Drilling Combined with Adipose-derived Stem Cells and Bone Morphogenetic Protein-2 to Treat Femoral Head Epiphyseal Necrosis in Juvenile Rabbits

This study was designed to evaluate the effects of drilling through the growth plate and using adipose-derived stem cells （ADSCs） and bone morphogenetic protein-2 （BMP-2） to treat femoral head epiphyseal ischemic necrosis, which can be done in juvenile rabbits. Passagefour bromodeoxyuridine （BrdU）-labeled ADSCs were cultured, assayed with MTT to determine their viability and stained with alizarin red dye to determine their osteogenic ability. Twomonth-old, healthy male rabbits （1.2 to 1.4 kg, n=45） underwent ischemic induction and were randomly divided into five groups （group A： animal model control; group B： drilling; group C： drilling ＆ ADSCs; group D： drilling ＆ BMP-2; and group E： drilling ＆ ADSCs ＆ BMP-2）. Magnetic resonance imaging （MRI）, X-ray imaging, hematoxylin and eosin staining and BrdU immunofluorescence detection were applied 4, 6 and 10 weeks after treatment. Approximately 90% of the ADSCs were labeled with BrdU and showed good viability and osteogenic ability. Similar results were observed in the rabbits in groups C and E at weeks 6 and 10. The animals of groups C and E demonstrated normal hip structure and improved femoral epiphyseal quotients and trabecular areas compared with those of the groups A and B （P〈0.01）. Group D demonstrated improved femoral epiphyseal quotients and trabecular areas compared with those of groups A and B （P〈0.05）. In summary, drilling through the growth plate combined with ADSC and BMP-2 treatments induced new bone formation and protected the femoral head epiphysis from collapsing in a juvenile rabbit model of femoral head epiphyseal ischemic necrosis.

不同堵塞条件下硬岩隧道直眼掏槽破岩效果数值模拟研究

为研究不同堵塞材料及堵塞长度对硬岩隧道直眼掏槽爆破效果的影响,依托工程实例,采用ANSYS/LS一DYNA仿真模拟软件建立三维数值模型,对5种不同堵塞条件展开研究。根据数值模型计算结果,对掏槽区域爆破裂纹拓展情况进行了定性分析,对典型部位的岩石受力情况进行了定量分析。结果表明:1)自由面岩石主要受拉应力作用产生裂纹,炮孔堵塞使得爆炸荷载整体作用时间延长,致使自由面上裂纹更加密集;2)位于炸药和堵塞材料之间空气段附近的围岩,先受爆炸应力波作用岩石被压碎,后受力在拉压应力之间多次转化,致使裂纹被放大,结合爆生气体发挥的“气楔”作用,使得裂纹几乎贯穿模型截面;3)炮孔堵塞后炸药段周围岩石受到的爆生气体作用应力值显著提升,比不堵塞时的炸药段周围岩石峰值应力高出1.31~2.34倍,炮孔堵塞使得爆生气体持续稳定发挥作用时的压应力值提高3.70~4.70倍;4)以黏土和水作为堵塞材料时,堵塞长度为40cm的直眼掏槽破岩效果优于堵塞长度为60cm的效果。研究成果可为优化硬岩隧道直眼掏槽爆破参数提供理论基础。

钻柱动力学研究及监控技术新进展

钻柱是石油钻井中用量大、质量要求高的管材,长期处在充满钻井液的狭长井眼里,受力情况非常复杂。每年国内外都会发生大量钻柱失效事故,造成重大经济损失。在国内外钻柱失效研究方法分析的基础上,阐明了国内外钻柱失效研究方法的区别,指出了钻柱动力学研究的重要性,较详细地叙述了国内外钻柱动力学研究及应用方面的最新进展,重点介绍了Baker Hughes INTEQ公司在钻柱动力学特性监测方面的研究成果及钻柱动力学特性监控方法,指出了国内钻柱动力学研究的重点。

