注水井生产封隔器液压坐封球座的研制

在油气田生产过程中,注水管柱的生产封隔器采用钢丝作业投捞堵塞器或常规球座辅助封隔器坐封,存在占用井口时间、作业步骤多且容易受井型井况限制等问题。为解决此类问题,设计一种注水井生产封隔器坐封球座,并详细介绍其工作原理。球座本体在井下受到拉伸、扭转、内压、外压等复杂井况,利用ANSYS Workbench模块模拟井下实际情况并对所设计结构进行强度分析,仿真结果表明液压式坐封球座结构在强度上满足使用要求。最后,通过试验验证,所设计的坐封球座可应用于注水井生产封隔器的坐封。

基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测

油管接箍是油田钻井用重要连接工具,其内螺纹质量对于油气安全开采至关重要。针对现有油管接箍内螺纹接触式检测方法效率低、磨损大、光谱共焦等非接触式方法测量可达性差的问题,提出基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测系统与方法,利用激光和反射镜实现内螺纹牙型轮廓的强化和转角窥视,借助已标定的相机模型参数,通过立体视觉和旋转进给重构纵截面中双侧牙型的三维点云,经进一步处理,从三维点云中计算出内螺纹螺距、齿高和锥度三项几何参数。依据美国石油协会(API)标准规定的参数容限范围实现油管接箍内螺纹质量的判定,研制出视觉系统,并与传统量具在相同工况下测量27/8与31/2英寸两种规格的油管内螺纹几何参数,结果表明,提出的视觉系统可实现内螺纹多项参数的一体化高精、高效测量,满足工业现场需求。

用于油气井RFID扶正器激活的阅读器共形天线设计

基于油气井井下环境的特点,为实现井下扶正器的远程控制,同时改正射频识别(RFID)阅读器天线电磁波强度衰减过大、辐射性能差等缺陷,设计一种共形于井下管道的RFID扶正器阅读器偶极子天线。依据天线设计的基本理论,利用天线弯折技术,将该天线结构设计为倒“U”型,实现与套管相共形;通过仿真扫频分析优化天线参数,分析天线主要结构对性能的影响。结果表明,设计的天线最终的中心频率为860 MHz,在该频率下天线输入端口反射系数为-21.05 dB,增益为2.2 dB,天线尺寸为11 mm×148.44 mm,天线的性能满足设计需求,可用于套管扶正器等井下工具的无线控制。

固液混合物振动筛分机理研究

振动筛分技术是固液混合物分离的一种手段,被广泛应用于钻井液固相控制、河道淤泥处理和煤矿脱水等领域。现有研究对固液混合物的振动筛分机理缺乏认识,限制了振动设备筛分效率的提升空间。针对这一问题,采用计算流体力学与离散单元耦合法(CFD DEM)研究了固液混合物振动筛分机理。首先,利用Hertz-Mindlin JKR Cohesion接触模型引入湿颗粒之间的碰撞行为;其次,应用多孔介质描述了筛网的细孔特征;然后,运用动网格模拟了筛网的直线振动轨迹;最后,分析了固相颗粒物料的动力学特性和液相流动特性,并对比研究了振动系统的振幅和振动频率对固液混合物筛分效率的影响。研究结果表明,增加振幅和振动频率可提高固液混合物筛分效率,但当振幅大于3.0 mm和频率大于22.3 Hz时,振动筛对固液混合物的筛分效率影响的敏感性减弱;振幅小于或等于3.0 mm和频率小于或等于22.3 Hz时,固液混合物振动筛分效率对振幅的变化最敏感,振动频率次之;固液混合物的透筛区域集中在筛网长度比小于20%的区域。

顶驱型机械旋转水泥头的研制

为配合旋转尾管固井,水泥头不仅要具备旋转功能,而且要承受拉伸及扭转载荷,使其结构发生了根本变化。威德福、贝克休斯、斯伦贝谢、哈里伯顿等国外公司均研制了成熟的顶驱型旋转水泥头产品,国内中海油服与宝石机械联合进行了顶驱型机械旋转水泥头的国产化研制。文中介绍了国产顶驱型机械旋转水泥头的结构、工作原理和关键技术。现场应用情况表明,该产品主要技术指标及性能均满足设计要求,技术先进,工作性能稳定,满足了现场使用需求。该顶驱型机械旋转水泥头的研制为当前深水固井作业提供了装备保障。

