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。

基于无线随钻测量式超短半径水平井钻井技术

为了解决油田开发后期老井产量低、含水高的难题,通过采用小尺寸高弯曲度MWD随钻仪器配合高造斜率螺杆的方法,实现了在老井上部井段侧钻出超短半径水平井,攻关研究大曲率造斜和水平钻进的技术,通过设计研发小尺寸高弯曲度MWD随钻仪器、高造斜率螺杆等专用工具,并结合现场施工要求,创新基于无线随钻测量方式的超短半径水平井钻井技术。结果表明:该技术具有施工效率高、实时监测井下参数、轨迹控制精度高等优点,可以实现老井剩余油储层定向挖潜改造,扩大泄油面积,改善油井生产条件,提高采收率。

钻井平台关键设备异常检测预警技术研究

海洋钻井平台为国家油气资源开发做出重要贡献,保证平台关键设备安全运维是进行油气资源开发的基本要求。针对传统设备异常检测预警方法中单参数表征设备状态不准确、阈值确定困难等问题,从多参数关联关系角度出发,研究了基于随机森林的特征提取方法,构建了基于相似度聚类理念的多维健康记忆矩阵,利用概率图的原理,实现了设备多级报警阈值的确定方法,最后利用泥浆泵仿真数据对所提方法进行测试,验证了该方法的及时性、准确性、漏报率均优于常规预警方法,可有效进行异常参数的辨识。

柔性钻具水力导向射流喷嘴流场分析

现有柔性钻具钻井技术和水力喷射径向钻井技术在控制钻进方向上存在困难或有局限性。为实现钻井导向可控,设计了一种能够水力导向的高压射流喷嘴结构。建立导向喷嘴流体数值模型,利用数值模拟的方法进行流场分析,研究喷嘴倾角、喷嘴直径、喷嘴开启个数等参数对导向力、射流速度的定量关系,给出了导向力方向确定方法。结果表明:随着关闭喷嘴个数的增加,喷嘴导向力呈指数逐渐增大;轴向倾角越大,喷嘴导向力和最大喷射速度越大;喷嘴内径减小时,导向力和喷射速度都显著增大。通过数值模拟验证了射流喷嘴水力导向的可行性,分析结果和导向力的拟合公式对水力导向喷嘴钻进方向的研究具有指导意义。

多功能一趟管联作高效修井技术研究与应用

为缩短作业占时,提高修井效率,控减劳务费用,实现降本增效,提出“一趟管修井”优化设计方法,研发“不动管联作”系列技术,建立“多工序集成”作业提速新模式。通过优化整合一趟管联作管柱设计,创新研发多功能组合工具串,形成了射孔下泵联作、冲洗下泵联作、压裂下泵联作、丢手下泵联作、修井一趟管联作等五大类共十项联作技术。实现了只利用一趟管柱即可完成传统技术上需要起下三趟管柱作业工序的工作量,在达到同样作业目的前提下,还解决了带压起下管过程井口冒喷污染、井控风险高等技术问题。联作技术已在江汉油区累计推广152井次,累计减少起下换管74.4×10^(4) m,单井平均缩短作业占时26 h,降低修井费用￥3.5万元,提高修井效率约30%。

负压振动筛原理及在油基钻井液钻屑减量中的应用

经过几十年的发展,振动筛性能有很大提高,但其对钻屑的脱液能力已达极限。40年来,应用于钻井固控,效果不明显。十多年前,经过尝试与高频低幅振动相结合的真空过滤技术应用于钻井固控时,钻屑的脱液能力显著提高,排放钻屑体积大幅减小。近年来,多种负压振动筛在国内钻井中开展了应用试验。经过对常规振动筛复合负压过滤的负压振动筛的原理、主要技术参数、现场应用与国内外类似技术的对比分析及现场应用表明,所使用的负压振动筛的处理量、钻屑含液率、钻屑排放减少量、筛网寿命、能效、设备成本、使用经济效益等都均有明显优势。负压振动筛的应用对节能减排和实现“碳中和”具有重要作用,其逐渐替代常规振动筛,将是钻井固控技术发展的必然趋势。

海上机械控水完井技术应用现状及发展趋势

海上油田主要以水平井开发为主,如何有效控制含水上升速度是各油田面临的主要问题之一。海上油田应用的机械控水完井技术包括中心管控水、变密度筛管控水、ICD/AICD分段控水、充填调流控水、C-AICD控水、找控水一体化等。总结了各方法的技术原理、优缺点和适用范围,其中充填调流控水和ICD分段控水是海上油田主要应用的两种机械控技术,前者利用轻质覆膜颗粒作为轴向封隔材料,适用于地层非均质性强、水平段长的油井控水,广泛应用于渤海和南海东部油田;而ICD分段控水技术需要准确设计封隔器坐封位置,因此适用于地层情况认识清楚、非均质性不强的油井控水,主要应用于南海东部油田。基于技术现状,展望了机械控水完井技术的发展趋势,分析结果可为海上油田控水完井方式的选择和后续技术的发展提供借鉴。

