稠油热采井射孔孔眼应力分析及影响因素

针对稠油热采井生产过程中,射孔井段套管频繁出现损伤断裂的问题,基于弹塑性和热力学理论,采用有限元方法建立注汽—焖井—生产过程射孔套管有限元热力学耦合模型,对各阶段射孔套管应力分布特征进行研究,并开展不同射孔参数下射孔套管强度影响规律分析。研究表明:生产过程中射孔孔眼位置出现明显应力集中现象,在温差及内外压差等共同作用下,注采前期套管应力最大可达498.16 MPa,并逐渐产生塑性失效现象,当注采作业完成时,套管塑性失效现象最严重;随着射孔相位角增大,射孔密度对Mises应力值的影响逐渐减小,而套管孔眼最大应力与射孔相位角成反比关系。该研究对延长稠油热采井射孔套管使用年限和保障正常生产作业具有十分重要的意义。

超深井套管卡瓦效应的拉伸极限载荷理论计算

针对新疆某油田超深井井口套管悬重过大,造成卡瓦牙对套管外壁齿入损伤,且累计损伤导致卡瓦悬挂器套管断裂失效的事故频繁,提出了“卡瓦效应的拉伸极限载荷”来评价井口卡瓦悬挂器夹持部分套管的强度设计,具体为基于第三强度理论和第四强度理论,分别建立了井口卡瓦悬挂器夹持套管的“卡瓦效应拉伸极限载荷”计算模型。计算结果表明,从安全角度评价套管强度,采用第三强度理论计算卡瓦悬挂器套管的卡瓦效应拉伸极限载荷更合理,但为更充分利用材料的力学性能,应采用第四强度理论进行评价,还得到在四通有限空间内,可以保证有较大的卡瓦效应拉伸极限载荷的最佳卡瓦半锥角为23°~25°,最佳卡瓦有效接触长度为135~145 mm。研究方法和结果将为卡瓦悬挂器井口套管的强度设计、各种安全施工作业等提供理论依据。

金龙2井区含蜡原油结蜡微观机理及预测模型

采用分子动力学方法研究了含蜡原油结蜡的微观机理,通过实例优选了结蜡预测模型,根据含水率对结蜡量的影响对预测模型进行修正,并提出考虑原有结蜡厚度对后续结蜡影响的计算流程。实验结果表明,初始蜡分子先在原油中分散,后在非晶细胞盒子中聚集形成蜡晶,随着温度升高径向分布函数峰值降低,蜡分子分布从紧密聚集向分散转变;修正后的结蜡预测模型计算误差仅为4%,随着含水率的增高结蜡厚度减小,随生产时间的延长结蜡厚度增加缓慢。修正后的结蜡预测模型能准确预测金龙2井区清蜡周期,可为现场清防蜡工艺提供理论指导。

页岩油水平井上提下放过程中套管力学特征分析

为了提高页岩油水平井套管下入能力,上提下放技术已成为套管下放作业中必不可少的一环。然而,在多次上提下放过程中,井筒套管普遍出现断裂失效行为。以某口页岩油水平井实际套管下放作业为基础,结合弹塑性理论,采用有限元软件建立全井段套管上提下放动力学模型,分别对单次以及多次作业过程中井筒套管轴向力、摩阻以及Mises应力分布状态开展研究。研究发现:在上提下放过程中,套管累积弹性能在上提阶段得到一定释放,在下放阶段重新累积;单次上提下放作业后,井筒套管Mises应力、下放摩阻及轴向力相较作业前明显下降,套管的下入能力得到一定提升;短时间内多次上提下放过程中,随着局部位置套管的弹性能快速累积释放,部分位置套管在摩阻作用下始终处于累积状态,最终导致局部套管屈曲行为进一步加剧。开展套管上提下放过程中的力学行为研究以及风险分析,可为页岩油水平井套管高效安全下入提供指导。

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明:空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接φ279.4 mm钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施。

Regulating crystal phase of TiO_(2) to enhance catalytic activity of Ni/TiO_(2) for solar-driven dry reforming of methane