集束连续管井口悬挂分流装置的研究与应用

集束连续管作为油气生产管柱,利用自身多通道独立工作的特点,可以开展两气合采生产作业,实现同一口井多储层高效开采,尤其对储层物性差异大的地层开发优势显著。针对现有常规井口大通径管柱悬挂配套复杂、适用范围受限、同时需兼顾导流及密封的问题,采用多瓣式卡瓦悬挂结构,配合专用分流组件,研制了一种基于集束连续管两气合采工艺的井口装置。该装置具备井口悬挂和分流密封功能,解决了集束连续管2根内管与四通阀旁通中心基准面方向不一致的难题。室内试验和现场应用结果表明:集束连续管悬挂分流装置可以完成规定的测试内容,能够实现集束连续管在井口的悬挂和分流道控制,满足现场应用的要求。研究结果可为两气合采完井提供可行性保证施工的安全性,有助于完善集束连续管两气合采工艺的应用和推广。

一种液压驱动顶驱下套管装置的研制与应用

随着顶驱技术的发展和广泛应用,我公司研制了一种液压驱动的顶驱下套管装置,该装置顶端与顶驱主轴连接,通过驱动油缸驱动楔形卡瓦卡紧套管,结合顶驱的旋转和起下功能,完成下套管作业。下套管装置设计有芯轴密封结构,该结构能够与套管内孔形成密封,可在下套管同时进行泥浆循环,减少了下套管作业时井内事故的发生。该装置目前已完成42口井下套管作业,作业成功率100%,下套管装置应用降低了工人劳动强度、提升了下套管作业效率和下套管作业成功率。

固井水泥车柱塞泵盘根和柱塞拆装工具的研制

针对固井作业维护柱塞泵的过程中,现有的工具和方法已经满足不了日益精细、追求安全高效的生产工作需求这一问题,研制了水泥车柱塞泵盘根、柱塞拆装工具,对盘根和柱塞的安装拆卸方法进行升级,改进技术不足,为固井安全生产提供有力保障。

自进式喷嘴仿真分析

多分支小井眼完井技术可以提高低渗油田的开发效率,最大化发挥油田的经济效益。自进式喷嘴作为多分支完井的核心部件,影响着多分支管线的破岩效率和钻进深度。文中建立了自进式喷嘴的三维模型,通过流体仿真软件,分析了喷嘴在前后喷孔不同配置情况下的破岩力及推进力,优选出推进力大、破岩力强的喷嘴配置,为提高多分支管线的破岩效率和钻进深度提供了理论基础。

一种液压丢手器的研制

液压丢手器是裸眼井壁支撑管防塌工艺常用的丢手工具,然而目前使用的所有液压丢手器均不具备内防喷功能,且为投球式,无法消除和浮阀串联使用时存在的密闭空间问题,不适用于油气活跃的井,针对这个问题,本文研制出一种液压丢手器,可实现管柱内防喷功能。该液压丢手器的特点在于将浮阀和液压丢手器设计成一个整体,抗扭20kN·m,即可以投球打压丢手,又可以实现传递扭矩和送放、起出过程中的井控安全。该款工具各性能指标均满足设计需求,在保证井控安全的同时可以实现高效优质完井。

锥形缺陷对连续管疲劳寿命的影响规律及理论模型建立

为研究含锥形缺陷连续管的疲劳失效机理,利用连续管专用疲劳试验机在内压和弯曲载荷的作用下开展了研究,并对连续管进行弯曲和矫直往复运动。结果表明,连续管锥形缺陷处的应力集中导致裂纹萌生、裂纹快速扩展,直到疲劳失效,并得到了此时相应工况下的连续管疲劳寿命。基于试验的工况条件通过有限元法建立了含锥形缺陷连续管疲劳寿命预测模型,利用试验结果证实了该方法的可行性,最后基于大量的有限元计算结果,利用拟合的方法建立了适用于工程的含锥形缺陷连续管疲劳寿命理论模型。试验结果证实该模型具有可行性,为含缺陷连续管疲劳寿命的安全评估提供了参考依据。

