新型螺旋式气液旋流分离器数值模拟研究

为研究气液旋流分离器的气液分离性能,解决油气产出液中潜在高含气导致泵气锁的问题。基于旋流分离理论,设计了一种新型螺旋气液分离器。在不同气液比条件下对其内部流场进行研究。研究结果表明:随着分流比的增加,旋流器的内壁面和底流口附近的含气体积分数显著降低,同时旋流器溢流压力损失逐渐增大,而底流压力损失逐渐减小,溢流压力损失增加的速率与底流压力损失减小的速率基本相同;分流比的增加使气液分离器的除气效率逐渐提高,底流含气体积分数逐渐减小。综合分析气液比分别为1∶1、1∶2、1∶5以及1∶8的4种工况,得出了其最佳溢流分流比分别为58%、39%、22%以及15%。研究结果可为高含气油井的井下气液分离装置设计提供依据,同时可为现场应用及操作提供指导。

连续管磨损程度及剩余抗内压强度敏感性分析

针对连续管在水平井中下入起出时与套管内壁产生摩擦磨损的问题,借鉴钻杆-套管磨损模型建立思路,采用“磨损-效率”模型,研究下入起出时连续管摩擦磨损,获得了连续管外壁磨损深度的计算方法与公式;利用ANSYS Workbench有限元软件分析了连续管外径、壁厚、钢级、磨损率等敏感性因素对磨损连续管剩余抗内压强度的影响规律。研究表明:磨损率不同,井下磨损连续管最先屈服的部位亦不同;Φ44.45mm×3.96mm的QT-900连续管磨损率从0%到25%时,剩余抗内压强度下降率为35%;磨损连续管剩余抗内压强度随壁厚和钢级的增加而非线性增大,随外径和磨损率的增大而非线性降低;磨损率对连续管剩余抗内压强度的影响最强。研究结果可为磨损后连续管施工参数提供指导。

油田用纤维增强塑料压力容器的应用及研究进展

纤维增强塑料压力容器具有耐腐蚀性好、比强度高、耐疲劳性好、质量轻、易于成型、保温性好等优点,近年来逐渐应用于油气处理领域。首先,对纤维增强塑料压力容器在国内油田的应用现状和成型工艺进行了介绍;其次,对影响纤维增强塑料压力容器性能的因素进行了分析总结;然后,对纤维增强塑料压力容器的相关标准进行了介绍,并对国内外纤维增强塑料压力容器无损检测技术的相关研究进行了综述;最后,对纤维增强塑料压力容器在油田的发展趋势进行了展望。

基于多尺度残差注意力域适应的轴承故障诊断

针对滚动轴承待监测样本在跨机器任务中诊断困难的问题,提出一种基于多尺度残差注意力域适应的滚动轴承故障诊断方法。该方法将滚动轴承振动信号直接作为多尺度注意力残差网络模块的输入,为更好提取源域与目标域的共同特征,该模块引入多尺度卷积提取特征信息、注意力机制的压缩激励网络解决数据差异性与残差网络的跨层连接,域自适应部分采用局部最大均值差异度量准则,并选择滚动轴承公开故障数据集进行对比与消融试验。试验结果表明:提出的多尺度残差注意力域适应的滚动轴承故障诊断方法在跨机器任务下平均识别精度达到99.1%,相比于其他方法具有较好的泛化性能。所得结论可为滚动轴承故障监测与诊断提供理论依据。

井口除砂器抗冲蚀性能评价分析

含砂天然气对井口除砂器部件会造成严重的冲蚀进而降低开采效率,并且留下安全隐患。针对除砂器关键部件冲蚀严重的问题,从冲蚀角度和热处理2个方面研究其关键部件的耐冲蚀材料42CrMo、45钢、2Cr13、20CrMnTi和H13(4Cr5MoSiV1)的抗冲蚀性能。首先搭建冲蚀试验平台进行了冲蚀模拟试验,其次利用扫描电镜观察靶材冲蚀后的微观形貌,探讨冲蚀磨损机理。结果表明:当冲蚀角在30°~90°时,冲蚀率随冲蚀角的增加而减小;并非所有材料经热处理都能提高抗冲蚀性能;调质状态的2Cr13的抗冲蚀性能最优;调质状态的2Cr13、45钢和出厂状态的H13倾斜冲击时磨损形式以切削为主,垂直冲击时磨损形式为磨料冲击使靶材发生塑性变形而脱落为主。本试验为除砂器耐蚀件选材提供了参考。

