基于CNN-LSTM的钻井泵液力端故障诊断方法研究

钻井泵液力端工作环境复杂,容易发生故障,传统故障诊断方法难以满足钻井现场需求。针对五缸式钻井泵,开展了基于深度神经网络的钻井泵液力端故障诊断研究,设计了CNN-LSTM故障诊断模型结构,研究了LSTM对故障诊断模型性能影响。结果表明,提出的CNN-LSTM模型实现了钻井泵液力端多种工况下9类故障快速准确诊断,通过引入LSTM结构,将故障诊断准确率提升了7.85%,达到了97.67%。因此提出的CNN-LSTM故障诊断模型可为钻井现场提供一种高效准确的钻井泵液力端故障诊断方法。

潜孔钻头结构参数与井底流场关系研究

在勘探钻井过程中,QF-Ⅱ型潜孔钻头井底流场分布不合理,存在排屑能力差,对井壁冲蚀破坏严重等缺点,制约了该潜孔钻头在现场的应用。为此,以QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型,充分考虑了钻头排屑槽和切削齿对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型。在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε两方程模型,对钻头喷嘴不同位置、不同直径、不同倾角时的井底流场进行了数值模拟研究。这些结构参数直接影响井底流场分布及流体的排屑能力,在研究中把这些参数作为钻头结构优化设计的重点,找到了钻头喷嘴不同结构参数条件下对井底流场的影响机理,为合理进行潜孔钻头的结构设计及水力设计提供了依据和校验方法。

CTR120/300复合连续油管钻机研制与试验

连续油管钻井技术是20世纪90年代从北美地区迅速发展起来的一项高效、低成本、安全环保的钻井技术。四川宏华石油设备有限公司成功研发了国内首台复合连续油管钻机,名义钻井深度(Φ114.3mm钻杆)2 000m。钻机的主要设备由移动运输性好的3台拖挂单元组成:连续油管井架底座拖挂单元、连续油管滚筒拖挂单元和机械手拖挂单元。该钻机将连续油管装置和带动力水龙头的常规钻井装置集成在一起,既能进行常规钻杆钻井,又能进行连续油管钻井。钻机配备的全套自动化管子处理装置、轻便铁钻工、自动液压卡瓦等机具,极大地减少了钻台面的作业量,降低了劳动强度。钻井试验结果表明,CTR 120/300复合连续油管钻机总体性能符合设计要求,与常规钻井相比具有起下钻速度快、机械钻速高、钻井液连续循环等优点,但还需要进一步加强井下工具和钻井工艺的研究,以加快其在国内的推广应用和发展。

连续油管钻机现状和发展趋势

在总结连续油管钻井发展历程的基础上,对常规连续油管钻机、复合连续油管钻机和连续油管旋转钻机的结构形式和工作原理进行了介绍,并对连续油管钻机的发展趋势进行了分析。分析认为,连续油管钻井技术能实现安全、高效、低成本开发油气藏的目的,具备易于实现自动化和智能化等优点,体现了国际石油钻井技术发展的总趋势。预测连续油管钻机将成为21世纪的主要钻井装备。

双头单螺杆泵衬套有限元分析

用ANSYS对双头单螺杆泵衬套的受力情况作了有限元计算,为了提高计算效率,将螺杆泵衬套的有限元模型简化为平面应变模型求解。讨论了双头单螺杆泵衬套在受到均匀压力与非均匀压力,以及衬套和螺杆在静态接触的情况下,衬套内各点的变形、应力与应变的分布;揭示了双头单螺杆泵衬套的受力状态和变形规律。为双头单螺杆泵的结构优化设计及性能改善提供了参考依据。

微小井眼水力加压器结构设计及钻压计算

微小井眼钻进过程中,连续管的直径小、刚度低,采用传统的钻铤施加钻压不能满足钻井需要,为此设计了一种用于88.9mm井眼的微小井眼水力加压器。综合考虑井下马达、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力、水力加压器运动部件与缸体内壁的摩擦力等因素对井底钻压的影响,建立了水力加压器串联在井下马达上方时井底钻压计算模型,通过对模型的求解可以得到钻井液流量、喷嘴直径与钻压关系曲线,为水力加压器在微小井眼钻进中的应用提供了理论依据。