基于优化BP神经网络的连续管疲劳寿命预测

针对标准BP神经网络预测连续管疲劳寿命时容易陷入局部极小值和训练时间过长的缺点,利用有动量的梯度下降法、拟牛顿算法和一步正割算法分别对BP神经网络进行优化。拟牛顿算法优化后的BP神经网络性能最佳。利用拟牛顿算法优化后的BP神经网络预测连续管疲劳寿命,并与标准试验结果进行对比研究。研究结果表明:拟牛顿算法优化后的BP神经网络预测结果与标准试验结果最小相对误差率为1.7%,最大相对误差率为3.6%,满足工程精度要求。同时利用优化改进的标准BP神经网络预测方法,提出连续管疲劳寿命区间预测。预测结果表明,所有的预测样本都处于合理的预测范围之内,证明了优化后BP神经网络预测连续管疲劳寿命区间的可行性。所得结果可为连续管的疲劳寿命预测提供参考。

连续管注入头与滚筒液压系统的耦合动力学

连续管作业时,连续管上的张力与滚筒和注入头的运动状态有关。利用有限元研究了在滚筒和导向器之间连续管的张力与松弛度之间的关系,并拟合成函数关系式。然后建立了连续管注入头与滚筒液压系统的耦合动力学模型。研究发现:在匀速运动时,滚筒液压系统的溢流压力能控制连续管上张力的大小;但运动状态快速变化时,张力会产生波动。波动的幅度和波动的频率与滚筒及滚筒上卷绕的连续管的转动惯量有关:当滚筒上卷绕大部分连续管时,快速操纵连续管注入和起升速度手柄将造成较大张力波动,引起张力过小或过载;当滚筒上卷绕很少连续管时,快速操纵连续管注入和起升速度手柄将产生某个频率的张力振动,极有可能引起连续管的共振。

基于有限元仿真技术的超大通径悬挂器的研制与应用

常规悬挂器由于通径小无法胜任膨胀筛管完井作业,并会给后续作业带来更大的风险。针对此问题,研制出一种径厚比超过8的超大通径悬挂器,将主体坐封、坐挂、下入传扭、丢手等功能结构全部集成到服务工具中。首先介绍了超大通径悬挂器的结构特点和工作原理,并对核心零部件胶筒进行了有限元分析,然后制造了悬挂器样机,开展了悬挂器的多项性能测试。分析和实验结果表明:防液锁球座密封性能良好;悬挂器坐挂、胀封、丢手动作顺畅,与设计预期相符;悬挂器的胶筒承压大于25 MPa;卡瓦以及基管等结构件可承受50 t悬挂力载荷;其性能指标满足膨胀筛管现场施工使用要求。

管道冲蚀液-固数值模拟的研究进展

在石油和天然气行业中,管道输送系统的弯管和管汇处极易受到固体颗粒的冲蚀,从而导致管道内承受高压能力削弱,加大了在传输过程的风险。首先对固体颗粒冲蚀机理的发展历程进行了回顾,总结了现阶段固体颗粒冲蚀磨损行为的研究现状,概述了塑性材料和脆性材料冲蚀理论模型。其次,分别从液体流动属性和固体颗粒流动属性两个方面对冲蚀的影响因素进行了阐述,评价了各湍流模型和冲蚀模型的优势和适用范围。随后,综述了中外流体仿真软件在管道冲蚀模拟的研究进展。从弯管到管汇,再到高压泵和旋流分离器等,模拟对象有着复杂的几何形状;网格划分由不变形到可变形,再到无网格划分,大大增加了计算的模拟精度。最后,提出了冲蚀模拟仿真在管道行业的下一步研究和发展方向。为今后的整体管道系统冲蚀预测和位置布局设计提供参考。