Ni/TiO_(2) catalyst is widely employed for photo-driven DRM reaction while the influence of crystal structure of TiO_(2) remains unclear.In this work,the rutile/anatase ratio in supports was successfully controlled by varying the calcination temperature of anatase-TiO_(2).Structural characterizations revealed that a distinct TiO_(x) coating on the Ni nanoparticles(NPs)was evident for Ni/TiO_(2)-700 catalyst due to strong metal-support interaction.It is observed that the TiOx overlayer gradually disappeared as the ratio of rutile/anatase increased,thereby enhancing the exposure of Ni active sites.The exposed Ni sites enhanced visible light absorption and boosted the dissociation capability of CH4,which led to the much elevated catalytic activity for Ni/TiO_(2)-950 in which rutile dominated.Therefore,the catalytic activity of solar-driven DRM reaction was significantly influenced by the rutile/anatase ratio.Ni/TiO_(2)-950,characterized by a predominant rutile phase,exhibited the highest DRM reactivity,with remarkable H_(2) and CO production rates reaching as high as 87.4 and 220.2 mmol/(g·h),respectively.These rates were approximately 257 and 130 times higher,respectively,compared to those obtained on Ni/TiO_(2)-700 with anatase.This study suggests that the optimization of crystal structure of TiO_(2) support can effectively enhance the performance of photothermal DRM reaction.

空气钻井中动态破岩有限元仿真研究

空气钻井技术是以空气作为循环介质的欠平衡钻井技术,其钻头的破岩形式与常规泥浆钻井有很大的区别。在岩石力学和弹塑性力学的基础上,考虑岩石材料的各项异性、地层倾角、钻头与岩石间摩擦因数等影响因素,采用有限元方法建立空气钻井中全尺寸PDC钻头动态破岩的非线性动力学三维模型。通过对空气钻井中岩石的破坏机制和钻头动态破岩过程的研究以及对破岩后形成井眼、井壁和井底岩石应力应变的分析。结果表明:井底岩石受到较大拉应力的作用,使得空气钻井中破岩速度更快;干燥空气钻成的井眼井壁稳定性较好,但是一旦发生井壁不稳定性,井壁岩石将成块掉落。最后通过对钻头上随时间变化的位移分析,得到钻进各向异性地层岩石的井斜和方位的变化规律。本模型为空气钻井的破岩机制、井斜变化规律以及井壁稳定性研究提供一种新的方法,为钻头和钻具设备的研制、优化设计提供理论依据。

气体钻井中气体携岩对钻杆的冲蚀机理研究

气体钻井中气体携岩冲蚀钻杆是引起钻杆快速失效的主要原因之一。基于此,文中采用计算流体动力学（CFD）方法建立了圆形规则井眼、钻杆居中情况下的高速气体携岩冲蚀钻杆的两相流模型。通过对环空气体流场、钻杆表面冲蚀速度和岩屑颗粒对钻杆的冲蚀过程及其运动轨迹的分析后发现,与钻杆接头斜坡碰撞的岩屑颗粒对钻杆有冲蚀作用,最大冲蚀速度发生在钻杆接头斜坡面上,其次在公接头以上0.2～1.8m长度范围内的钻杆本体表面上。这些区域可能形成严重的冲蚀坑,也可能出现微裂纹,在受到钻井过程中的弯、扭、拉等动载荷联合作用下可能发生裂纹扩展、失效现象。

应用XFEM模拟研究钻杆裂纹扩展过程

钻杆裂纹扩展是一个典型的不连续问题,采用常规有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟,而扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析断裂问题的一种有效方法。在介绍了扩展有限元法的基本原理的基础上,建立了基于XFEM的含不同深度初始裂纹的5in钻杆在拉力和扭矩共同作用下的裂纹扩展模型。通过钻杆裂纹扩展过程的分析后发现,钻杆的初始裂纹深度小于1mm时,裂纹不易扩展,但初始裂纹深度超过2mm时裂纹会在相对较低的外载荷下扩展,且扩展面较大并与初始裂纹面存在一定夹角,最终造成钻杆断裂失效。通过对钻杆裂纹的扩展过程仿真模拟,展示了XFEM在钻具断裂失效分析方面的独特优势,并为这方面的研究提供了一种新方法。

