万米深井上部大尺寸井眼钻柱动力学特性研究

油气勘探已向更深、更复杂的超深层的万米勘探新领域推进,但上部大尺寸井眼给万米深井的钻井提出了巨大挑战:岩石硬和返速低导致钻速慢,大尺寸井眼内剧烈振动导致钻具裂纹多发,钻压小则钻速慢,钻压稍大则下部振动快速加剧从而导致大尺寸钻具使用寿命远低于预期。为此,在对比研究了深地川科1井(以下简称SDCK-1井)和毗邻8000 m超深井上部井段钻柱振动问题基础上,基于全井钻柱系统动力学模型和数值仿真方法,针对性研究了大尺寸井眼中的钻柱动力学特性。研究结果表明:①井眼尺寸越大,钻头和下部钻具的振动越剧烈,SDCK-1井二开大尺寸井眼与邻井中等尺寸井眼相比(井深500 m处),其钻头及下部钻具振动强度均值分别增加了48.0%和41.5%,比SDCK-1井三开中等尺寸3000 m井深的钻头及下部钻具振动强度均值分别高了29.0%和2.9%;②相同井眼尺寸和岩石特性情况下,下部钻具组合比钻柱整体长度对钻头振动的影响更大,优化下部钻具组合能够明显改善钻头振动,保护钻头,同时还可以提高钻头破岩能量利用效率实现钻井提速;③在大尺寸井眼中钻头破岩激励向上传播,横向振动衰减慢于轴向振动衰减,大尺寸钻头扭矩更大且钻压和扭矩波动更加明显,因此从保护下部钻具的角度出发,大尺寸井眼钻具组合对抑制横振更加有效;④大尺寸井眼中下部钻具弯矩和弯矩波动更大,现场频繁出现的钻具裂纹除受控于整体振动强度较大以外,交变弯矩是裂纹发生的重要原因。结论认为,该研究成果揭示了超深井大尺寸井眼中钻柱的动力学特性,指出了应着重控制横振和交变弯矩,该认识可以为超深井上部大尺寸井眼钻井提供技术指导。

超深定向井地质工程力学耦合机理研究进展与认识

超深定向井是开发深层、超深层油气的重要手段,但深部地层在地形地貌、地层岩性、压力系统、储层流体和工程力学特征等方面存在的复杂性,使超深定向井钻完井工程面临着巨大的挑战。因此,开展超深定向井地质工程力学耦合机理研究对于高效开发深层、超深层油气具有重要意义。从超深复杂构造条件下的三维地质建模、地层岩石力学和地应力的评估、超深复杂岩性多成因地层压力预测以及超深定向井地层-钻头-钻柱耦合力学计算4个方面对超深定向井地质工程力学耦合机理研究进行了梳理总结,分析认为:由于深层地质力学具有抽象性和较强的各向异性,导致了目前地质力学成果很难实际应用在超深定向井钻井中。对此,需要深入开展微观-介观-宏观多尺度耦合研究,充分利用人工智能及大数据进行三维地质建模;通过岩石力学和大数据等手段,创新融合理论与新技术,综合实验测试与现场数据,建立地应力预测的新方法;深入开展随钻测量技术研究,建立地层孔隙压力预测及监测数据平台;基于地质资料及人工智能平台,优选钻井参数、钻具组合,建立超深定向井钻柱-钻头-岩石系统动力学模型,为中国安全高效开展深层、超深层定向井钻井提供理论支撑与技术指导。

多热源影响下双深双高钻井井筒瞬态传热模型

为准确分析钻井液高温高压物性参数、钻柱偏心、旋转和钻头破岩多种热源因素对环空温度剖面的影响,基于井筒和周围环境传热机理和流动过程,建立了一种适用于双深双高钻井的井筒瞬态传热模型。利用有限体积法对该模型进行数值求解,并将现场实测数据分别与软件Drillbench和该模型进行对比验证。结果表明,该模型的预测与现场实测数据拟合效果更佳。研究发现:综合考虑多种热源因素会使环空温度更接近井筒真实值,井底环空温差达到8.43℃;当考虑钻井液高温高压物性参数变化时,下段环空温度随井深的增加而显著减小,井底处环空温差为3.48℃;相较钻柱偏心,旋转和钻头破岩作用对环空温度的影响更显著,井底环空温差分别为6.20和6.56℃。研究结果可为双深双高钻井井筒温度预测和控制提供理论指导。

钻柱纵-扭耦合非线性振动的顶驱控制研究

本文基于钻柱纵-扭耦合振动的三自由度集总参数模型,利用数值仿真研究了顶驱控制对钻柱粘滑振动和跳钻现象的抑制效果。结果表明,调谐k-c控制对钻柱振动系统的粘滑振动和跳钻现象有一定程度的抑制作用,但是在输入角速度较大而标称钻压较小或者输入角速度较小而标称钻压较大时的抑制效果并不理想。调谐I-k-c控制可以成功地消除输入角速度和标称钻压变化对钻柱粘滑振动和跳钻现象带来的影响,使得输入角速度和标称钻压不论取何值,钻头的转速均稳定在给定的输入角速度附近,减少了钻压、扭矩和轴向位移的波动。