固井装备自动控制及配套技术研究

国内固井设备存在操作控制繁琐,自动化控制系统仅限于固井车自身,未实现机组的自动化控制及人员因素对固井作业质量影响程度较高的问题。本文在调研了解国内大型固井施工作业工艺和固井设备的应用情况基础上,通过对密度自动控制及流程控制的优化,实现了固井设备自动控制功能的优化;通过对现有供灰设备组成和供灰流程分析,制定了自动供灰逻辑流程,形成了自动供灰系统配套方案;综合目前国内环境保护要求和现场清洗用水情况,对固井设备清洗流程进行梳理细分,设计高效节水的清洗流程,实现了一键式自动清洗作业,提高设备整体自动化程度。

等直径膨胀套管螺纹接头安全分析

目前螺纹接头性能研究主要集中在常规油套管特殊螺纹接头力学性能分析方面,对膨胀套管螺纹接头在轴向拉伸和压缩载荷、内外压力以及弯矩载荷复合作用下的力学性能分析不足。为研究等直径膨胀套管下入过程中,在复合载荷作用下螺纹接头的力学行为,给螺纹接头的安全分析提供依据,采用三维有限元软件建立等直径膨胀套管特殊螺纹接头数值分析模型,分析了复合载荷对膨胀套管内、外螺纹牙上应力和变形位移分布规律的影响。分析结果表明:在轴向拉伸载荷作用下,随着载荷值逐渐增大,内、外螺纹牙应力值呈现先骤减而后处于逐渐减小的趋势,内螺纹根部出现变形量小、应力值较大的特征;载荷值相同时,承受轴向压缩载荷时螺纹牙上的应力要明显小于承受轴向拉伸载荷时螺纹牙上的应力,变形位移值仅为承受轴向拉伸载荷时螺纹牙上变形位移值的1/2;弯矩会增大螺纹牙上的变形位移,弯矩越大变形量越大,内螺纹根部越容易遭到破坏。研究结论可为等直径膨胀套管下入过程中螺纹接头安全分析提供理论依据。

砂岩气藏水平井体积压裂中Y341封隔器裂缝控制模拟

使用Eclipse软件建立了体积压裂中Y341封隔器裂缝控制模型,在该模型中以不同段数、段长、裂缝夹角、裂缝半长、裂缝密度和裂缝导流能力作为控制因素,约束Y341封隔器对裂缝的控制能力。模拟结果显示:在约束参数控制下,Y341封隔器可完成裂缝控制,提高致密砂岩气藏水平井中的天然气采集量。

环空带压先期预防封堵工具研究与应用

针对储气库等气井环空带压问题的先期预防环空封堵工具,采用液压方式完成第一、二胶结面的先期有效密封,后期利用自膨胀材料对微裂缝进行补偿密封,阻止油气上窜,同时利用减震锚定机构,降低管串振动对胶筒封堵效果的影响。通过数值模拟方法对工具关键结构进行模拟分析,封隔能力能达到50 MPa以上,锚定减震机构针对P110套管的最大锚定力小于600 kN,减震效果明显,工具功能及分析结果均得到现场试验有效验证,应用井环空带压预防效果明显,环空带压问题得到改善。

致密油气尾管回接不固井压裂井筒技术研究与应用

为解决致密油气储层改造对高承压井筒的需求、生产效益对低成本建井的要求、生产技术对大井径的要求及安全高效开采等之间的相互矛盾,研究了尾管回接不固井压裂井筒技术。通过分析储层改造及开采生产施工阶段对井筒性能需求侧重点不同,提出尾管固井后进行即插即锁的非固井回接,为储层改造压裂施工提供全通径、高承压井筒条件;通过研究固完井一体化技术组合,提出了尾管固井工具功能向完井功能延伸的结构设计与工艺应用。通过分析压裂过程中回接完井管柱的轴向受力,为锚定锁紧机构优化设计、回接管柱施工及压裂施工排量及压力等参数优化提供参考。该技术在中石化华北油气分公司、胜利油田等多区块致密气藏的500余口大斜度井、水平井进行了应用,施工压力总体较高,总体效果良好。研究表明:尾管回接不固井压裂井筒技术可以解决压裂施工对套管水泥环破坏引起气窜而导致井口带压危及安全生产的技术难题,为致密油气藏高效安全开发提供一种低成本、高承压、全通径及易操作的新技术方案,促进油气高效开发。