水力压裂诱发断层滑移对套管的剪切作用研究

国内某平台出现的压裂过程中的套管变形损坏问题频发,现场蚂蚁体测试结果显示该区块储层天然裂缝及断层发育,因此推断水力压裂诱发断层激活滑移导致套管受剪切变形。首先建立了包含上部盖层、含有断层的储层以及下部隔层的断层滑移地质力学模型,对断层面间相互作用关系进行推导,运用黏聚接触方法对其进行表征,模拟计算了压裂液进入断层后断层激活滑移的距离。随后建立了含有断层的三维水平井套管—水泥环—地层力学耦合模型,计算分析了压裂诱发的断层滑移量及其对套管所受外载荷、应力及变形的影响。结果表明,水力压裂流体进入后降低了断层胶结物胶结强度与断层面摩擦强度,使得断层系统力学平衡被破坏,导致断层激活滑移;断层滑移的剪切作用会给穿越断层的套管施加强度高且非均匀性强的外载荷,造成套管变形失效。研究验证了现场对于套管变形是由于压裂流体激活天然裂缝及断层滑移剪切套管所致的猜想,并提出了相应的预防措施,对现场实际作业具有一定的指导意义。

气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题,不可能得到比较完美的解析解,如果采用室内试验或者现场试验研究,其成本又会很高且很难实现。因此,在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上,以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据,采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型,并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型,对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果,得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异。为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法,对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义。

空气钻井井斜问题与地层倾角的规律探讨

由于可以有效的保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优点使得空气钻井得到迅速发展,然而在一些地层的钻进过程中,使用空气钻井时出现了在钻井液钻井时不会出现的井斜问题。针对这一问题,采用弹塑性有限元法建立了空气钻井和钻井液钻井中井筒在不同地层倾角情况下的高度非线性力学分析模型,重点从岩石力学的角度分析和探讨了空气钻井中井筒岩石的应力分布、破岩趋势以及井斜与地层倾角的变化关系,得到了空气钻井的井斜规律;同时与钻井液钻井进行了比较,证明了空气钻井比钻井液钻井更易发生井斜的观点。

ZnO微纳米球的生长机制

ZnO micro-nano spheres covered with ZnO nanowires were synthesized at 650 ℃ without using cataly-sts. Characterizations of the products by TEM, SEM, XRD, SAED and EDS showed that the ZnO nanowires were of high purity and single-crystalline with hexagonal wurtzite structure. The diameter of ZnO nanowires ranges from 60 to 200 nm and the length is longer than 10 μm. The size of the ZnO micro-nano spheres ranges from hundreds of nanometers to tens of microns. At the same time, the growth mechanism of ZnO micro-nano spheres is discussed.

连续油管正弦屈曲载荷新公式及有限元模拟

在假设连续油管入井后的初始形态为正弦形态的基础上,利用最小势能原理,由基本的能量公式推导出在斜直井中连续油管最终为正弦屈曲形态的屈曲载荷新公式。利用有限元软件建立了连续油管入井过程的非线性动力学模型,通过模拟连续油管入井过程中应力-应变和入井后无外力作用时的井内连续油管的残余应变和残余应力,以及连续油管入井后的变形形态,得出连续油管入井后的初始形态为正弦形态的结论,验证了基本假设和推导公式的正确性。

Φ133 mm连续循环阀的研制与应用

在大尺寸连续循环阀研发的基础上研制了外径为133 mm的连续循环阀,通过数值模拟方法评价了连续循环阀本体、旁通阀应力分布特点,分析了旁通循环时的内部流场分布规律,确保了工具的强度安全。研制的样机通过拉扭试验和密封性能测试,开展现场试验并取得了成功,工具整体设计性能达到了预期目的,为小井眼连续循环钻井技术的应用提供了可靠的工具。

