我国油气工程技术装备智能化和智能制造的探索与实践

经过数十年发展,我国油气工程技术装备整体水平步入国际先进行列,实现了从初期的机械化到自动化和信息化,以及目前部分数字化与智能化的跨越。分析和描述了万米特深井钻机、“一键式”自动化钻机、智能钻井系统、5G加持的压裂机组、自动化连续管装备、连续管作业智能支持中心、智能导向钻井控制系统、万米自动化顶驱、智能钻杆等国内典型油气工程技术装备的关键技术特征和智能化水平。认为国内油气工程技术装备的智能化依然以第一代“自动化”、第二代“数字化+网络化”为主,要全面实现第三代智能化,任重道远。论述了智能制造的内涵、国内油气工程技术装备智能制造的发展概况,认为国内油气工程技术装备的智能制造取得了长足进步,尤其是在应用层面已经跟上了全球发展步伐,在某些方面形成了中国特色。以连续管作业装备为制造对象,构建了“基于工业互联网的连续管装备智能制造整体解决框架”,剖析了智能工厂、制造知识、精益生产、智能装备、工业软件等关键要素。研究结果可为全面实现油气工程技术装备智能制造提供参考。

油水旋流分离器流场模拟分析与研究

采用流场模拟方法研究了油水混合物在旋流分离器中的流动状况,湍流模型采用多相流中湍流Reynold应力输运方程模型(DSM),基本方程的离散和求解采用SIMPLEC算法。利用计算流体动力学(CFD)分析程序,对油水旋流分离器进行了计算与分析。结果表明:模拟流场的特征与理论描述和物理实验所得到的特征一致,并定量分析了流量对压降、流体粒径对分离效率的影响及其应对措施。所用方法为深入揭示旋流分离器中油水的分离规律提供了有效手段,可用于预测和分析旋流分离器的分离性能,结构优化及揭示特性参数影响旋流分离器性能的规律。

CT38连续管作业车研制与应用

面对我国日益繁重艰巨的油气勘探开发生产任务和与日俱增的水平井改造及后期作业问题,连续管技术和装备所具有的独特优势得到了进一步认识,对连续管技术与装备的需求迅速扩张。依托国家863计划的重点课题,攻克了整机动力系统设计与优化、整机电-液系统集中控制、注入头与滚筒协同动作、注入头夹持机构与夹持块表面特殊处理工艺、注入头起下时的载荷自适应控制等关键技术,成功研制了拥有自主知识产权的国内首台连续管作业机。现场试验表明,整机各项指标达到设计要求,运行安全平稳,防喷系统在高套压工况下的动密封性能符合现场要求,可以实施带压作业,整机越野性能和移运能力经受了泥泞道路和井场恶劣条件的严峻考验,并取得了良好的增产效果。

连续管水力喷射压裂机理与试验研究

面对我国日益增加的"多井低产"问题,连续管水力喷射压裂技术作为一项能够有效提高单井产量的新技术而备受关注。依托国家863计划的重点课题,探索了连续管水力喷射压裂机理;基于孔内压力分布的数值模拟,验证了水力射流射入孔内的增压作用与水力封隔作用导致孔内压力升高的作用机理,分析了主要参数对孔内压力分布的影响;以连续管管径为重要特征参数,提出了连续管水力喷射压裂3种作业方式。基于试验研究,验证了连续管水力喷射压裂机理和数值模拟计算结果,认为在相同喷嘴压降下,孔内压力随着围压增加近似于呈线性增大;在井眼垂深较大、地层破裂压力较高时,推荐使用高一些的喷嘴压降,以获得更好的增压作用与水力封隔效果;对于连续管水力喷射压裂,通常采用管径不小于50·8mm(2英寸)的连续管。

螺旋式油水分离装置分离行为仿真研究

提出一种螺旋形流道的新型油水分离装置。应用计算流体动力学(CFD)理论,建立了截面为等腰梯形的7圈圆柱螺旋+6圈圆锥螺旋组合而成的仿真模型,并对该装置进行了流道内流场仿真计算。对多种不同截面形状流道的分析比较表明,该装置能用于油井采出液的油水分离,具有结构简单,操作压力低的特点,且梯形截面流道的分离性能优于其它截面形式流道。

海洋修井机改造成钻调整井钻机的可行性研究

在保持原有修井作业功能的前提下， 将海洋修井机有效地改造成可钻多底水平调整井的钻机， 可节约大量投资。以南海某油田Ａ、Ｂ 两平台上的Ｋ６００ 型海洋修井机为例， 通过对提升能力及主要载荷系统、固控系统、钻井泵机泵组、修井机主机改造等方面的计算、校核和分析后得出结论： 将Ｋ６００ 型海洋修井机改造成可钻多底水平调整井的钻机是切实可行的， 而且对其它海洋修井机的改造也具有普遍指导意义。经５ 口井开窗侧钻的使用表明， Ｋ６００ 型海洋修井机的改造十分成功， 完全达到预期的目标。