海上平台设备故障智能预警系统开发技术路线研究

海上平台属高投资、高风险、高回报设施,其设备众多,保证其安全运行十分重要。通过采用噪声监测、红外热成像、图像识别等非接触手段进行表征机械设备状态的自动处理、分析,实现故障设备定位,提前发出检测检修警报,为安排人工进行详尽的诊断式试验或检验提供依据,从而实现降低工作强度和人力支出,及时发现机械设备状态异常,以避免故障扩大导致停机甚至造成更大损失等设备状态监控目标。

油气用深水导管架夹桩器测试技术研究

导管架夹桩器是海上导管架平台安装作业的关键设备,安装在导管架裙桩套简顶部,在作业时驱动液压缸夹持钢桩,以保证钢桩与导管架的相对固定。在导管架的安装过程中,一旦夹桩器发生故障,会严重影响整个海上安装计划,造成巨大的经济损失。因此,为了保障夹桩器的产品质量,在陆地开展夹桩器关键部件的出厂测试、总装后的出厂测试、安装到导管架后的系统测试,以验证夹桩器的功能完整性,是非常必要的。

注聚系统智能化建设的必要性及对策实施

孤岛采油厂化学驱是孤岛油田重要的开发方式,是油田分公司最大的三采阵地。自2013年以来,采油厂注聚系统实施了以配液站为中心的生产信息化改造,依托数据采集、远程控制和视频监控,初步实现了“无人值守”管理模式。“十四五”期间,为实现高质量可持续发展,采油厂做出了开发转型的整体规划。此论文主要针对注聚系统智能化建设的必要性进行了分析,并提出题了相应的措施。

特高压平板闸阀设计与密封性能分析

针对特高压井口平板闸阀设计指导空缺问题,参考API 6A和API 6D标准中的平板闸阀设计参数确定方法,给出175 MPa工作内压下阀体通径为78 mm的平板闸阀设计参数,补充并完善了国内外特高压井口平板闸阀设计方法,对所设计的平板闸阀采用有限元法分析其在螺栓预紧工况、额定工作内压工况和1.5倍静水压工况下的密封性能。所设计的平板闸阀可以满足密封准则,且能应对一定量的动载荷,可为特高压井口平板闸阀设计提供参考。

页岩气多级压裂断层动态滑移规律研究

泸州页岩气区块开发过程中套管变形现象严重,而多级压裂是诱发断层滑移并导致套管变形的主要因素,但目前缺乏对断层动态滑移演化规律的研究。在分析泸州地区套管变形失效特征和相关性的基础上,考虑水力裂缝沟通并激活断层实际,建立了多级压裂条件下断层滑移动态演化数值模型。研究结果表明:多级压裂导致近井筒位置孔隙压力随压裂逐级增加,有效地应力降低;模拟时间越长、注入点流量越大,断层滑移量越大,而压裂液黏度影响断层滑移量效果弱;断层长度、断层与井筒的夹角与其滑移量关系密切,断层长度越大,断层滑移量越大;断层与井筒夹角在一定范围内越大,断层滑移量越小;水平地应力差较大的地层断层滑移会越明显。研究成果可为页岩气多级压裂过程中控制压裂施工参数提供参考。

高压管汇材料疲劳性能测试及P-S-N模型曲线的拟合

高压管汇作为压裂设备中的主要易损件之一,其失效危害较大。它的失效原因主要是疲劳、冲蚀、腐蚀或者材料缺陷引起的刺漏和爆裂,其中尤以疲劳失效最不可预估。目前,对于高压管汇材料的疲劳性能研究不够深入,为解决高压管汇材料疲劳寿命的准确描述问题,以某国产高压管汇材料为例,进行了一系列疲劳试验,并基于试验数据,采用多种分布模型和不同S-N模型进行拟合分析,得出综合评价拟合能力最强的P-S-N模型。结果表明,该材料在中长疲劳寿命区,Weibull三参数模型在7级应力水平下综合评价能力最好;在存活率分别为50%、90%、99%、99.9%时,指数S-N模型的拟合系数均大于0.98,拟合能力最好。得出的P-S-N模型曲线可以为高压管汇的疲劳寿命以及安全设计提供依据。