三维复杂井眼上提冲放套管屈曲摩阻模拟研究

针对复杂井身结构、复杂井眼轨迹和井径变化导致的套管下放困难甚至不能到达预期井深的问题,开展了三维复杂井眼上提冲放套管屈曲摩阻研究。在螺旋屈曲套管附加摩阻理论的基础上,利用有限元分析,以H井实际工况参数建立三维复杂井眼套管"上提冲放"作业过程的有限元模型。利用该模型对全井段套管受力及屈曲变形情况进行了分析,结果表明,H井直井段套管在冲放瞬间及自由稳定后所受的轴向力大于其螺旋屈曲临界载荷,从2000 m井深至造斜点之间井段发生了严重的螺旋屈曲变形,套管螺旋屈曲附加摩阻太大而自锁,下部套管无法传递动力出现下放困难。该类三维复杂井眼套管下放困难机理对复杂井眼套管柱屈曲形态损伤及其失效研究具有重要意义。

氮气钻井圆弯管排放流量效率预测研究

在氮气钻井中,当钻遇高压高产气层,圆弯管的排放流量效率直接关系到整个钻井过程中的作业施工安全,而现场技术人员很难用试验来验证圆弯管的最大排放流量效率。针对上述问题,在计算流体动力学理论基础上,针对现场布局建立10寸圆弯管CFD模型,重点研究流量从20×10~4m^3/d突然增加到300×10~4m^3/d或500×10~4m^3/d时的流体在圆弯管中的流动状态,根据圆弯管内压以及管线所受的瞬时冲击作用力来预测圆弯管的最大排放流量效率。研究结果表明,圆弯管所受瞬时冲击力造成的轴向应力远远小于钢材强度240MPa,不会对圆弯管造成失效。而圆弯管承受的内压由于排放量的增加而逼近圆弯管的承压极限4MPa,预测得出此类排砂管线布局的圆弯管极限排放流量效率约500×10~4m^3/d。上述预测可对现场生产提供理论指导,保证氮气钻井安全。

论刑事再审理由的解释

对冤错案件的纠正需要通过刑事再审程序,而符合再审理由又是启动再审程序的前提。无方法论指导的任意解释再审理由,导致实践中冤错案件不能及时纠正等诸多问题。再审理由对法律颁行后的生效裁判和颁行前的生效裁判均适用,该特点决定了需依据多种解释方法对再审理由进行解释,平衡其中保障人权、惩罚犯罪、维护法的安定性等多元目的。原判事实"确有错误"、非法证据应予排除及程序违法等再审理由应在实践中进行不同程度的限缩或扩张解释,这是司法实践的必需也是再审理由得以践行的前提。

锻铣工具活塞力在套管锻铣中的作用分析

为了优化套管锻铣工具结构,对活塞及刀体等核心机构的作用力传递关系进行充分分析,采用理论计算及有限元仿真两种计算方法,建立了活塞推力与单翼刀体和套管之间接触力的定量关系公式,并分析了活塞推力对套管局部屈服的影响。结果表明,随着活塞上的压力不断增加,接触反力和施加的活塞推力是线性关系,两者比值约为1:3,并且活塞推力对套管材料局部屈服的影响并不明显,在套管锻铣工具设计中,优先选择合适的节流喷嘴,使产生的活塞载荷能够确保工具在套管上不打滑即可,然后在转矩和钻压作用下,刀体就可切削套管。该研究为套管锻铣工具后续节流喷嘴尺寸的选择、工具施工参数的优选提供了理论依据。

被告人口供的证明力问题研究

被告人口供是法律规定的一种证据形式,实践中对案件事实具有极强的证明力。我国司法机关通过司法解释的形式完善了对刑讯逼供等非法手段获取口供的排除规则。然而,目前的非法口供排除规则仅能从形式上排除非法口供,非法口供实质上已经通过庭前案卷移送预先进入审判者的视线,并最终对案件事实的认定发挥重要作用。因此有必要对口供的证明力进行研究,分析口供证明力的发生机制,提出阻断非法口供证明力的具体建议。