超短半径多分支井柔性钻具设计及应用

利用超短半径多分支井可高效靶向挖潜中老油田局部富集剩余油和断块油田阁楼油,加大储层泄油面积,提高油田的采收率。柔性钻具是超短半径侧钻多分支井技术中的核心工具,在钻进过程中受力较为复杂,国内尚未形成完整的柔性钻具设计方法及相应的力学分析。基于工艺特点和现场需求,对柔性钻具进行了受力分析和总体结构设计,给出了整体管柱的设计方法,建立了力学模型进行有限元分析,对不同载荷条件下的钻具强度进行校核。在南海某井的现场应用结果表明,该柔性钻具造斜钻进顺利,作业后与治理前相比日产量提升三倍,含水率降低53%。可为适用于超短半径多分支井的柔性钻具的设计与研究提供参考。

FH28-105型环形防喷器壳体力学性能分析与结构优化

以FH28-105型环形防喷器壳体为研究对象,结合其不同工况下的不同载荷特点,采用理论计算与有限元方法相结合,得到了壳体在静水试验压力和额定工作压力下的力学行为特性和应力情况,获得其危险部位,并对其进行强度设计评价。通过多目标优化,以减重为目标,同时兼顾壳体的强度以及校核标准,对环形防喷器壳体的结构尺寸进行优化。结果表明:初步设计的环形防喷器壳体强度满足要求,危险部位出现在壳体卡爪槽的圆弧倒角位置处以及壳体内腔下方的倒角过度处;环形防喷器最终优化方案满足强度要求,相比于原结构尺寸,质量和塑性应变的优化幅度最大,分别为19.7%、15.6%,其他目标均获得了不同程度的下降,实现了在保证壳体强度标准的条件下对壳体进行减重优化。

长柱塞防气泵室内试验及模拟研究

目前国内各油田开发逐步进入中后期,高气液比油井举升问题日益突显,长柱塞防气泵在原有泵筒外设计排气结构,使进泵气体由此返回环空,达到防止气锁和提高泵效的目的。然而,由于适用界限未知,且缺少经济高效的评价手段,限制了其推广应用。采用CFD方法,引入动网格技术,基于控制方程和波动方程,建立长柱塞防气泵泵筒内气液瞬态流动和泵阀运动规律数值模型;开展室内可视化试验,验证了建立数值模型的准确性,模型平均误差为5.84%;基于数值模型,模拟分析了长柱塞防气泵上、下冲程泵筒内部气液两相流动规律,以及冲程、冲次对泵效率的影响,明确了其适用的气液比范围,当气液比大于400m^(3)/m^(3)时,长柱塞防气泵泵效低于经济泵效。

浅层稠油开采用全液压斜直井修井机研制

目前国内用于油田浅层稠油开采中的斜直井修井机技术相对落后,还不能满足现场作业的要求。提出了全液压斜直井修井机的设计方案和技术参数;对该修井机的主要零部件和系统(如液压系统、游动吊卡、抓管机、可调底座、支架、接送管装置、油管对中及上卸扣装置等)进行了详细设计。全液压斜直井修井机经过试制和一年多的现场应用,结果表明:其结构设计合理,使用安全可靠,减少了作业人员,大幅降低了作业人员劳动强度。

基于模糊综合评价的水下采油树结构可靠性分析

针对水下采油树结构可靠性分析,提出一种基于模糊综合评价理论的水下采油树结构可靠性分析方法。首先,通过分析不同厂家水下采油树构型,确定水下采油树的典型结构构型及组成,分析水下采油树在运行过程中所受的外载荷;其次,采用专家打分以及模糊综合评价法求得故障树底事件失效率,通过定量分析求解顶事件失效率、可靠度及可靠寿命曲线等可靠性指标;最后,对故障树进行重要度分析及失效率变化对系统结构可靠性的影响,结果表明:“树本体内磨损”的关键重要度最高,对系统结构可靠性的影响最大,是结构中的薄弱环节,应予以关注。研究成果可为水下采油树结构的风险评估提供技术参考,对水下采油树的设计制造提供一定的指导意义。

反扭矩定向系统研制及试验

现有旋转滑动钻井工具无法同时实现隔离上部钻具旋转和钻头破岩产生的反扭矩,且工具面角不可控。基于此,设计了分时动态隔离上部钻具旋转和承载下部钻具扭矩的反扭矩定向钻井系统;研制了反扭矩定向系统样机;利用该样机开展了实钻测试,实钻总进尺57 m,工具面角控制精度小于±5°、造斜率达23.0°/100 m,平均机械钻速约为6.5 m/h(泥岩)。研究表明:研制的反扭矩定向系统可同时隔离上部钻具旋转和下部钻具扭矩;能精确控制工具面角,实现了下部钻具自动精确导向钻井的功能,验证了反扭矩定向系统结构设计理论的正确性。相关成果有望解决滑动钻进钻柱“托压”和井眼轨迹控制难题,提高弯螺杆滑动导向钻井时效。

