测井仪被动式热管理系统室温冷却研究

被动式热管理系统能使测井仪内部电子器件的温度在工作时间内不超过耐温指标,然而热管理系统优异的隔热性能导致测井仪需要较长时间冷却,才能投入下一次工作。为此,提出了一种针对测井仪的室温冷却方案。通过将电路骨架从保温瓶内抽出置于空气中实现快速冷却,同时设置芯片保护壳避免内部电子器件与空气直接接触,能够避免较高温差所产生的热应力及水蒸气液化对内部电子器件的损坏,实现快速冷却。模拟和试验验证了该方案的可行性,同时模拟探究了不同因素对冷却方案效果的影响,确定了最佳的冷却方案。研究结果表明,所提出的室温冷却方案可以解决测井仪被动式热管理系统冷却散热的问题,提高测井工作的效率。

井下钻具耦合振动测量模型及实钻数据分析

为了监测井下钻柱的实际振动情况,调整钻进参数来控制井下钻柱的振动特性,从而优化钻进,提高钻速。针对如何通过测量的加速度信号对不同振动形式进行解译与表征的井下振动测量关键问题,建立钻柱振动的解析动力学模型,研究了某种特定振动模式下传感器输出信号的测量,分析了传感器输出信号与钻柱振动模式的关系。通过对模拟信号中振动模式所对应的加速度输出特征进行研究,分析得出实钻数据中所包含的振动信息。为井下振动测量信号的量化分析与运动模式解译提供依据。

一种基于相机投影模型的管柱图像展开方法

在管柱图像展开过程中,针对摄像机中心轴偏移与图像展开扭曲问题进行理论研究。通过相机成像原理分析,提出了一种基于管柱图像中心定位的模型映射展开算法。该算法利用最大类间方差法(OTSU)和区域标记法(RMA)定位管柱中心确定有效区域,通过推导投影函数,建立相机投影模型,改进映射方式,得到了无变形失真的展开图像。实验结果表明:设计方法与当前展开方法相比,消除了失真影响,实现了管柱与图像的量化关系,为后续定量分析提供了新的研究方向。

无线射频压裂滑套系统模拟试验研究

将无线射频识别(RFID)技术应用到油水井压裂中,能够很好地解决现有压裂滑套存在的压裂级数受限、操作非智能等诸多问题。因井下工况复杂,理论分析与实际应用差别较大,为进一步系统地探究井下无线射频系统的开发应用,使用三维软件设计无线射频滑套模拟试验台,对标签的运动状态进行理论分析,并建立室内模拟试验平台,系统地进行井下相关试验。试验结果表明:标签选择有铁氧体磁芯,且天线绕制形式选用单层螺线管线圈,可以提高整个系统的性能;在系统电感值相同的情况下,单层螺线管天线轴向长度对阅读器模块能识别的标签最大通过速度有积极的影响;标签天线线圈与阅读器天线线圈平面之间的角度也会影响标签的识别率。研究结果对井下无线射频系统的开发应用具有一定的指导作用。

深水采油树Spring-Seal密封圈接触模型构建与实验测试

为提高深水采油树在高压、高温、低温等工况下长时间工作的稳定性,对采油树密封圈进行重新设计,提出Spring-Seal密封圈(以下简称S密封圈);基于赫兹接触理论、填料密封接触理论,重新构建S密封圈接触力学模型;建立有限元仿真分析模型,分析不同条件下S密封圈的密封性能,同时验证新建接触模型的合理性;利用实验测试S密封圈的实际密封效果。研究结果表明:S密封圈在高压、高温、低温等工况下能够长时间稳定工作且密封性能良好。研究结果可为S密封圈的接触研究及工程运用提供理论参考。

全旋转随钻姿态测量系统的研制

针对现有随钻姿态测量设备安装在无磁钻铤内部所导致空间利用率低等问题,提出一种全旋转随钻姿态测量系统。全旋转姿态测量系统以三轴加速度计、三轴磁力计与三轴陀螺仪为主要测量结构;以FPGA芯片和MCU芯片组成AMP运行模式的多核处理器为控制核心;同时采取UKF滤波、误差修正的性能改善措施;最后应用四元数法解算出井斜角、方位角、工具面角。搭建工装实验平台验证系统可行性。实验结果表明:转速为1.00 r/min和1.50 r/min时,井斜角45°、方位角135°测量误差最大,井斜角、方位角绝对误差分别为2.24°,3.16°。井斜角45°、方位角0°时,转速4.00 r/min工具面角绝对误差最大,工具面绝对误差为3.22°。该测量系统能在工装平台实时测量并解算3种姿态角。

可见光通信中曼彻斯特编码抗频闪研究

为解决可见光通信中的LED频闪使人感到不适的问题,文章提出一种基于曼彻斯特编码的抗频闪改进方法,并搭建平台验证其可行性。通过高速摄像机对编码前后频闪现象进行录制,并随机截取550帧数据,使用Matlab分析每个帧图像的灰度对比。实验表明,编码前的帧图像灰度均值在55至70呈现毛刺状剧烈波动,而编码后该值稳定在60~65,视频帧灰度值均化程度大大优于编码前的灰度值曲线。改进后的编码在传输速率增加至2 Kbps后,即便在摄像机下观察,也不会出现LED频闪现象,由此验证本方案的有效性。

