十字万向轴多体动力学仿真与啮合面磨损机理

目前对非密封式十字万向轴所产生的运动磨损机理研究较少。为此,建立了十字万向轴多体动力学仿真物理模型,研究了中间轴与上接头、下接头共轭运动副之间的运动规律及其啮合面之间接触力和摩擦力的变化规律,对比分析了现场测试与理论计算的结果。分析结果表明:工作时,十字万向轴啮合面之间先产生法向碰撞后达到相对稳定的啮合状态,再沿着轴向与切向的合成方向形成周期性往复滑动摩擦,并最终使其端面与侧面出现严重磨损;接触力与摩擦力在啮合面产生碰撞时,呈现无规律分布状态,在达到相对稳定的啮合状态后,首先出现峰值,然后呈现先减小后增大的周期性变化规律。所得结论可为十字万向轴啮合面耐磨性结构优化设计提供理论参考。

国内外水力振荡器的研究现状及展望

针对目前定向井段和水平段钻进过程中为提高机械钻速使用水力振荡器出现的问题,分析了水力振荡器的研究现状与现场应用状况。首先介绍了国内外不同水力振荡器的结构,分析了其优缺点;然后结合现场资料,通过实例对比了水力振荡器和旋转导向钻井工具的提速效果;最后针对水力振荡器在应用时出现的一系列问题给出了相关建议。现场应用效果统计资料表明,水力振荡器能降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本,与旋转导向工具相比,机械钻速可提高29.8%,钻井成本可降低38万元。但存在实际工作排量达不到设计要求、安放位置不合理、自身压耗高、损坏MWD等精密仪器和耐冲蚀性偏差等问题,严重影响了水力振荡器的应用。为解决这些问题,需要对水力振荡器进行持续完善和改进。

边水凝析气藏高产井见水时间预测新模型

凝析气藏见水时间预测模型考虑反凝析作用,但忽略了高产井近井区域非达西效应的影响,造成见水时间预测产生偏差。针对该问题,运用气水两相渗流力学理论,综合考虑气相非达西效应和反凝析作用的影响,得到边水凝析气藏高产井见水时间预测新模型。研究结果表明:预测边水凝析气藏高产井见水时间需考虑气相非达西效应和反凝析作用的影响,两者均会导致气体流速增大,见水时间变早。将新模型应用于A气田S45、AT11-6H、AT11-4井和AT11-2井,其计算结果相对误差小于8%,相比常用计算模型,精度提高了18.10%~39.34%,计算结果与现场实际数据吻合度高。研究成果对深入分析反凝析作用和气相非达西效应对凝析气藏边水推进的影响,预测边水凝析气藏的见水时间有重要的指导意义。

塔中西部二叠系井壁失稳原因分析及对策

在塔中西部钻探过程中,多口井二叠系地层出现了不同程度的井壁失稳现象,严重影响了区块钻井时效和经济效益。对塔中西部二叠系地层泥岩黏土矿物组分、扫描电镜成像、泥岩理化性能及现场钻井液体系使用情况进行研究,认为二叠系地层井壁失稳的重要原因是钻井液体系的选择失误。对现场实际使用的4种钻井液体系防塌性能和常用的抑制剂组合的性能进行了评价,优选了满足塔中西部二叠系井壁稳定要求的KCL-聚合物钻井液推荐配方。

国内外连续管软件研究分析

针对国内目前连续管软件技术长期依赖进口,与国产设备配套性差,严重影响现场施工安全性和作业效率的问题,分析了连续管软件技术现状与国内外的差距所在。在进行大量文献调研的基础上,首先对国外NOV CTES公司的Cerberus软件的架构、基本功能和技术特点等进行了分析,并介绍了国内井下连续管力学分析软件、钻井水力参数计算软件和流体特性参数分析软件,然后对比分析了国内外连续管软件技术,并结合连续管软件编制所需模型的实际应用效果,论述了各种模型的适应性和选择依据,最后针对该技术的发展方向给出了相关建议:加快连续管软件数据库的结构设计速度;优化连续管软件的整体架构;研发配套的连续管检测监控系统。分析表明,国内连续管设计评估软件模块单一、尚无相关产品,严重制约了国内连续管技术的进一步发展。为了解决这一问题,需要对国内连续管软件技术进行持续改进,而研究内容对国内连续管软件技术的完善有一定的借鉴作用。