特低丰度油藏水平井开发技术研究与应用

有效动用外围储量是大庆油田实现产量接替的关键之一,为此开展了大庆外围油田的特低丰度超薄(厚度不足1m)葡萄花油层水平井开发试验。采用地震解释系统和地质建模技术,精细解释拟布水平井井区葡萄花油层的构造和断层,并优选基于目标的砂体模拟地质统计学方法进行岩性插值,为水平井单井设计及地质导向提供依据;通过数值模拟,优化选择了水平井采油直井注采行列井网,并进行了产能预测。实时获取钻井过程中的电测数据及井眼轨迹数据,实现随钻电测数据曲线的实时显示及地质模型的及时修正,指导钻头在砂体内部钻进方向。通过岩屑和气测录井,对储集层的含油性进行评价,为地质导向及后期射孔提供保障。实测超薄油层阶梯状水平井含油砂岩钻遇率平均为55%,最高超过75%。已投产6month以上的10口水平井平均单井初期产油量为19.5t/d,单井稳定产油量为8.9t/d,皆为直井的3倍以上,开发试验取得了成功。

考虑钻柱运动状态的疲劳寿命预测研究

石油钻柱在钻进过程中 ,工作环境恶劣 ,在井位、地质条件及钻进参数等综合因素的影响下 ,不仅承受着由交变载荷引起的应力突变 ,还承受着钻具涡动和振动引起的巨大冲击载荷。钻柱在井下既自转又反转 ,尤其在斜井或大环歇井中时 ,偏心反转和工作载荷产生的较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏。为此 ,文章在用动力学观点初步分析了钻柱失效机理的基础上 ,应用断裂力学等相关知识 ,对钻柱进行了三轴应力分析 ,并提出了考虑钻柱进动与反进动的疲劳寿命计算模型。该模型能反映运动状态对寿命的影响 ,可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测 。

气体钻井钻柱失效机理分析

川东北地区气体钻井中钻柱失效情况的统计资料表明,钻柱失效主要表现为磨损和断裂,分析可知,气体钻井时钻柱失效严重除与高速岩屑的冲蚀、井壁岩石的磨损、酸性介质环境的腐蚀有关外,还与钻柱承受更为复杂的动态应力密切相关。动力学分析结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井时钻柱的动态应力明显增大,动态应力的变化幅度和变化频率也明显提高,这是造成钻柱失效的主要原因之一。因此,防治气体钻井钻柱失效应切实重视钻柱动态应力的控制,目前条件下,加强钻柱的探伤工作,确保入井钻柱的抗疲劳破坏能力和使用减振工具是较为有效的预防钻柱失效的技术措施。

钻柱构件失效模式与安全韧性判据的研究

在对大量钻柱构件失效事故的失效分析结果进行综合统计和分析的基础上，采用断裂力学方法，研究了钻柱构件的主要失效模式及失效模式与材料韧性的相关性，提出和验证了防止钻柱构件早期失效、提高疲劳寿命和安全可靠性的韧性要求．

塔里木油田钻柱转换接头失效原因分析及预防

对塔里木油田2006年1—5月发生的钻柱转换接头失效事故进行了分析研究,对失效的钻柱转换接头尺寸进行了测量,对钻柱转换接头断口形貌进行了宏观分析,发现钻柱转换接头断裂位置都在外螺纹接头危险截面上。通过分析计算认为,钻柱转换接头断裂原因与外径不符合标准及内、外螺纹接头弯曲强度比不合理有关。对钻柱转换接头刺漏形貌分析结果认为,刺漏与接头密封能力不足有关。进一步调查研究发现,钻柱转换接头失效与没有严格执行SY/T5200行业标准和API SPEC 7标准有一定关系。在调查分析的基础上,对如何防止或减少钻柱转换接头失效事故提出了有效的预防措施。

