实验。结果表明:粘滑现象会带来严重的后果,改进的粒子群优化PID参数可以使钻头及其他部件稳定在给定的转速的附近,控制响应时间小于40 s,减少了钻头扭矩波动,有效地抑制了钻柱粘滑振动。

钻井平台关键设备异常检测预警技术研究

海洋钻井平台为国家油气资源开发做出重要贡献,保证平台关键设备安全运维是进行油气资源开发的基本要求。针对传统设备异常检测预警方法中单参数表征设备状态不准确、阈值确定困难等问题,从多参数关联关系角度出发,研究了基于随机森林的特征提取方法,构建了基于相似度聚类理念的多维健康记忆矩阵,利用概率图的原理,实现了设备多级报警阈值的确定方法,最后利用泥浆泵仿真数据对所提方法进行测试,验证了该方法的及时性、准确性、漏报率均优于常规预警方法,可有效进行异常参数的辨识。

柔性钻具水力导向射流喷嘴流场分析

现有柔性钻具钻井技术和水力喷射径向钻井技术在控制钻进方向上存在困难或有局限性。为实现钻井导向可控,设计了一种能够水力导向的高压射流喷嘴结构。建立导向喷嘴流体数值模型,利用数值模拟的方法进行流场分析,研究喷嘴倾角、喷嘴直径、喷嘴开启个数等参数对导向力、射流速度的定量关系,给出了导向力方向确定方法。结果表明:随着关闭喷嘴个数的增加,喷嘴导向力呈指数逐渐增大;轴向倾角越大,喷嘴导向力和最大喷射速度越大;喷嘴内径减小时,导向力和喷射速度都显著增大。通过数值模拟验证了射流喷嘴水力导向的可行性,分析结果和导向力的拟合公式对水力导向喷嘴钻进方向的研究具有指导意义。

350℃热采侧钻水平井分级固完井一体化工艺管柱研究

为解决渤海油田疏松砂岩稠油热采老井开窗后固井、防砂工序繁琐、工期长、费用高等问题。根据海上热采井层系复杂、出砂严重、作业日费高等特点,研究了一套适用于350℃热采侧钻水平井分级固完井一体化工艺管柱。该一体化管柱一趟钻入井可实现下部裸眼段的砾石充填作业和上部裸眼段的注水泥固井作业,且满足后续350℃热采注气多轮次冷热交变密封要求。作业后无需钻塞,完井后留井通径大,方便后期开采和修井作业;通过软件模拟其安全性和通过性,一体化管柱下入过程中不会产生屈曲,满足设计要求。该技术可有效解决海上疏松砂岩稠油热采老井开窗固井、防砂作业费用高、工艺复杂,施工周期长等难题。

多功能一趟管联作高效修井技术研究与应用

为缩短作业占时,提高修井效率,控减劳务费用,实现降本增效,提出“一趟管修井”优化设计方法,研发“不动管联作”系列技术,建立“多工序集成”作业提速新模式。通过优化整合一趟管联作管柱设计,创新研发多功能组合工具串,形成了射孔下泵联作、冲洗下泵联作、压裂下泵联作、丢手下泵联作、修井一趟管联作等五大类共十项联作技术。实现了只利用一趟管柱即可完成传统技术上需要起下三趟管柱作业工序的工作量,在达到同样作业目的前提下,还解决了带压起下管过程井口冒喷污染、井控风险高等技术问题。联作技术已在江汉油区累计推广152井次,累计减少起下换管74.4×10^(4) m,单井平均缩短作业占时26 h,降低修井费用￥3.5万元,提高修井效率约30%。

浅层稠油开采用全液压斜直井修井机研制

目前国内用于油田浅层稠油开采中的斜直井修井机技术相对落后,还不能满足现场作业的要求。提出了全液压斜直井修井机的设计方案和技术参数;对该修井机的主要零部件和系统(如液压系统、游动吊卡、抓管机、可调底座、支架、接送管装置、油管对中及上卸扣装置等)进行了详细设计。全液压斜直井修井机经过试制和一年多的现场应用,结果表明:其结构设计合理,使用安全可靠,减少了作业人员,大幅降低了作业人员劳动强度。

超短半径多分支井柔性钻具设计及应用

利用超短半径多分支井可高效靶向挖潜中老油田局部富集剩余油和断块油田阁楼油,加大储层泄油面积,提高油田的采收率。柔性钻具是超短半径侧钻多分支井技术中的核心工具,在钻进过程中受力较为复杂,国内尚未形成完整的柔性钻具设计方法及相应的力学分析。基于工艺特点和现场需求,对柔性钻具进行了受力分析和总体结构设计,给出了整体管柱的设计方法,建立了力学模型进行有限元分析,对不同载荷条件下的钻具强度进行校核。在南海某井的现场应用结果表明,该柔性钻具造斜钻进顺利,作业后与治理前相比日产量提升三倍,含水率降低53%。可为适用于超短半径多分支井的柔性钻具的设计与研究提供参考。