水平气井临界携液流量预测新方法

针对水平气井连续携液机理不清、临界携液流量计算误差较大等问题,基于水平气井连续携液的实验结果,首先对水平井筒中的液膜和中心气流进行受力分析,综合考虑液膜稳定存在和连续携液这两方面,建立了水平气井的临界携液流量预测新模型,并给出相应的修正因子。敏感性分析表明:在水平气井中,修正因子主要由油管内径、液相黏度和举升因子决定;随着油管内径与液相黏度的不断增大,临界携液流量也相应增大;而随着举升因子的增大,临界携液流量随之减小。实例研究表明:新模型的计算结果相对误差小于10%,比常用计算模型提高精度10. 5%~62. 8%;计算结果与现场实际数据吻合度更高,可用来准确预测水平气井的临界携液流量。新模型对提高水平气井的最终采收率具有指导作用。

连续管检测监控技术

目前国内连续管检测监控技术一直依赖进口,与国产设备配套性差,严重影响现场作业的安全性与作业效率,故加速连续管检测监控技术的国产化势在必行。在进行大量文献调研的基础上,首先介绍了国内外不同连续管检测监控技术的功能及其特点;并从作业参数实时采集系统、连续管在线检测系统、实时监控与处置系统和井下测控系统4个方面对比分析了国内外连续管检测监控技术,最后针对该技术的发展方向给出了建议:国内作业参数实时采集系统应实现数据的采集、显示和存储,并能规范管理数据;连续管在线检测系统需实现连续管缺陷、变形与壁厚减薄数据的采集、显示和存储,并能实现连续管缺陷的连续跟踪与分析;国内连续管软件技术应初步集成上述两方面,并建立可视化界面,实时监测作业过程并给出报警提示;井下测控系统方面应先加快相关基础技术的研究,再初步实现该系统的国产化。研究成果对国内连续管检测监控技术的完善和发展有一定的借鉴意义。

底水凝析气藏见水时间预测新方法

底水锥进在凝析气藏开采过程中广泛存在,目前常用的底水凝析气藏见水时间预测模型主要是基于常规气藏提出,现场应用困难。针对该问题,对凝析气藏水侵动态进行理论研究,基于气相水平径向流和半球形向心流相结合的底水锥进物理模型,以渗流理论为基础,综合考虑表皮效应、气相非达西效应和反凝析作用的影响,建立了水锥顶点的运动方程,结合相应的产能公式推导出底水凝析气藏见水时间预测模型。实例分析表明,凝析气藏开发过程较常规气藏更为复杂;利用模型预测的见水时间更接近实际;表皮效应、气相非达西效应和反凝析作用均会导致见水时间缩短;随着气层厚度增加,气井见水越晚,随着产气量增加,见水时间呈现出先快后慢的递减趋势。研究成果对深入分析表皮效应、气相非达西效应和反凝析作用对凝析气藏底水锥进的影响,预测底水凝析气藏的见水时间有一定的指导意义。

基于紊流条件下的气井临界携液流量计算模型

国内外大部分气田现场通常运用Turner模型与Li Min模型进行携液能力预测,但这2个模型的适用范围具有较大的限制性,均是基于直井和气相层流条件下的推导,没有考虑曳力系数和井斜角对携液能力的影响,将曳力系数视为常数,而紊流条件下雷诺数的不同对曳力系数的取值有较大影响,从而使模型的计算结果误差较大。针对这一问题,首先对定向井中的液滴进行了受力分析,然后对紊流条件下雷诺数与曳力系数的关系进行了非线性拟合,得出了基于气相紊流条件下定向井连续携液临界流量的预测新模型。现场实例计算分析表明:(1)新模型的计算结果相对误差小于10%,相比于常用的计算模型,精度提高了10.416%~66.125%;(2)计算结果与现场实际数据吻合度更高,可以准确预测紊流条件下气井连续携液临界流量。新模型对于提高现场气井的合理配产和最终采收率具有一定的指导作用。

考虑水平段长度与储层倾角的边水气藏见水时间预测新模型

目前,广泛应用于边水气藏见水时间的计算模型主要是基于直井且忽略储层倾角推导而来,未综合考虑水平井水平段长度与储层倾角对计算模型的影响,随着气藏开发中水平井应用的不断增多,地层复杂性不断增大,现有模型的计算结果必然误差较大。针对这一问题,基于流体力学和气水两相渗流理论,在考虑水平段长度、储层倾角等因素的情况下,利用水平井渗流模型得到压力场分布,通过舌进速度反演见水时间,推导出倾斜地层条件下边水气藏水平井见水时间预测新模型,并进行了敏感性分析。现场实例计算分析表明,新模型的计算结果相对误差小于10%,相比于常用计算模型,精度提高了20%~29%。敏感性分析表明,见水时间与水平段长度呈线性关系,水平段长度每增加10 m,见水时间增加230 d;见水时间与储层倾角基本属二次抛物线关系,储层倾角小于5°时影响并不显著,在储层倾角大于5°时见水时间增长迅速。研究成果对于边水气藏水平井的高效开发与合理配产具有一定的指导意义。