钻柱力学基本方程及其应用

建立了适用于钻柱几何非线性动力分析的钻柱动力学基本方程，在此基础上建立了导向钻具三维小挠度静力分析的数学模型、导向钻具三维大挠度静力分析的数学模型、钻柱稳态拉力－扭矩模型。

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。

钻杆接头双台肩抗扭应力分析

钻杆工具接头的抗扭强度普遍低于管体,为满足使用需要,考虑选择非API双台肩高抗扭矩接头。为此,使用I-DEAS和MARC两个大型有限元分析软件,在SGIINDIG02IMPACTR10000型工作站进行计算机仿真,对S-135钻杆接头双台肩齿面与台肩部位应力分布进行分析,并将计算结果与API标准接头进行对此。结果表明,双台肩工具接头的抗扭能力是API标准接头的1.5倍。

钻柱失效原因及预防措施

开展油田钻柱失效分析与预防对提高钻井速度、降低钻井成本及井下安全钻进具有重要意义。钻柱失效案例统计表明钻杆失效事故占钻柱总失效事故的50%～60%,主要失效形式是管体刺穿,主要失效原因是腐蚀疲劳;钻铤失效事故略低于钻杆失效事故,螺纹处断裂是钻铤的主要失效类型;钻柱转换接头失效数量相对较少。结合实验数据,从材料、环境和力学三方面对钻柱失效原因进行分析,提出预防钻柱失效的四条措施,包括正确选材、改善工作环境、合理设计钻柱、降低服役载荷及应力以及加强管理。对服役高酸性环境下的钻柱,通过微合金化和提高材料的冶炼水平来降低P、S含量,以及通过适当的热处理使晶粒细化等方式可以提高钻柱材料的耐蚀能力和降低失效比例。

大位移井钻柱粘滑振动机理分析及减振研究

通过将钻柱系统等效成一个集中质量摆 ,分析了在非线性钻头扭矩和钻柱与井壁间摩扭矩作用下钻柱系统的稳定性 ,并从钻柱扭转振动能量的角度 ,阐明了钻柱产生粘滑振动的原因。在对非线性钻头扭矩和钻柱与井壁间摩扭矩进行适当简化的基础上 ,给出了钻柱产生粘滑振动的判别式 ,分析了钻柱粘滑振动的影响因素及防止和消除钻柱粘滑振动可能的途径和措施 ,并对顶部扭矩负反馈减振方法进行了讨论 。

钻柱扭矩测量方法研究

钻井过程中扭矩参数的精确测量一直是钻井工程中的一大难题,长期以来人们一直在探索。目前国内外有关钻柱扭矩测量的方法与研究工作有了较大的进展。概括介绍了钻柱扭矩测量的国内外发展状况,并在此基础上进一步介绍了方补心扭矩仪及井下马达电流测量扭矩的原理及优点,提出了通过测量扭矩来判断钻柱扭转振动的强烈程度。与此同时,方补心扭矩仪的成功研制基本解决了长期困扰钻井界的钻柱扭矩测量问题。

裸眼中测压缩式封隔器胶筒材质与力学分析及其改进

针对中途测试掉胶筒的问题,首先检验了现用裸眼压缩式封隔器胶筒的理化性能,对掉井概率最高的压缩式封隔器胶筒的材质和应力进行了分析,在此基础上,改良了胶筒材质及成型工艺,以胶筒强度安全为条件提出了裸眼中测允许测试压差的计算方法。检验表明,现用丁睛橡胶制作的、用裹胶方式模压成形胶筒的拉伸强度与扯断伸长率达不到标准要求;用改进氟橡胶制作、用注胶方式模压成型胶筒的各项指标都高于标准要求,最高耐温达到190℃,最大工作压差70 MPa,优于用丁睛橡胶制作的胶筒。用改进材料制作的胶筒,在允许测试压差范围内下井使用,未发生掉胶筒事故,基本解决了裸眼中测胶筒损坏的问题。