潜孔钻头井底流场数值模拟研究

以QF—Ⅱ型潜孔钻头为原型,充分考虑排屑槽和切削齿对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场模型,采用计算流体力学软件Fluent对钻头井底流场进行了数值模拟研究。分析认为,该潜孔钻头导致井底流场分布不合理的原因在于喷嘴安放位置太靠近钻头边缘。随后对喷嘴位置向钻头中心靠拢后的改型钻头进行了井底流场分析,认为喷嘴位置向钻头中心靠拢,有助于提高井底流场的清岩能力,减小井底流场对井壁的冲蚀破坏程度,为合理进行潜孔钻头的结构设计提供了理论依据。

侧钻钻柱三维二重非线性问题的研究

研究大曲率定向井、水平井的钻柱受力和变形问题,采用线性分析方法难以满足工程实际的要求。针对以上难题,利用有限元法研究了钻柱在井底的二重非线性(几何非线性和接触非线性)问题。提出了在三维井眼内,根据各测点的井深、相应测点处实测的方位角和井斜角来获得确保钻柱参考构形长度不变的井眼轴线插值方法。从而实现了由井眼轴线的曲率和挠率,计算得到复杂三维井眼中钻柱的初始内力。此方法为三维钻柱力学分析提供了一种新的研究思路,也对定向井、水平井等钻井工艺作业效率的提高、井下事故的减少有着重要的意义。

高压孔板式节流阀流固耦合分析

在高压地层条件下,节流管汇中的锥形节流阀经常发生阀心断裂事故,不能满足井控作业安全生产的要求,需要选用孔板式节流阀进行压井作业。鉴于此,应用先进的有限元计算软件ANSYS,对高压工况下孔板式节流阀进行了流场和结构场的耦合分析,研究了孔板式节流阀的流场分布和阀板的受力情况,为油田科学选用孔板式节流阀进行压井作业以及研制新型高压孔板式节流阀提供了理论依据。

防喷器控制系统故障树的建立与定性分析

防喷器及其控制系统是井控设备的关键组成部分,其可靠与否直接关系到钻井作业及操作人员的安全。根据塔里木油田现场防喷器控制系统的相关资料,采用故障树分析法对防喷器控制系统故障模式进行了研究,建立了防喷器控制系统失效故障树,找出了易导致防喷器控制系统不能正常工作的故障点,为防喷器控制系统设计和维修提供了有益参考。

旋转控制头侧向力研究

在钻井过程中,方钻杆的侧向力作用常常导致旋转控制头损坏,造成事故。通过将井口至大钩的方钻杆简化为连续梁,将旋转控制头上下胶心和驱动器对方钻杆的约束简化为中间弹性支座,建立了相应的钻柱横振动力学模型。通过对模型的求解,找到了一种计算方钻杆转动对旋转控制头产生侧向力的合理方法,为分析计算不同钻井条件下旋转控制头的受力情况提供了理论依据。

气动冲击器研究现状及发展趋势

阐述了气动冲击旋转钻井用气动冲击器国内外近期的研究现状,以及各类冲击器的结构和性能参数,并提出了气动冲击器的发展趋势。

高压井控锥阀流场数值模拟研究

在高压油气藏勘探开发过程中,节流管汇中的锥阀常常发生阀杆断裂和阀芯脱落等事故,主要是由于阀内流体不稳定导致阀杆振动造成的。采用有限体积法建立了锥阀的计算模型,完成了锥阀内部流场的稳态和瞬态计算。通过对计算结果的分析,认为锥阀内流体不稳定主要包括下阀腔漩涡有规律的脱落和流动方向的摇摆,这是导致锥阀阀杆振动断裂的主要原因,为高压锥阀的结构改进提供了理论依据。

四川须家河组地层特性及其与牙齿接触的仿真分析

为了解决四川须家河组复杂地质条件下机械钻速慢、进尺少、井塌等事故发生率高等问题,在分析该地层岩层特性的基础上,针对龙17井岩样进行了岩石力学性能分析,并在此基础上开展了3种不同齿形与须家河组地层特性岩石接触的有限元仿真研究,得到了各齿形压入速度、压入深度和破碎体积随时间的变化曲线,为须家河地层钻头的设计提供了理论依据。研究成果有利于提高该层位的机械钻速,降低事故发生率,以加快该地区石油天然气勘探开发的速度。