井下双向清洗工具设计与试验研究

针对油气井作业过程中洗井作业存在的返砂困难、冲洗效率低等问题,设计了一种井下双向清洗工具,可以通过正、反循环通道的切换来实现双向循环洗井。正循环洗井过程中,工具底部产生旋转水射流,可对管内、管壁进行冲洗解堵作业,疏通近井地带;反循环洗井过程中,工具侧壁循环孔打开,中心管返出,携砂能力较强。两种循环方式可反复交互进行,提高了冲砂效率,降低了砂卡的风险。通过数值模拟分析,并结合地面测试,验证了工具的可靠性及冲砂效果。研究成果具有一定的现场推广应用前景和价值。

旋转导向钻井系统三肋流道转换器设计研究

旋转导向钻井系统是目前广泛应用的定向钻井工艺技术系统,流道转换器是该系统的关键机械零件,具有仪器内流道转换、电气连接等功能。针对流道转换器的功能需求,设计了一种三肋形式的流道转换器结构,并采用CFD方法对其进行全三维数值模拟,分析了流道转换器内流场情况,依据分析结果对流道设计进行了改进。研究发现:流道转换器出口总压分布均匀,但流体流线较乱,且流经流道转换器的液体压力损失仍较大,在优化倒角后压力损失有所降低。通过结构设计与仿真分析,完成三肋流道转换器的选材及结构定型,最终完成三肋流道转换器的研制。

小直径潜油永磁同步电机温度场分析

针对小井眼井开发需求,设计了一台额定功率60 kW、机壳外径89 mm、铁芯总有效长度为5200 mm的高功率密度小直径潜油永磁同步电机。针对潜油永磁同步电机在井下高温环境工作时,产生热量难以散发导致电机温度升高的问题,利用Maxwell建立了电磁仿真模型,得出了其绕组铜耗和铁芯损耗,考虑机械损耗和杂散损耗,以此作为温度场计算的热源;基于传热学基本理论,利用Fluent建立了三维温度场仿真计算模型,仿真得出电机在额定工况条件下,不同气隙长度、电机油流速、环境温度及生产套管尺寸对电机温度场分布及温升的影响规律,为小直径潜油永磁同步电机的制造及应用提供了技术支撑。

海上机械控水完井技术应用现状及发展趋势

海上油田主要以水平井开发为主,如何有效控制含水上升速度是各油田面临的主要问题之一。海上油田应用的机械控水完井技术包括中心管控水、变密度筛管控水、ICD/AICD分段控水、充填调流控水、C-AICD控水、找控水一体化等。总结了各方法的技术原理、优缺点和适用范围,其中充填调流控水和ICD分段控水是海上油田主要应用的两种机械控技术,前者利用轻质覆膜颗粒作为轴向封隔材料,适用于地层非均质性强、水平段长的油井控水,广泛应用于渤海和南海东部油田;而ICD分段控水技术需要准确设计封隔器坐封位置,因此适用于地层情况认识清楚、非均质性不强的油井控水,主要应用于南海东部油田。基于技术现状,展望了机械控水完井技术的发展趋势,分析结果可为海上油田控水完井方式的选择和后续技术的发展提供借鉴。

高速率连续波泥浆脉冲解码试验管线仿真分析

随着国内深井、超深井钻探需求增加,连续波泥浆脉冲技术正向远距离、高速率方向发展。中海油服自主搭建了地面6000 m泥浆循环试验系统,由于测试仪器上游采用50.8 mm软管,管线压耗大且变径反射干扰严重,远距离高速率解码试验研究受限。针对此问题,基于试验系统建立了简化脉冲器-管线数值模型,研究50.8 mm软管对连续波信号的影响规律,并通过解码试验验证。研究结果表明:测试仪器上游50.8 mm软管与循环管线存在扩径,产生的反射波与发生波叠加导致波形畸变,且随着频率升高,发生波畸变越严重。50.8 mm软管内径小,管线沿程摩阻压降大,压力波的传输衰减程度高于等长的地下直管。50.8 mm软管换成101.6 mm软管,消除变径反射和降低沿程摩阻压降后,低频压力波波形改善,传输后幅值提高75%以上,有效降低了解码误码率。地面6000 m管线解码试验传输速率从6 bps提高至8 bps,验证了数值仿真分析结果。

海上高导流分层防砂分层控聚技术

针对胜利海上化学驱区块Φ177.8 mm电泵井见聚后容易出现砂堵、聚堵,检泵周期缩短,影响化学驱开发效果的难题,研发了一种高导流分层防砂分层采油技术。该技术包含大通径低吸附分层防砂疏聚、小直径大推力管内分层控聚及电泵快速破聚三级控制,可实现长效采油。防砂采用低吸附技术可减少聚合物吸附量48.3%;管内小直径分采技术设计加强装置可实现泵下悬挂分采管柱,液控多级配产器可实现多开度大推力控制;管柱最大外径80 mm,比常规管柱缩小10%。电泵机组优化导叶轮结构及材质并增加剪切装置破碎老化聚合物,剪切率≥30%,提高聚驱导液能力。目前该技术已在胜利海上成功应用37口井,分采层数2~3层,平均单井日增油21.3 t,最大见聚质量浓度650 mg/L,仍能正常生产。满足了化学驱电泵井“低吸附、防堵、控聚”的生产需求,实现了海上电泵井的长效举升,具有广阔的推广应用前景。