钻柱纵向振动模型的建立及求解方法

在牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上，将钻头在井底作纵向往复运动的位移作为钻柱纵向振动的下端边界条件，在适当简化的条件下，利用弹性杆理论和单元法建立了钻柱在钻井过程中由于钻头与岩石互作用及钻柱的弹性变形而导致钻柱产生纵向振动的动力学模型在给定初始条件和边界条件的情况下，采用数值计算方法求解了钻柱纵振模型。为进一步弄清钻头、钻柱在钻井过程中的实际运动规律和动力学性能，改进钻头、钻柱的设计方法，预防钻头、钻柱早期失效奠定了基础。

钻井用钻头和钻柱扭转振动的仿真分析

介绍了钻井过程中钻头和钻柱扭转振动模型的建立方法和对其进行仿真分析的过程。在建模型时主要考虑了钻井过程中由于钻头与岩石相互作用及钻柱的弹性变形而引起的钻头和钻柱扭转振动，并采用数值计算方法求解钻柱扭转振动模型，完成了钻头和钻柱扭转振动仿真分析软件的设计，并实现了对牙轮钻头和钻柱在不同工况下的扭转振动仿真分析计算。

遗传归纳逻辑程序设计中规则的位串表示法

为了利用ＧＡ来解决ＩＬＰ方法中的性能瓶颈问题，关键在于如何把ＩＬＰ的一阶规则编码为遗传算子可操作的位串形式．提出了一种新的用于遗传算法（ＧＡ）的一阶规则位串表示法．示例分析表明，这是一种结合ＧＡ算法和ＩＬＰ技术的有效的规则位串表示法．

钻柱扭转振动模型的建立及求解

在建立了牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上 ,将钻头与井底岩石互作用力矩作为钻柱的下端边界条件。在适当简化的条件下 ,利用弹性杆理论和单元法 ,建立了在钻井过程中由于钻头与岩石互作用和钻柱弹性变形而导致钻柱产生扭转振动的动力学模型。在给定初始条件和边界条件的情况下 ,采用数值计算方法求解了钻柱扭振模型。为进一步弄清钻头、钻柱在井底的实际运动规律和动力学性能 ,控制井眼轨迹 ,预防钻杆早期失效奠定了理论基础。

基于位串数组的关联规则挖掘算法

挖掘关联规则是数据挖掘研究的一个重要方面。然而,目前提出的算法仍存在一些问题,如复杂的数据结构、候选项集生成等等。该文使用更简单的数据结构———位串数组,并提出了一种新的挖掘算法。该方法能通过并行投影和压缩技术扩展到大数据库中进行挖掘规则。

钻柱近钻头力学特性测量系统功能研究

根据井下钻柱力学测量特点,研究了模拟钻柱近钻头力学特性测量系统,其基本功能包括:采用传感器精确得到对应于模拟钻柱在转动过程中包括钻头处的扭矩、径向力的大小和方向以及轴向力大小的电信号;经过调制电路和单片机采集及软件处理后,通过无线发射电路把四路信号以无线传输的方式发出;在控制室接收到信息经进一步处理后传给工控机;在工控机内用软件得到测量信号随时间变化的模拟和数字图并存储下来。在实验室内对该系统性能初步进行了测试。

Apriori改进算法在哮喘病案数据挖掘中的应用

中医哮喘病案含有大量医家临床诊断获得的经验数据,利用数据关联分析方法可以挖掘医药方剂配伍规律及症状与用药之间的关联关系.文章主要研究了Apriori算法在挖掘医案数据时的性能与不足,并基于计算机对位串逻辑运算的快速反应,提出Apriori算法的改进算法——Apriori-BSO算法,并对比了两种算法的运行时效,结合经典Apriori算法,挖掘出频繁项集及强关联规则.实验证明,将Apriori改进算法应用于哮喘用药数据及症状-用药联合数据进行关联分析,挖掘出的医药方剂配伍规律及症状与用药之间的关联关系,在哮喘病案数据分析中效果良好,应用价值显著.

钻头-钻柱系统振动特性分析

针对钻柱振动引起的钻具失效问题,综合考虑钻柱弹性变形及钻柱与井筒的碰撞摩擦相互作用,研究了钻头与下部钻柱的振动特性。根据哈密顿原理和有限单元法,建立了全井钻柱纵、横、扭耦合振动动力学模型;将钻头、钻柱、井筒视为一个完整的系统,以川渝地区某中深井实钻操作参数、下部钻具组合(BHA)和井筒参数作为基本输入数据,采用非线性仿真技术,研究了不同井段钻柱以及钻头的振动规律,分析了钻头处的动态钻压、扭矩及转速波动情况。结果表明,钻头处振动剧烈,跳动幅度较大,因此有必要研究振动控制工具和方法,以减少振动对钻头的伤害,改善钻头的工作环境并提高钻进效率。形成的钻头-钻柱-井筒系统非线性仿真技术,为下部钻具组合优化、钻井操作参数优选、钻具失效预防乃至钻头优化设计,提供了可行的分析手段,为研究振动控制策略提供了基础技术支持。

