水力脉冲空化射流钻井技术适应性分析

为了推广应用水力脉冲空化射流钻井技术，在介绍该技术提高机械钻速机理的基础上，通过理论分析、统计总结的方法对该技术的现场试验进行了适应性分析，包括适用的钻具组合、地层、井径、钻头以及钻进参数等。结果表明：水力脉冲空化射流发生器可与常规钻具、井下动力钻具、欠平衡钻具以及PowerV钻具等多重钻具组合配合钻进；适用于新生代至古生代地层，包括软、中硬、硬地层，最大试验井深达6162m；可在0216～0406mm不同井眼配合不同型号PDC和牙轮钻头应用；适用的钻井参数范围较大，对钻井参数没有特别要求；一般工作寿命在230h以上。水力脉冲空化射流钻井技术对现有的钻井装备、工艺参数等具有较好的适应性，平均机械钻速提高10．1％～104．4％，为深井钻井提供了一种安全高效的钻井新技术。

井下振动减摩技术研究进展

在大位移井、水平井中,无论是常规管柱还是连续管作业时,由于管柱与井壁接触面大、管柱不旋转等因素,管柱与井壁之间摩阻都很大。井下振动减摩技术利用流体能量通过一定方式使管柱产生振动,从而减小管柱与井壁之间的摩擦力,增加钻头的有效钻压,提高机械钻速,延伸管柱入井位移,可有效降低油田开发成本。介绍了连续管减摩器、声波流动脉冲方法和装置、轴向振荡发生器、降摩阻短节、井下振动减摩器以及水力振动减摩加压器等国内外各种井下振动减摩技术和装置,包括原理、结构设计、特性研究以及现场应用等方面。随着我国复杂结构井的钻井和后续作业陆续出现管柱与井壁摩阻大的问题,对减摩技术的需求也越来越多,井下振动减摩技术发展前景广阔。

液动冲击钻井技术发展与应用现状

冲击钻井比传统钻井或者金刚石钻井的机械钻速高,特别是在硬质地层能大幅提高机械钻速。在介绍冲击钻井技术特点的基础上,分析了国内外冲击钻井技术的研究进展和应用情况,对国产液动射流式冲击器、射吸式冲击器和阀式冲击器的结构特点和性能参数进行了对比分析。指出阀式液动冲击器在井下的工作寿命和稳定性有待提高,射流式冲击器的工作压降有待降低。最后提出冲击器的2个研制方向:一是高频率、小单次冲击功;二是低频率、大单次冲击功。

脉冲式井下增压钻井装置关键参数设计与分析

为了提高深井超深井的机械钻速,降低钻井成本,综合利用脉冲射流和超高压射流钻井的优点,设计了脉冲式井下增压钻井装置。介绍了其结构和工作原理,根据不同钻井状况有针对性地设计关键参数。根据研究,确定高压活塞作用力取为钻压的35%,PDC钻头钻井时高压活塞直径取30 mm,牙轮钻头钻井时高压活塞直径取35 mm,活塞行程根据钻头在井下振动的位移确定,取为25 mm,活塞频率为4和6 Hz,计算得到高压流体排量。由于脉冲式井下增压钻井装置内、外压差作用在传动轴上端面,具有水力加压作用,所以针对不同钻头钻井情况,进行水力加压作用力计算。

水力脉冲空化射流与无线随钻测量技术提高钻速研究

在定向井或易井斜直井的钻井过程中,通常会使用无线随钻测量技术进行实时监测钻井参数。为了提高机械钻速,降低定向服务成本,在二连盆地首次采用水力脉冲空化射流发生器配合无线随钻测量技术和单弯螺杆(弯外壳马达)进行了两口井的现场试验。试验结果表明,无线随钻测量技术的参数测量和数据传输正常,不受水力脉冲空化射流发生器的影响,并在必要时可通过单弯螺杆定向作业有效地控制井斜角。与邻井相比,水力脉冲空化射流钻井使两口试验井的平均机械钻速分别提高25.5%、71.0%。水力脉冲空化射流钻井技术与无线随钻测量技术配合钻进有很好的适用性,减少了钻井时间,降低了定向服务成本和钻井成本,为油田效益的提高做出了贡献。

