基于梯度加权类激活热力图的卷积神经网络故障诊断模型鲁棒性分析

深度学习近年来在故障诊断领域受到广泛应用,但基于深度学习的故障诊断模型缺乏工程上的物理解释性,难以保证其故障诊断结果的稳定性。以轴承为例,建立了以小波时频图像为故障诊断依据的卷积神经网络模型(convolutional neural network,CNN),提出了一种基于梯度加权类激活热力图(gradient-weighted class activation map,Grad-CAM)的网络模型鲁棒性分析方法,并利用美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University,CWRU)轴承数据集进行验证。首先,将故障直径轴承数据以不同方式混合并训练大、小多个模型。其次,利用Grad-CAM方法,建立时频区域与故障模式之间的联系。最后,利用其他工况下的轴承故障数据,以及含噪数据进行测试,并根据结果结合模型最注重的时频区域进行分析。结果表明,基于深度学习的轴承故障诊断模型在参数较少时更加注重低频区域,并能使其具有更好的鲁棒性。

智能完井技术与装备的研究和现场试验

智能完井技术是一项集动态监测、实时控制与生产优化为一体的系统技术,在复杂结构井、油气藏复杂井和海上油气井的优化生产、控制开采、减少修井作业及提高采收率等方面具有显著的优势。在介绍智能完井技术的工作原理、装备结构和特点基础上,重点就研制的关键技术装备,包括井下多级液控遥控阀、穿越式封隔器、动态监测系统等进行了阐述。现场试验结果表明,研制的智能完井系统可以实现井下动态实时监测及各层段流量控制,井下液控阀可以实现遥控功能,多级调节流量的效果明显;光纤动态监测系统读取数据准确、稳定、可靠,满足现场要求;智能完井管柱顺利下井并投产,完井工艺通过了现场检验。

热采高温井多级滑片采油泵举升技术

针对热采高温井传统举升方式泵效低、系统耐温性能差等问题,设计了多级滑片采油泵,研发了配套举升系统,并进行了泵特性研究、现场试验和经济性分析。通过流体流向设计及多级泵串联设计,缩小了泵径向尺寸,降低了转速,提高了举升压差。建立了泵特性模型,并进行了室内实验,结果表明:多级滑片采油泵机械特性、水力特性稳定,空载和重载特性良好,系统效率和容积效率高。借鉴螺杆泵举升系统,使用驱动头驱动滑片采油泵,设计了包含油管、抽油杆、传动筒和锚定器的举升工艺管柱,研究了举升工艺。在5口井进行了现场试验,并与其他常用举升装置进行了能耗、耐温性能、投资等方面的对比,结果表明:多级滑片采油泵效率高、耐高温、投资小、适用性强。

遇油自膨胀封隔器的研究与应用

近年来,国内油田引进国外公司的遇油膨胀封隔器技术,取得较好应用效果。但是国外进口工具价格昂贵,影响了该技术的推广应用。为此,研制了遇油自膨胀封隔器。该封隔器可以随完井管柱一同下入井内,当封隔器到达指定位置后,橡胶在井筒内液体(原油)的浸泡下缓慢膨胀,直到紧紧地贴住井壁(裸眼壁或套管内壁),从而达到隔离井段的目的。该封隔器具有可靠性高、通径大、自动补偿环空间隙、现场作业简便等优点。试验与现场应用表明,遇油自膨胀封隔器可延长油气井的生产寿命,提高油气田采收率,降低开发成本,达到了设计要求。

DQ70BS交流变频顶部驱动钻井装置

在DQ60D、DQ60P直流电顶驱和DQ20Y液压顶驱的基础上,研制了DQ7OBS交流变 频顶部驱动钻井装置。该装置采用交流电动机变频驱动,变频调速,矢量控制;其整体式动力水 龙头采用2台电动机,2个逆变器和双编码器,实行一对一控制;管子处理装置采用环形背钳技 术;提升系统采用双载荷通道。投入现场使用的4台DQ70BS顶驱应用效果表明,该装置降低了 劳动强度,提高了生产效率,处理井下复杂情况的能力大大提高,同时降低了生产成本。