一种适应硬地层的近钻头仪器耐磨带设计改进

随着石油勘探向着更深、更复杂的地层方向发展,近钻头仪器在钻井过程中更容易受到地层的摩擦。为增强近钻头仪器的耐磨性能,延长近钻头仪器的使用寿命,文章提出了一种适应硬地层的近钻头仪器耐磨带设计改进。此次改进是在近钻头仪器仅有一条环形耐磨带的基础上,于电路骨架左侧增加一条环形耐磨带,同时在抱筒处增加螺旋状耐磨带,进而改善耐磨带结构。经过多次实钻验证,结果表明,近钻头仪器基体基本无磨损痕迹,可以有效的保护整支仪器。

空化射流水力振荡器研制与试验

为解决油井井筒存在结垢现象后导致卡钻的风险与石油产出率降低的问题,利用淹没射流产生剪切空化,设计一种空化射流水力振荡器,与高压旋转射流除垢装置配套使用提升井筒除垢效率,利用数值模拟对空化射流水力振荡器内部相关结构参数进行优化,得到最优结构参数和振荡频率、幅值。通过开展现场试验,检验空化射流水力振荡器的具体参数是否符合井筒除垢要求。通过正交模拟得到射流喷嘴到喉管距离L=13.52 mm、喉管长度D=64.47 mm和射流喷嘴角度α=156.92°的最优参数,且该参数下的振荡频率为9.92 Hz。现场试验结果表明,空化射流水力振荡器与旋转冲洗器配合使用比传统水力振荡器与旋转冲洗器除垢速度最高提高16.2%。这表明空化射流水力振荡器对除垢装置的除垢效率有明显的提升,空化射流水力振荡器内部结构无相对运动部件使得振荡器运行稳定且装置维护成本低。所得结论可为水力振荡器的研究与工程应用提供技术指导。

基于模型熵处理的泥浆脉冲信号去噪方法研究

泥浆正脉冲传输技术在石油钻探中应用非常广泛,但泥浆正脉冲信号包含大量噪声,其中泵噪声为主要噪声来源,不仅时域上完全覆盖有用信号,而且频域上存在频谱混叠。在泵噪声特性的基础上,建立了一种泵噪声状态空间模型(线性时不变模型),引入最大相关熵准则去除泵噪声的野值,利用基于熵处理的标准卡尔曼滤波对泵噪声进行重构和滤波。此外,为实时处理信号的需求,采用随机共振原则滤除泵噪声后的剩余随机噪声。同时,模拟了稳态/非稳态泵噪声状态下几种不同信噪比的含噪泥浆正脉冲信号,分析评价方案的噪声抑制能力。结果表明,该方案能够抑制甚至去除原始信号中的稳态/非稳态泵噪声,可以将信号的信噪比提高约5~24 dB。

旋转导向系统研究现状与发展趋势

井眼轨道控制技术是石油钻井工程成套技术中的关键环节,旋转导向系统可在钻柱旋转钻进过程中根据地质和工程目标实时调整井眼轨迹,有效提高井眼轨道控制精度和钻进效率,进一步把钻井技术推向自动化、信息化的新阶段。国外历经近30年发展,已形成种类齐全化、功能多样化和尺寸系列化的旋转导向系统产品。文章通过对旋转导向系统的发展过程进行简单回顾和总结,特别是在对当前实现商业化应用的各种旋转导向产品性能特点分析、技术现状对比的基础上,提出推动我国旋转导向系统发展建议,以便于正确认识当前的技术现状、展望未来发展趋势和把握研究方向,为我国油气资源安全高效开发提供有力的工程技术支撑。

随钻测控技术现状及发展趋势

随钻测控技术是随钻测量、随钻测井和随钻控制的统称,是当今石油工程高端技术的代表,也是自动化智能化钻井的核心。随钻测控技术的发展为油气勘探开发提供了重要利器,大幅提高了作业效率,降低了作业成本和油气综合开发成本。全面梳理了斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿等国际大型油服公司随钻测控技术的发展现状,分析了油气勘探开发对随钻测控技术的需求,厘清了随钻测控技术的发展方向,提出了中国随钻测控技术的发展建议,凝炼了随钻测控技术的发展重点,以期推进我国随钻测控技术的快速发展,提升随钻测控技术水平。

隔上采下井热洗油套联通开关阀应用效果分析

针对隔采井无法进行热洗清蜡的问题。为此研发一款油套联通开关阀,该油套联通开关阀能够在洗井时打开油套通道实现热洗循环;非热洗状态则复位,循环关闭,防止井筒流体进入油套环空,降低油井产能,而且此工具直径小于套管内径便于后期处理井筒,避免造成大修井。