井下增压超高压射流钻井技术研究进展

随着浅层油气资源勘探开发程度越来越高,深层油气资源成为中国油气资源战略接替的重要领域。而深井、超深井钻井勘探过程面临钻速慢,成本高等亟待解决的问题。应用超高压喷射钻井技术来提高深井超深井钻井速度是一种行之有效的方法,而实现超高压射流最主要的工具是井下增压器。通过国内外文献调研,主要介绍了国内外井下增压器工艺和增压机理以及超高压射流辅助破岩机理的研究进展,指出了前人研究的不足或尚未完善之处,在此基础上指出了井下增压器及其超高压射流辅助钻井破岩机理的研究方向。

水力脉冲空化射流发生器参数优化试验研究

为优化水力脉冲空化射流发生器的参数,采用设计的试验模拟工具及相应的试验台架进行了室内试验。着重研究了叶轮叶片数量、排量对压力波动效果的影响。试验结果表明,随着排量的增加,经过水力脉冲空化射流发生器的流体平均压力增大,压力波动振幅增大;在试验条件下,排量为13.67L/s时,采用3片叶轮,平均压力为1.25MPa,产生的脉冲效果明显,压力波动振幅为1.1MPa。

脉冲式井下增压钻井装置增压特性研究

基于脉冲式井下增压钻井装置的结构和工作原理,建立了其活塞增压模型,进而对其增压特性进行数值模拟研究。研究结果表明,流体增压是活塞运动和高压喷嘴节流共同作用的结果。当其他条件相同时,高压喷嘴出口流速随转速、活塞行程的增大而增大,并且增大幅度较高,增压压力受这3个因素的影响规律相似;高压喷嘴出口流速和增压压力都随高压喷嘴直径的增大而明显降低;随着钻井液密度增大,高压喷嘴出口流速和增压压力稍微增大。高压脉冲射流的脉冲频率只与转速有关,且随转速增大而增大,其他因素对其没有影响。该研究结果为后续的样机设计和现场试验参数的确定提供了依据。

复杂油气溢漏早期识别与安全控制研究进展

随着油气钻探逐渐向深层超深层发展,将面临更高的温度和压力条件,更复杂的地层压力体系,易引发溢流和漏失等井下复杂情况,甚至是井喷事故,导致严重后果。为此,及早发现溢漏复杂情况并及时进行井筒压力安全控制则显得非常重要。针对现场溢漏等复杂环境,通过理论分析、数值模拟及定量表征等方法,从井筒压力演变机理、参数表征方法、未知参数估计以及井下复杂诊断方法等方面开展研究,形成了溢漏早期自动识别、井筒压力闭环高效控制方法,得到了基于机理与数据复合驱动井下复杂诊断方法,研发了溢流漏失随钻实时识别和监测方法与系统。研究成果在塔里木碳酸盐地层、库车山前、新疆南缘等地的现场试验结果表明,溢流漏失发现时间较传统录井警报大幅提前,最大程度降低了作业风险,平均复杂处理时间降低66%,丰富了井筒安全监控技术内涵,将推动我国井下溢漏风险技术由定性分析走向定量计算。

PDC钻头定向喷嘴井底流场数值模拟

为提高定向喷嘴PDC钻头清洗井底的效果,最大限度地减少钻头泥包的形成。利用计算流体力学理论和数值模拟方法,建立了定向喷嘴PDC钻头的物理模型,并确定了定向喷嘴PDC钻头的物理模型参数,对定向喷嘴和定向喷嘴PDC钻头的井底流场特性进行了分析。结果表明:在定向喷嘴的结构参数中,双流道的直径组合与侧向流道的倾角是影响流量分配的主要因素,侧孔倾角为45°时,既能满足流量分配的要求,又便于加工;定向喷嘴侧向射流将回流限制在新冲击区的上方,减小了井底漩涡区域,与漫流层的叠加补偿了其能量损失,刀翼切削面处的低速区也变小,对井底清岩起到较好的作用,有利于抑制泥包的形成。定向喷嘴与常规水力结构设计相结合可以在预防和清除PDC钻头泥包方面发挥自身的优势,达到提高机械钻速的目的。