遇水自膨胀封隔器研制及在水平井中的应用

边底水侵入、油井含水上升过快是制约水平井高产稳产的主要因素,有效的分段隔离是解决问题的关键,需研究可靠性高、成本低、可适应裸眼环境的遇水自膨胀管外封隔器,以及在水平井中控水堵水的工艺。介绍了国外公司对遇水自膨胀封隔器的研究与应用进展。通过膨胀机理试验研究和封隔器地面台架试验,开发出国产遇水自膨胀封隔器,并在油田成功进行了现场试验。试验结果表明,该封隔器各项指标达到设计要求,完全满足常规完井与控水工艺需求。

DQ-60型顶部驱动钻井装置中的液压系统

液压系统是ＤＱ－６０ 型顶驱装置的重要组成部分，文章介绍了该系统的设计要求、工作原理及其特点。经工业应用表明，该系统满足石油钻井工艺要求，具有性能可靠、维修方便、防污染能力强等特点。

一种经济实用的新阀——差动阀

差动阀是一种从差动回路转换成一般回路的元件，既能实现一般差动回路在液压缸空行程时的快速进给，也能在工作段时按非差动回路状态工作，满足液压缸推进力的要求。

采用顶驱钻井作业 提高工作的安全性

简述了DQ70BS顶驱的结构、工作原理和技术特点。现场应用表明,采用顶驱作业有利于提高钻井作业效率,减少事故,提高工作的安全性。

投球滑套分段压裂用可分解压裂球

研制了适用于多级投球滑套分段压裂的可分解压裂球,分析了可分解压裂球材料的分解特性及力学性能,并对可分解压裂球进行了地面承压试验及现场应用。可分解材料是1种镁合金,密度在1.8-2.0g/cm^3。实验研究表明：可分解材料在氯化钾溶液中可自行分解,分解速率随温度升高而加快,但在胍胶压裂液中分解缓慢;可分解材料抗压强度达到360MPa,变形量达到约20%时发生断裂,断口具有韧脆混合断裂特征。地面承压试验结果表明：压裂球在80℃下能够承压70MPa,保压4h效果良好,且压裂球与球座间密封性能良好。现场应用结果表明：可分解压裂球在压裂过程中性能良好,压裂完成后可自行分解,避免了因返排压裂球产生的作业风险,节省了作业成本和时间。

橡胶基增强型热致形状记忆复合材料体系

开发了橡胶基增强型热致形状记忆复合材料体系PE-NBR,评价了其性能并与传统形状记忆聚合物进行对比,建立了适用于该体系的本构模型,采用该体系制作了封隔器胶筒并进行了数值模拟和实验研究。将聚烯烃作为形状记忆相,填充有增强颗粒的橡胶弹性体作为改性增强相,制成具有形状记忆效应的功能性复合材料体系。体系拉伸强度达14.3 MPa,硬度达71,形状恢复率95%,优于传统形状记忆聚合物。体系中聚烯烃比例在20%-90%可调,弹性体比例在10%-70%可调。建立了基于细观力学、兼顾材料宏观性能的橡塑共混体系本构模型,可满足大变形、温度相关、非线性复合材料的分析要求。基于PE-NBR体系的形状记忆封隔器胶筒稳定承压不低于10 MPa,接触压力最大值出现在距胶筒端面约60 mm处,可满足应用要求。

我国封隔器技术的发展与应用

对国产封隔器产品及技术进行了综述,包括一般封隔器和金属封隔器。归纳了封隔器性能试验及监测设备,总结了封隔器作业工艺参数计算和相关产品组件的数值模拟工作,列举了封隔器常见问题及解决方法,最后提出封隔器产品开发和应用的8项建议。

水平井控水完井管柱的研究与应用

冀东油田早期多采用常规复合绕丝筛管完井方式对水平井进行开发,该完井方式单一,没有采取有效的水平井分段措施,笼统采油,最终导致水平井段过早水淹或报废。为此,研究了水平井控水完井管柱。该完井管柱采用调流控水筛管进行油层防砂,先期控水,保证各段出水均匀,能够延缓底水的锥进,延长水平井的采油寿命;利用遇油自膨胀封隔器对水平井段进行有效分隔,完井工艺简单,方便后期的分段作业;套管阀有效解决了防砂管与裸眼井壁间环空的洗井问题,保证了油层的解堵和顺利生产。冀东油田2口井的应用情况表明,用调流控水筛管防砂完井的井产油量明显高于用复合绕丝筛管完井的井,起到了很好的控水作用。