潜孔钻头排屑槽布置方式对井底流场影响的研究

在勘探钻井过程中,现场应用的潜孔钻头存在排屑能力差、井壁冲蚀破坏严重的问题,这与钻头井底流场分布有着密切关系,而钻头排屑槽的布置方式又对井底流场的分布及流体的排屑能力起着重要作用。本文充分考虑了钻头排屑槽的布置方式对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型,在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε两方程模型,对钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响进行了数值模拟研究,找到了钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响机理,为设计排屑能力强、对井壁冲蚀破坏小的新型潜孔钻头提供了理论依据。

微小井眼技术井下工具最新进展和思考

微小井眼钻井是一项井眼直径小于88.9mm,高效、低成本、环保的钻井新技术,该技术容易实现信息化、智能化和自动化,是最近几年国外迅速发展起来的一项钻井前沿技术。2004年以来,为推动微小井眼钻井技术的发展,美国能源部门两次投入1000多万美元,集中了如Baker Hughes、Schlumberge等世界知名石油公司和相关研究机构参与微小井眼钻井技术的研发工作。通过近三年的研究,微小井眼钻井技术及配套工具得到了很大的进展,重点介绍了微小井眼技术井下工具的最新进展,并就我国的微小井眼技术提出了思考和对策。

基于UKF与互补滤波的随钻IMU井斜动态测量方法

针对随钻测斜仪安装在近钻头位置处受到的复杂冲击振动、钻柱旋转等干扰问题,提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)与互补滤波算法的随钻井斜动态测量方法。首先,利用限幅和低通滤波器滤除冲击噪声带来的加速度阶跃激励干扰信号和角速度高频干扰信号;然后,使用UKF滤除惯性测量单元(IMU)中加速度计和陀螺仪信号的大部分有色噪声;最后,建立加速度和角速度信息间的互补滤波器,滤除角速度信号的零偏噪声。仿真试验、复杂振动测试平台模拟实验及现场数据验证结果表明:钻具转速在0~300 r/min内时,井斜角整体测量精度在±0.2°以内;测量不受钻具转速与振动影响,实现了精准的随钻测斜。

石油钻机平移系统的研制与应用

为了适应页岩气开发的地理环境和钻井特点,研制开发了一种平移系统。该平移系统采用模块化设计,并可集成在钻机底座基座中,方便运输。该系统采用液压控制,操作简单方便;采用双排滚轮链条组结构,降低对地比压,操作安全;液压站、液压操作箱均悬挂于底座基座外侧,随钻机一起平移,节约时间。使用该平移系统能够实现钻机主体在井场当中不分解拆卸并且满立根的状态下移动到需要的井位,降低钻机搬家及安装时间,提高整体钻井效率,适用于丛式井开发。

注入头支撑架的研制与应用

针对目前注入头(小直径连续管设备)安装成本高、基础不稳固和操作难度大等特点,介绍了一种易于低位安装,安全可靠的注入头支撑架。该支撑架主体由上支架、下支架组成,采用套装结构,起升动力由起升油缸提供,支撑架底部设置有可旋转的支脚,能实现运输时存储、工作时打开的功能。整个支撑架结构紧凑,合理,抗倾翻能力强,运输尺寸小,可满足几乎所有公路的运输条件。同时,由于起升油缸采用液压操作,可大幅度减轻现场工人的安装强度和难度。

一种新型折叠运输井架的研制

常规K型井架是现役常规陆地钻机井架,其安装后尺寸大,零部件多,运输模块多,需要的拆卸和安装过程复杂。而页岩气丰富的川渝地区路况复杂狭小,山地较多,常规K型井架已经无法满足。针对川渝地区场地运输和井场限制,设计了一种结构简单、运输尺寸小、运输模块少的折叠井架。该井架可以在拆卸或安装时通过折叠并拆卸、安装井架背部的销轴快速完成拆卸或安装过程,工艺简单,结构紧凑、运输车次少,安装简单方便,大大节省搬家、安装时间,适合山区和有尺寸限制的小井场等复杂场地。