定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究

定向喷嘴布置的方式对PDC钻头的井底流场将有很大的影响,尤其是能改变PDC钻头的水力性能,因而研究定向喷嘴布置具有重要的意义。本文分析了喷嘴的不同布置方法,并通过数值方法模拟其对PDC钻头井底流场的影响。结果表明:在不完全对称布置方案的冲击区,在射流刚开始从喷嘴处流出去,但还未接触井底,各喷嘴射流处于衰减地带之内,这样的话将对钻头的清洗和携带岩屑离开井底非常有效果;在漩涡区,喷射角大、距钻头中心远的喷嘴射流则对清洗和携带井壁附近的岩屑起主要作用,喷射角小、距钻头中心近的喷嘴射流则对清洗和携带井底中心的岩屑起主要作用;在刀翼上的附面层由于周围喷嘴的影响,刀翼切削面低速区明显减少,剪应力增大,更好地预防、清除PDC钻头的泥包。最终达到提高机械钻速的效果。

基于MEMS微芯片的井下多物理场微型测量器

通过随钻测量工具获取井下工程参数是准确掌握井筒信息的有效手段,基于微机电系统(micro-electromechanical systems,MEMS)技术,研发一款集井下温度、压力、磁场和动力学信号测量为一体的微型测量器,以实现对井下多个物理场的协同测量,最终目的是通过多维数据的分析进行井下复杂工况的判断。通过室内管柱循环试验测试,对微型测量器的移动高效性和功能完整性进行验证。结果表明,获得的测量数据可以较好地反映井下漏失、溢流等复杂情况。

定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗能力的影响

PDC钻头齿的清洗能力对PDC钻头破岩和清岩影响很大,定向喷嘴则有利于钻头齿的清岩,研究定向喷嘴的布置具有重要意义。使用数值模拟的方法研究了定向喷嘴数量、孔径、喷速等因素对PDC钻头齿清洗效果的影响。研究结果表明,5喷嘴的PDC钻头齿清洗能力较强;钻头齿清洗能力随喷嘴孔径增大而增强;喷射角小的喷嘴射流流场不利于流体向上举升岩屑。将定向喷嘴优化并配合常规水力结构设计可以在PDC钻头预防和清除泥包方面发挥自身的优势,最终达到提高机械钻速的目的。

井径不规则性对固井顶替效率影响规律研究

固井环空水泥浆顶替效率的高低对防止钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和提高水泥环密封效果具有重要影响,而井径不规则性则是影响顶替效率的主要因素。根据物质输运方程、扩散方程及κ-ε紊流方程,建立了固井环空水泥浆-隔离液顶替流动数学模型,利用计算流体力学方法对水泥浆顶替过程进行了数值模拟研究,得到了井径变化率、排量对环空速度分布和顶替效率的影响规律。研究结果表明:随着顶替排量的增加,顶替效率增大;井径不规则性越强,水泥浆顶替效率越低。研究结果可为复杂井筒的固井作业提供理论依据和指导。

基于CNN-LSTM融合网络的溢流早期预测深度学习方法

目前的人工神经网络和贝叶斯网络等方法无法连续长时间准确早期预测溢流。为此,针对钻井现场数据特点,提出基于CNN-LSTM融合网络的溢流工况预测深度学习方法,结合溢流的关键参数变化,融合多特征数据尽早发现溢流征兆,从而实现溢流工况早期预测。将采集的所有钻井特征参数用于模型训练和溢流预测,准确率高于单独的CNN结构或单独LSTM结构。为进一步提高模型效率和使用较少现场参数,有针对性地筛选了与溢流紧密相关的一些钻井参数进行试验,结果表明采用CNN-LSTM融合的网络结构优于单独的CNN或单独LSTM结构,预测准确率可达到89.55%。对某钻井数据的预测分析结果表明,该方法能够提前10 min准确预测溢流的发生,可为后续采取相应措施争取到宝贵时间。