变电设备状态检修技术的探讨

长期以来的定期检修体制存在多种弊端,不能根据设备实际状况决定检修项目。叙述状态检修的必要性,介绍了状态检修的基本思想和主要技术支持,状态检修是根据先进的状态监测和分析诊断技术为基础的检修模式。最后,介绍了变电设备状态检修的应用。

中古151井二开PDC钻头泥包原因和对策分析

中古151井三叠系地层含有大段紫红色泥岩和褐色泥岩,水化严重,频繁发生钻头泥包,为此开展了钻头泥包原因分析。对泥岩黏土矿物组分、泥岩理化性能、现场清洁剂使用情况和浸泡时间进行了研究。认为该井三叠系泥包原因为紫红色泥岩泥质含量高,吸水性、膨胀性和分散性强,水化造浆严重,未及时加入钻井液清洁剂,钻井液浸泡时间长等。提出相应的措施:使用强抑制性KCl-聚合物钻井液体系,保证钻井液润滑性,在钻井液中适当加入清洁剂,降低钻井液失水,严格控制钻井液流变性及固相含量,并使用大排量泵和Ф127 mm-S 135大水眼钻杆提高钻头冲洗效率,严格控制起下钻并勤划眼,现场应用良好。

水力振荡器提速原理分析与现场试验

为了解决水平井段机械钻速低、底部钻具组合易损坏等问题,各大油田在钻井施工中采用了水力振荡器。为此开展了水力振荡器提速原理、基本结构与工作原理、从摩擦方式改变使刚度变化和振动叠加等方面进行了机理分析。在苏XX-20H井进行了现场试验,机械钻速高达5m/h,较未下入水力振荡器时滑动钻速提高79.21%,但其安放位置不当易导致井下精密仪器损坏。现场试验结果表明,水力振荡器可明显提高水平井段的机械钻速,工具面容易控制;为保护井下精密仪器不受损坏,工具应该安装在水平段距钻头1/2至1/3处。

加拿大白桦地致密气超长小井眼水平井优快钻井技术

钻井成本占非常规油气建井成本的40%~50%,降低钻井成本对节约建井成本、提高开发效益至关重要。文章深入介绍加拿大白桦地项目中深层优快钻井技术,为国内非常规油气水平井钻井降本增效提供技术参考。具体如下:采用二开井身结构,一开φ222.3mm井眼下φ177.8mm套管,二开φ159.0mm井眼下φ114.3mm套管,水平段长2200~3500m;采用批钻方式,重复利用钻井液,一开2h内开钻,二开1天内开钻;采用勺形井眼轨迹,考虑防碰、提速、降摩阻、减少靶前距增加储层动用面积,采用单弯螺杆+MWD控制轨迹,Compass软件进行防碰扫描,当分离系数小于1时,修正SAG、MAG误差影响,在保证井下安全的同时避免绕障;水平段采用油基钻井液、大扭矩螺杆、水力振荡器、52MPa钻井泵及地面管汇、控压工艺,同时配合高转速、大钻压钻进,大部分水平井水平段一趟钻,最高日进尺达到1152m,平均机械钻速为65.59m/h;根据井筒载荷分布、压裂时水锤效应,分段优选套管,节约成本;井眼轨迹从二开开始设计8°~13°造斜段、漂浮下套管工艺配合专用下套管装置,大幅降低摩阻,增加扶正器数量以保证固井质量,同时大幅提高下套管效率。通过不断优化改进,2017年后完钻14口井,平均井深为5687m,平均水平段长度为3182m,平均钻井周期为14.4天,与2014年之前的158口井相比,在水平段增加1332m的情况下,每米钻井成本降低33%。

塔中西部三叠系钻头泥包原因分析及对策

在塔中西部钻探过程中,多口井三叠系地层出现了钻头泥包现象,严重影响了区块机械钻速和经济效益。开展了三叠系钻头泥包原因分析,对塔中三叠系地层岩性、钻井参数、钻头选型、钻井液性能及现场钻井液体系使用情况等进行了研究。认为三叠系地层钻头泥包的重要原因是钻井液体系的选择失误和钻井液性能问题。对现场实际使用的4种钻井液体系的性能和常用的抑制剂组合的性能进行了评价,给出了满足塔中西部三叠系钻头泥包要求的KCl聚合物钻井液推荐配方。