基于随机共振的井下无线电磁2FSK信号解调

井场及周边电器所带来的噪声干扰会对接收到的无线电磁2FSK调制信号产生影响,在信噪比低时提取信号特征困难。为此,提出了一种基于浣熊算法的自适应双稳态随机共振系统,以降低2FSK信号的误码率。该方法充分利用浣熊算法的全局探索和局部优化平衡能力,通过并行选择和优化随机共振系统的多个参数,以获得系统输出的最大信噪比增益。利用卷积神经网络对随机共振系统输出的信号进行解调,并评估其误码率。仿真和试验结果表明,在低信噪比条件下,基于浣熊算法的随机共振系统输出信号的特征频率相对于蚁群优化算法更加显著,并且具有更低的误码率。研究结果可为井下信号实时传输提供技术支撑。

一种基于改进CORDIC算法的阵列侧向测井仪信号发生电路

阵列侧向测井仪是目前测井工程中探测与分析复杂地质结构的一大利器。为实现5种不同探测深度的“阵列式”测井,仪器自身需要同时产生5种频率高精度正弦信号。本文对经典坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法进行了改进与优化,改进后的算法计算量仅约为经典算法的1/3,大幅减小了DDS信号发生电路的输出时延。通过Modelsim软件仿真验证改进算法的可行性后,使用FPGA芯片编程,搭配DA/C与低通滤波电路,设计实现了一种基于DDS技术的阵列侧向测井仪信号发生电路。仪器外刻度模拟实验表明:搭载该信号发生电路的阵列侧向仪器能够在0.6Ω~100 kΩ电阻范围内保持良好的一致性,5种模式下电阻值实测误差均保持在10%以内,对于中低阻值模拟地层的测量精度达到了3%,较上一代阵列侧向仪器性能有明显提高。

新型钢坯修磨设备的静力学及动力学分析

钢坯因生产工序的原因其表面有氧化层及缺陷,故必须通过磨削的方法进行表面修磨。针对目前没有专用的设备对大型的方形钢坯料进行表面修磨的问题,设计了一种方形钢坯修磨设备,并利用ADAMS软件完成了运动学仿真验证。结果表明,修磨设备可同时平稳完成对两相邻面的打磨作业。利用有限元软件ANSYS,对修磨机进行受载下的应力分析、模态分析,并对结构进行了改进;根据简化运动学模型进行静力学分析,得到了所需输入驱动力矩,并对关键部件弹簧完成了选型。理论计算及仿真结果表明,此修磨设备能够高效地完成对大型方形钢坯表面的磨削任务。

国产超声兰姆波测井仪在套管回收中的应用

在开发油气田进入生产末期时为了节约成本会将未被水泥固结的套管进行回收,为了确定回收套管的起始深度需要进行相应的测量得到套后水泥的分布情况。以往常常采用外方的测井仪器作业,导致费用高昂。中海油服在近年推出了具有完全自主知识产权的超声兰姆波成像测井仪(简称UCCS),首次在东海区域成功作业帮助油公司判断了套后水泥环分布状态,进一步指导了套管切割作业。

油气田现场甲烷逸散检测装置设计的研究

油田温室气体排放源主要包括燃料燃烧、火炬、工艺放空及甲烷逸散排放等。甲烷逸散源自设备泄漏,如阀门、法兰等,其排放广泛且检测复杂,带来较大的不确定性。当前,油气田对甲烷逸散的监测不足,核算缺乏现场数据。因此,研制开发一款油气田甲烷逸散监测装置,增强检测能力并对测量装置相关参数进行测试。得到的测试结果甲烷逸散率检测精度满足实际现场测试需求,该设计可适用于多种检测环境且系统性能良好的油气田现场甲烷逸散检测,为油气田温室气体排控提供有利的硬件保障。

CAN总线转网络化井下遥传仪器通讯系统设计

为了解决采用网络化架构设计的测井地面系统与采用CAN总线接口设计的井下仪器的互联通讯问题,设计开发了专用的井下遥传COM转接板,其硬件系统基于ARM+DSP双控制芯片架构设计,同时实现TCP/IP网络接口与CAN接口;板级程序基于嵌入式实时操作系统实现,采用模块化的方式实现协议互转,模块开发相对独立且耦合程度低。该COM转接板目前已经大量应用于快速成像过钻具测井系统(FITS)中,实现了FITS地面控制系统与井下各仪器之间实时、可靠的数据传输。

基于多尺度CNN的五缸泵液力端阀门故障诊断方法

文章针对钻井泵液力端阀门故障,提出一种智能诊断方法。根据五缸泵机械传动特性,利用角度编码器和振动传感器,对8种工况下的单冲程振动信号进行保形分段三次Hermite插值和z-score归一化处理;采用不同尺度的一维卷积神经网络(CNN)模型进行特征提取和融合,实现对五缸泵液力端吸入阀和排出阀的故障诊断。通过在HH2400泵上进行大量实验,对不同混合工况下实验数据验证分析,结果表明该方法性能优于其他方法,稳定性好,最大诊断准确率达到98.70%。