基于位串编码的遗传归纳逻辑程序设计

归纳逻辑程序设计是基于一阶逻辑的数据挖掘新方法。一阶规则挖掘是目标谓词和背景知识谓词对应的各种原子的复杂组合优化问题。该文根据Occam’s razor原理提出原子的位串编码,设计相应的遗传算子,基于sequential covering策略提出采用遗传算法作为搜索策略的遗传归纳逻辑程序设计算法GILP。在连通图问题和gcd问题上验证算法的可行性。

基于关联规则的数据挖掘算法的研究与应用

提出了一种基于关联规则二进制数组密集树的数据挖掘算法——BSC-tree算法,该算法将传统的交易数据库简化成二进制序列;其次在此基础上构造出BSC-trees,作为数据挖掘的准备条件,并由此求出BSC-trees的所有路径码,进而通过BSC-trees路径码间的逻辑与运算,他一次只需扫描整个数据库就能够快速地求出所有的关联规则。并将该算法用于交通事故历史数据的挖掘,他能够提取隐含在交通事故中未知的有用信息,为分析交通事故中各种诱因提供辅助性的决策。试验结果表明该算法优于其他算法。

井下振动测量、分析原理研究

为了揭示钻头、钻柱系统的复杂振动现象,摸清井下工具的工作动态,避免异常振动带来的损害,必须进行井下振动测量工具的开发和应用。在多坐标系钻柱运动分析模型的基础上,建立了井下振动的运动和测量方程,证明通过安装三轴加速度计可以进行多种形式的井下振动测量和分析,并且给出跳钻、黏滑、横向振动(冲击)和涡动等异常振动情况判断分析方法,为井下振动测量工具的开发及井下振动分析发展提供理论支持。

井壁变形和摩擦阻力对底部钻具组合的影响

将井壁变形与摩阻因素引入力学模型,以滑动摩擦为主建立了摩擦模式,用文氏弹性地基模拟井壁变形(即弹性井壁),应用有限元理论,研究了井壁与钻柱的相互作用对钻头侧向力的影响。计算结果表明,对较软地层井壁变形的影响不可忽视,尤其对三维井眼或造斜钻具,井壁变形对钻头侧向力的影响很大;摩擦与井眼弯曲共同产生了方位侧向力,而摩擦对井斜侧向力影响很小;稳斜钻具的钻头侧向力受井眼弯曲、井眼蚀变因素的影响较为突出。

一种新的频繁模式挖掘算法

为了适应由于进行添加、删除、修改操作而频繁变化的数据库以及加速支持度求解过程,该文提出了一种新的频繁模式挖掘算法。该算法将顾客的一次购买行为转化为比特串,通过对比特串的操作,逐渐更新事务集的典型集,从而适应目前数据库的频繁变化。典型集中包含了所有模式,根据支持度阈值可以从典型集中快速找到频繁模式。通过实例分析了该算法面对频繁变化数据库的过程,表明了该算法具有很强的适应数据库变化的能力,并能够根据给定的支持度阈值快速求出所需的频繁模式,仿真实验验证了该算法的有效性和可行性。

结合语义和文本特征位串的高效KNN算法

为了有效提高文本分类的效率,提出了一种基于语义相似的改进KNN算法。该算法结合了特征词的语义和文本的特征位串,由于考虑到文本向量中同义的关联特征词对文本相似度的贡献,有效地提高了文本分类的准确率和召回率;而基于文本特征位串进行的位计算方法,能从大量的训练文本集中筛选出可能的相似文本,较好地克服了KNN算法计算量大的问题。算法的分析与实验表明,改进的算法明显提高了KNN的计算效率,同时也提高了分类的准确率和召回率。

底部钻柱动态力学特性测量方法与实验研究

为研究随钻测井时底部钻柱近钻头处的动力学特性,设计了直梁应变片式测力传感器,研制了一种基于虚拟仪器平台的模拟钻柱动态力无线测量装置,阐述了其测量原理与系统结构,实现了模拟钻柱旋转过程中轴向力、径向力和扭矩的多线程检测及侧向力求解,并进行了不同钻压和井斜角条件下底部钻柱组合的动态力学特性实验,研究了侧向力的变化规律。实验结果表明,系统能够实现实验室内模拟钻柱的动态力实时测量,可为底部钻具组合的井斜控制机理研究提供实验基础。

最佳比较序字符串匹配算法研究和应用

为了使在数据量很大的环境下的字符匹配工作获得较高的效率,该算法利用概率加权的方法,计算出拥有最大平均跳步的目标串的比较序列,并利用该序列进行字符串的匹配工作。对该算法的效率进行了研究,并将其与利用逐字节比较技术的字符串匹配算法做了比较,找出了本算法的适用环境。