海洋油井测试系统及国产化研究的思考

海洋油井测试系统主要由平台综合控制系统、海底油井控制系统和井下测试仪器及工具三大部分组成， 其关键技术涉及诸多高技术学科。通过分析国外典型海洋油井测试系统的特点、组成及主要零部件的工作原理， 归纳所涉及的关键技术， 认为我国完全应该也有能力研究和发展自己的海洋油井测试技术。提出可行的技术路线是立足国内， 学习和借鉴国外先进技术， 部分采用国外的特殊材料和先进元器件， 加强相关学科和领域的密切合作， 努力协同攻关。

连续油管技术与装备发展综述

自世界上第一台连续油管作业机问世至今,连续油管作业技术与装备已经过了40多年的发展历程,以其占地面积小、作业成本低、搬迁安装方便、保护油层、增加油井产量和使用范围广等诸多不可比拟的优势,得到迅速发展,并广泛应用于钻井、完井、试油、采油、修井和集输等各个作业领域。实践表明,连续油管作业技术与装备是一项具有巨大潜力和生命力的实用性技术。目前,该项技术的应用日趋活跃,备受关注。在总结连续油管作业技术与装备的发展现状和展示其发展趋势的基础上,客观地分析了国内连续油管技术与装备的应用与研究现状,提出相应的发展对策。

连续管钻井技术与装备

国外技术发展和应用实践表明,连续管钻井技术将成为利用钻井工程技术提高油气采收率的重要手段。研究总结了连续管钻井技术的系统构成和技术特点,认为此项技术的最佳应用点是应用欠平衡工艺实施老井加深和过油管侧钻。分析归纳了连续管钻机的典型结构型式,认为连续管钻机的种类繁多,个性化特征鲜明,完全采用连续管钻井技术钻新井,钻深会受到很大限制。研究分析了连续管钻井工艺过程,提出了实施连续管钻井工程项目的基本程序,认为采用连续管钻井技术和欠平衡工艺进行老井重入加深、老井重入钻水平井和过油管侧钻将在油田增产、难动用储量开采、利用现有井筒低成本开采深部储层、提高最终采收率等方面发挥积极作用。

海洋采油平台可钻调整井钻井装备研制及应用

利用已有的采油平台和平台上的相关设备,研究开发出经济、高效、可靠的可钻调整井钻井装备和相关配套技术。基于力学分析方法完成了可行性技术研究。采用计算机辅助设计方法完成了设备的总体结构设计,运用三维设计和控制理论完成了新型固控系统设计和转盘反扭矩控制系统设计,应用优化设计方法完成了管汇空间布置与优化设计。新方法予以有效实施,取得较好的应用效果和经济效益。

纳米技术在石油领域的独特应用与前景展望

纳米技术的出现是材料科学领域的典型代表与结晶。从石油炼制、石油钻井、井下传感装置与成像系统、天然气开采、提高原油采收率以及油田污水处理等6个方面介绍了纳米技术在石油领域中的独特应用,同时展望了纳米技术今后在石油化工领域大规模应用的可能性与发展前景。最后指出纳米技术需要进一步攻关解决的主要问题。

JZ—CIMS工程CAD子系统的规划

三牙轮钻头ＣＡＤ子系统是ＪＺ－ＣＩＭＳ工程不可缺少的重要组成部分，对它进行研究既有利于整个ＪＺ－ＣＩＭＳ工程的集成，又有利于提高三牙轮钻头的设计水平。文中从三牙轮钻头的方案设计、几何设计和结构设计三个方面介绍了ＪＺ－ＣＩＭＳ工程ＣＡＤ子系统的研究内涵。随着对钻井工艺的不断认识和对有关三牙轮钻头作深层次的机理研究，三牙轮钻头ＣＡＤ子系统将进一步得到充实和完善。

雷诺应力模型对旋流器内流场的数值模拟

深入研究了液-液水力旋流器的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法,用计算流体动力学(CFD)的数值方法,采用雷诺应力(RSM)模型对油水分离旋流器的内部流场进行了数值模拟。分析了旋流器内部的体积浓度分布,压力分布,以及切向、轴向和径向速度分布的规律,揭示了油水两相流的分离特性。并且在不同流量下,计算出了旋流器的流量-效率曲线,计算结果与实验数据吻合较好,从而说明该湍流模型和数值算法的可靠性,同时也为进一步研究水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供了一条有效的途径。