投捞一体式柱塞气举系统的研发

清除井筒积液是维持气井正常生产的重要措施。目前柱塞气举井的生产更多依赖人工控制,井下监测还在采用传统的电缆测井工艺,生产效率不高。为此,提出一种分体式柱塞工具设计方案及利用柱塞进行仪器投捞的测井工艺方法。该技术可根据现场需求,利用柱塞的往复运动将测量仪器安全的放置于井底,在测量任务完成后将存储数据的仪器携带至地面,在井口通过近场无线通信的方式实现与地面采集设备之间的数据自动交换。新型柱塞工具的主要组成部件包括柱塞本体、投送总成、打捞总成和仪器工作筒总成。地面配套设备的主要部件包括井口通信天线和读写器。基于投捞一体式柱塞工具的排液采气工艺可完成井筒生产参数的在线测量任务,包括常规温度压力测量、井筒流体采样、压力恢复测试等。目前,该系统已完成总体方案设计和工程设计,正在开展样机试制和地面试验。该工具将为提高低压低产气井的单井产量和实现稳产提供一种兼具排液采气和动态监测功能的技术手段,对气田生产逐步实现自动化管理具有重要意义。

连续管水平井找堵水技术的研究与应用

水平井常规的找堵水方法难以适应复杂的井况,存在较大的风险。为此,研究了连续管水平井找堵水作业技术——井下开关滑阀及配套的连续管传送井下控制工具。该技术通过下入连续管开关工具管柱,采用机械方式打开或关闭开关阀实现不同层段的分段开采,达到找水和开采低含水层段的目的。使用连续管开关工具换层试采,对应开关阀状态明确,可多次重复开关,多段分采。将连续管水平井找堵水作业技术在冀东油田G104-5P79井应用后,该井动液面1 464m,日产液由152.6 t降至16.5 t,日产油由2 t升至4.8 t,含水质量分数由98.7%降至70.9%,收到较好的应用效果。

智能井智能优化开采系统软件开发

为提高我国智能井研究与应用水平,结合雷64-34-22井的实际生产状况,设计完成智能井的关键部分——智能优化开采软件系统,实现数据的记录、存储、分析和优化开采等功能。该软件系统将理论合理产量和实际合理产量相结合,以降低含水率、提高产油量为原则,确定油井的最终合理产量,实现油井的智能优化开采。现场应用结果表明,该系统运行安全可靠,采用该系统进行生产,雷64-34-22井采收率提高10.5%,具有良好的经济效益。

水平井筛管完井找堵水工艺技术研究

解决水平井的找、堵水问题,已成为冀东油田水平井后期开发的首要问题。根据冀东油田水平井完井特点,研发出水平井筛管完井找堵水工艺技术。该找堵水工艺技术的基本原理是将找堵水管柱下入油井筛管内,采用封隔器对油藏进行有效分段和找堵水开关的打开、关闭操作,实现对各油层找堵水作业。现场应用情况表明,水平井筛管完井找堵水工艺管柱结构简单,操作方便,调层准确可靠,能够满足筛管完井水平井找堵水的需要。

智能完井技术测试与控制系统设计

智能完井技术是数字化智能化油藏开采的一项新技术,测控系统是其核心。对智能完井测控系统的硬件系统和软件系统进行了设计,通过井下温度和压力传感器采集温度和压力数据,利用温度、压力与流量的关系对井下每个层位的流量进行计算,开发了一套智能优化开采系统,对井下生产数据进行实时监测和分析,利用油藏优化开采理论,确定优化开采方案,自动控制井下各油层流量控制阀套,实现油井的优化开采。现场试验表明,该套智能完井测控系统可以实现油井的智能优化开采。

遇油\遇水自膨胀封隔器在水平井完井中的应用

遇油\遇水自膨胀封隔器是一种新型的完井工具。利用自膨胀封隔器代替常规封隔器进行水平井完井,可以提高完井效率,降低完井风险,减少完井费用。介绍了自膨胀封隔器在水平井裸眼分段、固井辅助密封、多分支井完井3个方面的应用,并说明了该完井技术的工艺特点和技术优势。经多次现场试验,遇油\遇水自膨胀封隔器完井技术是成功的,对我国复杂油气藏的有效开采具有重要意义。

中国智能完井技术发展的机遇与挑战

通过对智能完井技术的特点、结构组成及用途进行阐述,结合我国油气田开发的现状,从技术、油藏条件、成本等角度对我国发展智能完井技术的机遇和问题进行分析,指出智能井技术符合我国当前油气生产发展的趋势,我国应在引进国际先进技术的同时,自主研制智能井的关键部件,为智能井在我国广泛应用奠定基础。