高速注采储气库井套管螺纹密封性研究

套管螺纹密封性是影响周期性高速注采作业的储库气井安全性的关键因素,因此保证储气库井的密封性完整极其重要。需要重点研究储气库井注采过程中对其套管柱密封性的影响,特别是循环注采过程中产生的交变载荷对储气库套管柱特殊螺纹接头密封结构性能的影响。基于有限元法理论,针对中国北部某储气库井所选用的特殊螺纹接头,结合储气库井实际工况和现场数据,建立套管接头螺纹有限元计算模型,研究了循环注采条件下,温度、注采压力、轴向载荷及点蚀对储气库套管螺纹密封状态的影响。结果表明,温度对套管螺纹接头的结构完整性和密封完整性影响较小,注采压力、轴向载荷和点蚀对其影响较大,需控制在一个较低值。研究可为储气库井套管柱密封失效判定及其套管柱设计提供参考。

基于正交切削逆识别井下管柱的Johnson-Cook本构模型

在有限元仿真金属切削过程中,本构模型是仿真的基础,目前井下生产管柱J55油管材料的本构模型参数尚不明确,为此,提出一种基于正交切削理论逆识别油管材料Johnson-Cook(J-C)本构模型参数的方法。首先,通过准静态拉伸试验得到油管材料的应力-应变曲线,根据曲线拟合确定J55油管的初始屈服强度A、应变硬化系数B和应变硬化因子n;其次,通过正交切削试验获得切削力以及进给力,根据正交切削试验和平行剪切区模型,计算正交切削过程主剪切区中的流动应力、应变、应变率以及切削温度,并将这些参数与计算出的A、B、n代入J-C模型中,得到多组应变率敏感性参数C以及热软化效应参数m,从而确定其约束范围;第三,采用自适应权重粒子群算法在约束范围中搜索出参数C和m的最优值,进而确定J55油管材料本构模型参数;最后,使用逆识别法得出的J-C本构模型进行有限元仿真,将仿真结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:与试验相比,有限元仿真的切削力和进给力最大相对误差分别为14.4%和13.64%,有限元仿真模拟温度与实际测量温度的最大相对误差为10.57%,仿真模型和实际切削过程在切屑形态上表现出了一致规律,验证了逆识别方法可行性和本构模型的可靠性。

螺杆泵转速对油水旋流分离管流场特性的影响

旋流分离器在井下采油螺杆泵作用下会发生复杂的振动现象,对旋流分离器内部流场造成一定影响。为研究螺杆泵不同转速下旋流分离器内部流场的变化规律,以同井注采工艺中螺杆泵作用下的旋流分离管柱为研究对象,针对振动壁面旋流分离管柱结构及工作特点,基于计算流体动力学方法、计算固体力学方法以及流固耦合理论,建立流固耦合力学模型;利用流固耦合分析方法,对双螺杆泵转动条件下井下旋流分离管柱内速度场、油相分布、涡量及湍动能等流场特性进行分析。分析结果表明:随着螺杆泵转速升高,分离器内切向速度和轴向速度强度逐渐减弱,径向速度的不对称性逐渐加剧,转速的周期性变化还会造成径向速度场分布的偏移;螺杆泵不同转速下旋流分离器内部涡量分布不同,随着转速升高,溢流管以及锥段部分附近相关流场的涡旋明显增强;旋流器溢流口附近油相体积分数会随着螺杆泵转速的升高而减小;不同螺杆泵转动状态下,大颗粒油滴的分布不同。所得结果可为螺杆泵井下旋流分离同井注采系统的设计及螺杆泵的转速设定提供参考。

宝钢13Cr油套管一贯制技术进展

目前宝钢已建成13Cr油套管从炼钢到螺纹加工的全流程生产体制。介绍了宝钢13Cr炼钢连铸技术、轧制技术、热处理技术、探伤技术、螺纹加工技术等方面取得的进步,从钢水到螺纹的一贯制技术能力得到了大幅度提升,有力地支撑了我国高温高压油气井、深水油气井及储气库井的顺利开发。

Helmholtz型空化射流喷嘴结构优化数值模拟研究

目前Helmholtz型空化射流喷嘴结构尺寸偏大,不适用于空化射流洗井解堵作业,且与其相关研究缺乏对射流脉冲特性的评价。为此,利用CFD数值模拟方法探讨了结构参数对Helmholtz型空化射流喷嘴脉冲性能的影响规律,对该类型喷嘴的结构进行了优化。研究结果表明:在入口长度为5~15 mm时,空化射流脉冲特性和入口长度呈反比关系;在出口长度为5~10 mm时,空化射流的脉冲峰值和脉冲幅度与出口长度呈正比关系,脉冲频率基本不受影响;所得喷嘴最优结构尺寸为喷嘴入口直径2.5 mm,入口长度5.0 mm,谐振腔入口圆角1.0 mm,谐振腔直径10.0 mm,谐振腔长度2.0 mm,碰撞壁夹角60°,出口长度10.0 mm,出口直径3.0 mm。研究结果可为空化射流解堵技术中空化射流喷嘴结构优化设计提供理论参考。