单锥式油水分离旋流器内流场的数值模拟

为了研究水力旋流器用于油水分离的复杂情况,使用FLUENT软件中的多相流欧拉分析方法,结合雷诺应力湍流模型对单锥式旋流器的内部流场进行了数值模拟.分析了旋流器内部的体积浓度分布、压力分布,以及切向、轴向和径向速度分布的规律,揭示了油水两相流的分离特性.在不同流量下,计算出了旋流器的流量-效率曲线,计算结果与实验数据吻合较好,从而证明了该湍流模型和数值算法的可靠性.

油水旋流分离器入口结构优化研究

采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法,对涡线形曲面入口、阿基米德螺旋线形入口等9种油水旋流分离器入口结构形式的内流场和分离特性进行了试验研究,得出比较理想的4种优化入口结构形式。进一步的优化设计和性能试验表明,阿基米德螺旋线是一种较好的入口结构形式,采用这种入口结构形式优化设计的油水旋流分离器试验研究结果表明,阿基米德螺旋线和旋流腔之间实现了平滑过渡,从而得到较稳定的流场和较高的分离效率。

人工举升最新技术综述(Ⅱ)

介绍了美国WoodGroup等公司近年来对于电动潜油泵和其他人工举升作业的井下或地面系统开发的 15项新技术 ,包括井下油水分离器、电动潜油泵马达的控制与保护、变速驱动装置、改进马达的设计、运行寿命模拟仿真装置、电动潜油泵设计软件、电动潜油泵采油井的远程控制、动力系统监测、冲击控制与试验、螺杆泵和气举的监控与优化、变速控制器、现场数据采集系统、变频驱动系统谐波滤波器总成、水气交替注入控制、油井液面跟踪、抽油井和自喷井油套管的绝缘。

人工举升最新技术综述(Ⅰ)

介绍了美国Echometer等公司近年来开发的 14项新技术 ,包括抽油机减速器净峰值扭矩的平衡技术、杆式泵智能控制器、防气锁游动阀、人工举升控制器、提高阀球和阀座与壳体寿命的设计、降低应力与扭矩的工具、泵筒和柱塞抗磨处理工艺、载荷传感器保护装置、新型Ultra -Guard密封系统、中型和轻型载荷螺杆泵驱动系统、新型复合材料的螺杆泵转子和定子、两体塞柱、柱塞举升控制器以及可降低地面回压的新型多相Ram泵。

连续管钻机注入头驱动系统结构参数设计方法

连续管钻井是钻井技术发展的重要方向,连续管技术要满足钻井需要,要求连续管作业机注入头具有更大的功率,以适应大管径连续管的作业需求。通过对连续管注入头驱动系统进行相关力学计算,建立了注入头驱动系统关键参数优化设计方法,同时运用机械动态仿真软件RecurDyn建立了注入头链条驱动系统仿真模型,验证了优化结果的合理性。分析结果表明,参数优化后的驱动系统模型在相同的连续管线速度条件下运行平稳,各链节的晃动小;注入头驱动系统结构参数确定后,应用机械动力学仿真方法对系统动态特性进行仿真模拟可以减小设计的盲目性。

新型油水分离器分离性能研究

新型油水分离器由截面为等腰梯形的螺旋式流道和出口装置组成,出口装置内有一个可以调整角度的流线型挡板。应用计算流体动力学(CFD)理论对该装置进行了流道内流场仿真计算,进一步验证了其油水分离性能,并研究了该装置的螺旋流道圈数、采出液含油体积百分数与分离性能之间的关系。分析结果表明,该装置结构简单,操作压力低,可用于油井采出液的油水分离,省去了目前常规水力旋流器的许多辅助设备,特别适应海洋平台的工作环境。

连续管钻机注入头夹紧系统载荷均布设计方法

为了使连续管钻机注入头链条和夹持块平稳进入推板,防止夹持块咬管等问题,开展了注入头夹紧系统的载荷均布设计。通过建立注入头驱动系统和夹持系统的相关力学模型进行计算分析,得到半圆形夹持块具有最优异的综合力学性能。采用单因素分析法,分别对半圆形夹持块的径向间隙、夹持块曲率半径、夹持块倒角曲率半径、夹持块环槽数、环槽宽度、环槽倒角曲率半径等参数进行优化设计,获得注入头具有较好的驱动性能和夹持性能的主要结构参数。形成的注入头夹持块几何尺寸设计方法可用于指导ZR5803型注入头的设计。