国产精细控压钻井系列化装备研究与应用

针对国内深部复杂地层普遍存在的窄密度压力窗口控制难题,形成了具有独立知识产权的PCDS-Ⅰ、PCDS-Ⅱ和PCDS-S系列化精细控压钻井装备。高端PCDS-Ⅰ型装备井底压力控制精度0.2 MPa;中端PCDS-Ⅱ型装备实现了模块化设计,自动识别外部设备工况,工艺工况自动匹配;低端PCDS-S型装备达到了低成本安全、优化钻井作业的要求。针对不同需求可进行不同控压装备组合,在欠/近/过平衡控压钻井工艺自由转换,并实现9种工况、4种控制模式和13种应急转换的精细控制。现场应用结果证明:该系列装备与技术有效提升了油气勘探发现率,大幅延长了水平井水平段长,提高了单井产量,降低了钻井复杂度,对带动国内钻井装备制造技术进步具有重大意义。

单通道控压钻井装备压力控制方法与应用

为进一步提高钻井效率和降低钻井成本,研制了单通道控压钻井装备。该装备去除了冗余通道和辅助通道,优化设计了自动节流控制系统,降低了控压钻井作业成本;加强了模块化设计和自动控制软件功能设计,既可与自带回压泵配合,也可用钻井泵进行控压起下钻和接单根等作业,并开发了井口憋压接单根的专家模式以及进行欠平衡控压钻进作业的欠平衡模式;可与井下作业和固完井作业相结合,实现全过程控压作业。应用结果表明:单通道控压钻井装备在钻进过程中能够自动精确控制井口回压,自动监测钻井液进出口流量和立管压力,有效解决钻井过程中的漏失和溢流等问题。单通道控压钻井装备压力控制方法为安全快速钻井提供了保障。

一种求解复杂优化问题的快速遗传算法算子

针对利用遗传算法解决参数维度高、计算复杂,且适应度依赖于其他工具的问题,提出一种加快遗传算法收敛速度的聚集算子.该算子首先利用AP(affinity propagation)聚类对种群进行划分,然后通过主成分分析(PCA)对每个聚簇降维,再利用加权最小二乘法在低维空间下将种群分布拟合成二次曲面,并将计算极值点作为优势个体返回到原始空间.实验结果表明,相比于传统遗传算法,聚集算子在保证优化精度的同时可有效提高收敛速度.

一种新型的自适应多核学习算法

针对样本基数较大、维数较高、特征较复杂的数据集训练问题,将支持向量机与蚁群优化算法相融合,提出一种自适应多核学习算法.利用吸引子传播聚类算法自适应地发现相似特征,并据此利用蚁群算法自适应地选择核函数参数,从而快速选择最优核函数.通过UCI数据集的5组数据实验表明,该算法相比于传统的支持向量机分类准确率和F 1值更高,验证了该算法的有效性和可行性.

基于新闻的国际天然气价格趋势预测方法

天然气作为新型清洁能源,不仅有着重要的能源意义,作为期货交易的大宗商品之一,也有着重要的经济意义,是国家经济和国际贸易的重要组成。但是由于天然气价格受经济因素、政治因素、自然因素甚至人为因素等多种因素的影响,准确预测其价格十分困难。因此,文中设计了一种基于新闻的天然气价格趋势预测方法,该方法首先利用爬虫获取大量天然气相关新闻,并针对新闻进行嵌入表示和情感分析,运用格兰杰因果检验方法证明了天然气价格与相关新闻的情感倾向具有因果关系,并将新闻情感作为新闻向量的权值,将其相乘作为模型输入,然后构建了一个CNN-LSTM融合模型,CNN用于提取新闻特征,LSTM用于捕捉新闻和天然气价格时间序列信息,从而得到了62%的准确率,优于绝大多数机器学习算法。