井眼中钻柱稳定性分析的有限元法

通过引入单元荷载刚度矩阵，提出了一种用于分析钻柱结构稳定性问题的有限单元法。该方法可以用于分析变截面钻柱在变轴力和变横向力共同作用下的钻柱稳定性问题，也可用于分析弯曲井眼中钻柱的稳定性问题。在所建立的力学模型中，考虑了钻柱自重和井眼曲率的影响。分析结果表明，在斜直井眼中，除了钻柱自身密度及截面面积外，影响钻柱荷载的因素还有井眼状况及钻柱两端部的约束条件，但当钻柱长度超过８０ｍ时可以不考虑端部约束的影响。对于弯曲井眼，钻柱临界压力不仅与钻柱的长度、截面尺寸有关，还与井眼曲率有关，即随着曲率的增大而增大。

钻柱涡动特性分析

钻柱绕自身轴线旋转时，绕井眼轴线的转动叫涡动。介绍了钻柱涡动的概念、成因及状态描述，然后通过计算钻柱在不同涡动角速度时摩擦力所消耗的能量，分析了形成不同涡动形式的可能性和主要影响因素。认为钻柱在形成涡动过程中要消耗较多能量，涡动形成后就变成相对稳定的运动状态。认为，减小环隙不会引起钻柱内应力循环频率无限增大。根据钻柱涡动解释了钻铤偏磨和井底多凸图案的成因，并分析了涡动对并斜的影响。

通用下部钻具三维小挠度静力分析的数学模型及应用

随着钻井技术的进步，以控制井眼轨道为目的的下部钻具组合发展迅速。在原来的普通增斜、降斜和稳斜钻具的基础上，发展了多种类型的导向钻具、带偏心弯接头的防斜钻具、带柔性接头防斜钻具和两稳定器间变刚度的增斜钻具等多种新型下部钻具组合。为了更好地应用这些新钻具,建立了适用于对普通下部钻具、导向钻具、带偏心弯接头和柔性接头的下部钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型，包括(1)微分方程，(2)钻头、稳定器、弯角、变截面、切点和井壁的边界条件，(3)钻头的侧向力和钻头转角。用该理论编写了应用软件。作为软件的部分功能,对几套钻具进行了增斜率随井斜角变化的预测, 并进行了初步分析。

钻进扭矩与摩阻分析及减扭措施

详细分析了大斜度定向井和水平井钻进过程中摩阻和扭矩较大的原因 ,并从井眼轨迹优化、钻具组合优化设计、钻井液设计、减扭工具的研制与应用四方面给出了减扭措施 ,在大港油田张巨河地区、港东地区的应用表明 ,该减扭措施能提高有效破岩扭矩 ,加快钻进速度。

钻柱稳定性的试验研究

钻柱失稳对钻井作业造成诸多不利影响，钻压传递困难，易发生卡钻以及对井壁稳定和井眼轨迹控制不利。石油大学采用水平井“九五”课题组自行设计的钻柱稳定性实验台进行了钻柱稳定性试验。试验中采用内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ的透明有机玻璃管模拟井壁，采用 １４ｍｍ、 １２ｍｍ、 １０ｍｍ、 ８ｍｍ等不同尺寸的紫铜管模拟不同外径、刚度、单位长度重量的受压钻杆，分别对各种试件在９０°、６０°、３０°、０°倾角的不同条件下进行了试验。试验表明：１．各试件基本上遵循相同的规律，即非失稳状态、初始失稳及准螺旋失稳状态、准螺旋失稳及螺旋失稳状态３个阶段。２．摩阻力对钻柱失稳具有迟滞作用，在一定程度上起到增加钻柱稳定性的作用。３．改变试件的倾角．在试件自重的影响下随着与竖直方向夹角的增大，试件的失稳载荷增加，证明了与理论分析的一致性。还证明了现有理论结果预测值大都高于试验值，其中准螺旋理论结果与试验值较为接近，可供实际钻井作业参考。