基于AMESim的节流阀自动控制系统

针对压井过程中节流阀的自动化程度不高以及控制精度低的问题,基于节流阀自动控制系统对子元件的选型以及液压系统的控制关系,建立了流量-压力特性方程,并利用拉普拉斯变换和叠加原理得到了控制系统的传递函数数学模型,同时建立了节流阀的位移与节流压降的数学关系,并得到了节流压降与速度随开度的变化规律。以系统传递函数为依据,建立了节流阀自动控制系统,并对系统进行了仿真计算和稳定性分析。研究结果表明,所设计的节流阀自动控制系统具有较好的稳定性及快速性。该研究可以在一定程度上提升压井作业的自动化程度,使得压井作业变得更加安全与高效。

连续管速度管柱优化设计软件开发

目前我国尚无连续管速度管柱优化设计软件,而国外相关软件的计算模型过于陈旧,操作较为困难,功能不满足现场需求。鉴于此,以Visual Studio 2015为开发平台,结合国内气田现场的作业条件和前期计算模型的相关研究,自主开发出连续管速度管柱优化设计软件,并验证了其实用性。软件分为输入和输出2大功能模块,采用菜单框架结构,充分考虑气田现场技术人员需求,力求软件界面简洁,实际操作方便,功能模块齐全。依据所得参数,软件能对连续管速度管柱的下入时机、尺寸及全周期施工方案提供推荐。实例验证结果表明该软件能较好地实现预定功能。研究成果对气田现场的连续管速度管柱施工作业具有一定的指导意义。

连续管排水采气井两相流压降模型评价及优选

由于连续管的管径较小,不同气液比时两相管流的流速、流型和滑脱损失程度与常规管柱有较大差异,若用常规管柱气液两相流压降模型进行压力预测,误差较大。鉴于此,收集整理了121组不同管径连续管排水采气井的实测数据,对9种常用气液两相流的压降计算模型进行了评价和优选。分析结果表明:气液比小于918 m^3/m^3时,Govier-Aziz-Fogarasi模型的计算值与实测值最为接近,平均相对误差最小;气液比在918～1 698 m^3/m^3范围内,Hagedorn-Brown模型的计算值与实测值最为接近,平均相对误差最小;气液比大于1 698 m^3/m^3时,No-Slip模型的计算值与实测值最为接近,平均相对误差最小。研究结果可为提高连续管排水采气工艺设计与排液效果分析水平提供理论依据。

双梯度钻井分离器设计及其分离效率的研究

针对目前双梯度钻井中分离器的分离效率低的技术难题,设计了能够对空心球实现高效分离的过滤分离器。对过滤分离器的结构以及工作原理进行了介绍,基于分离器的结构,建立了工具的物理模型,依据给定的边界条件对其进行了强度校核,验证了工具的可靠性。根据工具的内部流场结构,建立了流体域物理模型,并结合多孔介质模型和欧拉多相流模型对分离器内部流场以及分离效率进行了研究,通过室内试验对分离效率进行了进一步的验证。验证结果表明,过滤分离器能够对空心球实现高效分离,其中最高分离效率可以达到98%,且过滤分离器的强度也满足安全需求。该研究突破了分离器分离效率不高的技术瓶颈,显著提升了注空心球双梯度钻井方式的可行性。

超声波高频旋冲钻井技术破岩机理研究

采用传统钻井技术钻进深部硬地层时机械钻速低,严重影响了深层和超深层油气的勘探开发进程,因此,将超声波破岩技术和传统旋转破岩技术相结合,提出了超声波高频旋冲破岩钻井技术,设计了可实现超声波高频旋冲钻井的超声波振动短节。基于岩石力学理论,分析了超声波高频旋冲破岩机理,并建立了高频冲击钻进模型。通过对高频冲击钻进数学模型进行无因次化数值分析,研究了高频冲击钻进的3个阶段,详细分析了钻压、频率和振幅对破岩效率的影响规律。研究发现:随着钻压和振幅增大,破岩效率随之提高;存在最优振动频率,在此振动频率下破岩效率最高。研究表明,超声波高频旋冲破岩钻井技术通过加快硬岩石疲劳损伤、减少钻头粘滑振动及合理利用共振能量3种方式提高深部硬地层的机械钻速。