浅层取换套修井作业的井口切割装置设计与分析

在油井下井过程中,套管钳会对套管的连接螺纹产生损伤,套管在井中也容易受到腐蚀,导致取换过程中套管卸扣困难,需要对套管进行迅速的切割处理。然而,由于井口作业的空间有限,现有的套管取换方法费用高、周期长、动力紧张且油田生产现场不能出现明火。基于此,设计一种包括扶正机构、切割机构、传动机构、切割刀具四部分的浅层取换套修井作业的井口切割装置。通过ANSYS等软件对主要零部件进行分析,结果表明:该装置具有体积小、安装方便、切割工作安全可靠、切割效率高等优点,可实现快速切割套管的功能,从而提高作业效率,降低成本。

膨胀套管接头柱面密封结构密封性能分析

为了研究影响膨胀套管接头柱面密封结构密封性能的因素,采用有限元显示动力学分析方法,对构建的膨胀套管接头柱面密封结构的膨胀过程进行有限元仿真和分析,得到了无载荷工况、内压和金属密封面初始间隙对套管接头密封性能的影响规律。结果表明:在无载荷工况下,套管接头膨胀后金属密封面间接触力为零,不具备密封性能;在0~30 MPa范围内,施加的压力越大,膨胀后金属密封面间的接触力越大,密封性能越高;金属密封面初始间隙对套管接头的密封性能影响最大,当金属密封面初始间隙在0.1~0.4 mm范围内减小时,套管膨胀后密封面上的接触力逐渐增大,柱面密封结构的密封性能逐渐提高。分析结果可为膨胀套管接头密封性能优化设计提供参考。

多级径向涡轮水力驱动套管鞋在海上油田的应用

为解决大斜度井、水平井井段套管下入困难、下不到位的难题,同时提高井眼质量与固井效率,研制出一种多级径向涡轮水力驱动套管鞋。该工具由定子总成、转子总成以及轴承系统三大模块组成,定子与转子互相配合,利用水力驱动,通过多级专用的径向涡轮增大驱动扭矩,配合外侧镶嵌有合金齿的螺旋筋条,增强耐磨、修整井眼和扩眼的能力。该工具长度为传统涡轮结构套管鞋的1/3~1/5,结构简单可靠,尺寸紧凑,通过狗腿度能力强,输出扭矩可达传统划眼工具的5~10倍。多口现场案例井作业表明,该工具可保障复杂井段套管安全下入到位,大幅减少固井过程中的非生产作业时间和通井时间。

水下视频监控系统光场分布与成像效果研究

水下生产系统长期在水下工作运行,会出现落物抛锚、海底腐蚀等现象,导致系统发生失效,因此进行深海视频监控系统研究,以便对水下生产系统的运行状态进行实时监测。基于对深海视频监控系统的工作环境进行分析,结合技术指标对深海视频监控系统进行方案研究;根据水下光学特性建立水下照明光场分布函数,得到影响照明灯输出光通量的因素;考虑在水下可见光散射作用下摄像机成像所需要照明灯输出的光通量确定摄像机和照明灯的位置分布;通过计算图像对比度和信噪比得到深海视频监控系统的有效观察范围,最后通过试验证实摄像机与照明灯夹角为60°时得到最好的成像效果。研究结果可为固定式水下视频远距离全视景成像系统的设计提供参考。

水下油管挂送入管柱系统液控球阀技术研究

水下油管挂送入管柱系统为完井作业期间的主要井控安全屏障,在出现井下安全风险时可通过控制液控球阀实现水下管柱的应急关断,也可实现剪断连续油管、电缆和钢丝等柔性措施管串后实现紧急关断,提高井控反应的时间。球阀本体总成的设计与加工制造工艺是实现液控球阀剪断柔性措施管串后密封的关键技术。针对球阀本体总成的设计结构、选材和表面措施处理的工艺,阐述液控球阀实现剪切后密封关键技术,提供了一种可行的球阀总成结构及其制造工艺方案。研究成果对水下油管挂送入管柱技术国产化研究和现场应用具有指导意义。

投稿须知

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基于偏心式振荡器的井下可移动振动固井系统研制

综合分析了国内外振动固井工艺技术,在下完钻井套管的固井候凝过程中,利用振动固井工具或设备产生振动波,并对套管和固井泥浆产生振动压实效应,可以提高固井完井的质量。现有振动固井工具大多数安放在井口位置,或固定安放在井筒某一处位置,或固定安放在套管底部,且不可回收,不能提高全井段振动固井效果。以偏心式振荡器力学理论为基础,研制了一种可重复利用、可回收的新型井下可移动式振荡器,形成一套完整的振动固井系统,使得在整个固井候凝过程中全井段任意位置都能发挥作用,同时对于正常固井及其他设备不造成影响。室内和现场试验表明:可移动井下振动固井系统对于已候凝2 h以内的抗压强度可提升4%,胶结强度提升7%,同时可显著提高第二界面固井质量,使用方便,操作简单,具有较强的经济性和广泛的推广应用前景。