气体封隔器密封单元的增强方法与安全分析

气体封隔器胶筒是实现气井分层分段开采的关键部件。常规三胶筒结构在坐封时易发生初始破坏,导致胶筒整体应力水平降低,密封安全性储备不足。为此,提出一种多材料组合式密封单元的增强方法,用于HPHT105-232-V0型含硫化氢高温高压气体封隔器密封单元的设计;基于拉伸试验和Yeoh理论获得橡胶的本构模型参数;在温度204℃、坐封力200 kN和环空压力70 MPa下,分析了胶筒的应力和变形规律;试验测试了增强单元的密封安全性。分析结果表明:HPHT105-232-V0型封隔器密封单元胶筒的最大变形量为94.785 mm,最大接触应力为240 MPa,位于金属护环与套管接触区域。根据API标准,对HPHT105-232-V0型封隔器实物进行测试试验,坐封时胶筒未发生初始破坏,密封单元的整体应力水平提高;稳压过程胶筒压降幅度小于1%;整个试验测试过程中,密封单元无气泡溢出,封隔器卸载后胶筒结构无明显的塑性变形。研究结果表明,采用该增强方法所设计的多材料组合式密封单元具有良好的密封性能,满足极端环境下的密封安全性要求。

抽油机井恒功率变频控制系统研究

抽油机作为陆上油田最重要的机械采油装备之一,近年来已发展出一系列的变频节能技术,但其研究主要集中在硬件方面,缺乏相关基础理论,导致现场应用普适性差,应用效果参差不齐。为此,研究有杆泵变频测控机理,优选了主要部件,对测试数据提出了要求,形成了有杆泵抽油变频控制系统。构建BP神经网络系统对正常井和漏失、柱塞碰泵、气体影响等异常井进行识别,分类提出变频计算模型:考虑负扭矩和抽油机冲次界限等建立了正常井恒功率变频计算模型,实例对比分析了变频后抽油机速度、加速度变化规律,产液量一定时,负功功率和有功功率分别下降了65%和44%。建立了上行程漏失的异常井变频计算模型,针对性地提高上行程冲次,形成“上快下慢”运行模式。实例计算表明:该系统缩短上行程时间2.6 s,较好地解决有杆泵上行程漏失和变频节能的问题。研究成果可为抽油机变频技术提供理论支持,对油田节能和提产具有指导意义。

海洋液压不压井修井机电力系统方案设计与应用

修井机电力系统是修井机系统的重要组成部分,其配置的优劣与功能设计的合理性对修井机整体性能影响较大。分析海洋液压不压井修井机电力系统负荷与特定功能需求,结合分析结果设计电力系统组成架构与特定功能,提出一种架构相对合理、特定功能适配的方案,最终在海洋平台现场完成技术验证,取得良好效果。

W形密封结构金属封隔器性能研究

针对橡胶封隔器难以适应150℃、70 MPa以上环境的缺点,设计一种适用于230℃、70 MPa工况,两端传递载荷,中间中空促进径向变形的W形密封结构的金属封隔器,并研究其密封性能。根据工况需求,以温度依赖性和超弹性激发应力选择β-NiTi合金作为W形密封结构材料,以W形结构坐封后产生的接触应力评价其密封性能,以工作承压后W形结构的弹性-超弹性应变率评价其解封性能,分析W形密封结构半径、壁厚及壁厚比对其密封性能的影响,并对设计优化后的W形结构进行密封性能仿真分析。结果表明:结构半径对W形密封结构的密封性能和解封性能影响较小,而壁厚与壁厚比均显著影响密封性能和解封性能;随着壁厚的增加,W形密封结构的密封性能逐渐下降但解封性能逐渐上升,随着壁厚比的增加,密封性能逐渐下降解封性能先上升后下降。对设计优化后的W形结构进行密封性能仿真分析,结果表明,基于β-NiTi合金材料的W形密封结构金属封隔器完全可以适用于高温高压环境,其在230℃、70 MPa的工况下坐封载荷为220 kN,弹性-超弹性应变率达90%以上。