井筒密封完整性监测与智能感知技术进展与展望

油气井生产过程中的井筒密封完整性演化信息是保障油气资源安全效益开发的基础,传统测井技术难以满足井筒全生命周期完整性的监测需求,实现井筒、地层信息感知与数字技术的高效融合势在必行。为此,国内外以井筒完整性原位感知技术为主要突破口,在声波监测、光纤传感、自感知水泥浆和永久井下测试装置等方面进行了探索。在总结国内外井筒密封完整性监测与智能感知技术进展的基础上,分析了存在的不足与难题,从声波监测技术、分布式光纤传感监测技术、智能水泥浆体系和井下永久测试装置等4方面进行了发展展望,并提出了发展建议,以推动构建智能井筒,实时精准掌握油气井井筒健康状况,促进油气工程技术安全、高效、智能化升级。

储气库井水泥环密封性失效试验研究

循环注采气会对储气库井水泥环产生周期性载荷作用,易导致水泥环密封失效。以H储气库井水泥环密封失效为背景,开展了水泥石循环加卸载及水泥石力学、孔渗测试,获得了水泥石循环加载后的微观结构CT形态,进行了全尺寸水泥环密封失效试验。试验结果表明:经过30轮次循环加载后水泥石力学性能降低、气体渗透能力增加,但依然能有效阻止气体从水泥基质泄漏;循环加卸载会造成水泥石微观结构损伤进而产生累积塑性应变,循环轮次越多累积塑性应变越大;循环加卸载后,水泥石CT扫描形态显示,水泥石中出现微观结构损伤,水泥石微观损伤程度由两端至中心逐步减弱;全尺寸试验证实水泥环一界面脱粘形成微环隙,底部气体沿着微环隙上窜导致上部B环空带压,水泥环本体及二界面在各组测试压力下均未出现破坏,不建议现场在现有基础上继续提高储气压力。研究结果可指导H储气库注采参数优化设计,并为国内外类似储气库运行制度的合理制定提供参考。

基于煤层结构数字井筒反演的有机质丰度评价方法及应用

煤层气是典型的自生自储型气藏类型之一,甲烷气体主要由煤层中的有机碳热演化生成并大量吸附于孔隙表面,有机成分的含量对于煤层生气及储气能力十分重要。但煤层气储层结构复杂,有机煤岩和无机夹矸层交互叠置发育,层内非均质性强,单井纵向煤层结构可视化难度大,制约了煤层气单井有机质丰度评价及高效开发。全直径CT扫描是近年来针对大尺度岩心的一种重要实验技术,应用该技术扫描得到的煤岩灰度值与其构成关系密切,灰度值越高则煤岩灰分、密度以及矿物含量越高,反之则越低。以大宁—吉县区块目的煤层为研究对象,通过全直径CT扫描技术与测井解释技术相结合,探究了岩石灰度与伽马、密度以及声波时差等测井数据的关系,建立了煤层结构数字井筒反演数学模型,并结合灰度与有机组分的关系,提出了全直径CT扫描单井有机质丰度评价方法。将研究区A1井反演获得的纵截面与全直径CT扫描真实灰度截面对比,二者相似度高,反演灰度值与CT真实灰度值散点图分布规律一致,表明反演模型能够有效反映煤层内部非均质性结构变化。数字井筒反演及有机质丰度评价方法可为研究区煤层气井压裂选段及产能预测提供有力的技术支撑。

深部高应力软岩巷道围岩破坏机理及全锚索支护技术研究

传统锚网索支护无法有效控制深部高应力软岩巷道围岩大变形破坏。本文以古汉山矿1606底抽巷回风巷强矿压显现为工程背景,建立了深部高应力软岩巷道围岩破坏数值模型,探究了深部高应力软岩巷道围岩破坏机理,提出了深部高应力软岩巷道围岩控制对策,提出深部软岩巷道“短锚索固帮+长锚索强顶”的全锚索加固技术。现场工程实践表明,该技术可明显提高支护刚度与强度,改善锚固范围内的破碎围岩力学性质,有效控制了深部软岩巷道围岩大变形。

基于Moldflow塑料检查井的大型倒装注塑模具设计

针对某款材料为高密度聚乙烯(PE-HD)的塑料检查井的结构特点,对产品采用一模一腔布局,模具采用针阀式热流道系统,通过Moldflow软件对产品的成型过程进行CAE分析。根据CAE分析结果及产品的整体结构特征,模具整体设计成倒装模,将顶出系统设计在定模;在定模侧设计了6组“埋入式方形油缸+大滑块”的脱模结构,减小了模具的整体尺寸;针对产品局部的全周倒扣特征,在4个大滑块的内部巧妙地设计了“八瓣式”的内缩机构,主要由一个大的活动镶块驱动8个小镶块运动;在动模侧采用了8组“斜导柱+弹簧+弹块+T形导向块”的抽芯脱模结构;在冷却系统的设计上,各个大镶块及滑块上都布置了直径14 mm的独立循环水路,在内缩机构的小镶块上设计了直径6 mm的独立循环水路,所有水路几乎沿着产品的形状分布,形成良好的冷却效果;模具实际生产后,各机构运行平稳,产品成型周期及尺寸精度均符合要求,证明该模具的成型及脱模机构设计合理。

基于目标检测的压裂井场全覆盖监控系统

针对压裂井场作业人员的不安全行为包括作业时闯入高压区、不佩戴安全帽、吸烟、接打电话和不穿着工服作业,使用图像识别目标检测技术,构建井场安全隐患识别算法模型,开发井场全覆盖监控系统。通过采集井场监控画面视频,制作目标检测图像数据集,训练神经网络模型,实现高压区域入侵监测及人的不安全行为提示。采用画面加声音提醒的报警方式,将所有分析结果反馈到仪表橇内。系统使用效果满足当前井场安全监控需求,助力实现井场安全生产目标。

恩平某油田超深大位移井套管下入研究

针对恩平某油田超深大位移井裸眼段长、稳斜角度大、摩阻大、居中度难以保证等问题,为确保套管能够安全下入,对该油田某一超深大位移井进行了套管居中度分析模拟。首先,分析了不同类型扶正器、不同安放方式下的套管居中度。结果表明,1根套管安放1个刚性扶正器时,居中度达到了78%,可确保较好的套管居中效果。此外,从套管漂浮段长度、大钩载荷、摩阻、套管有效应力等多方面分别模拟了常规下套管、漂浮下套管以及旋转全漂浮下套管的套管下入情况。结果表明,采用漂浮下套管技术时,漂浮段长选择4 600 m,即漂浮接箍安放位置在3 500 m处;采用旋转全漂浮下套管技术时,推荐转速为10 r/min。2种下套管技术均可确保套管顺利下入,套管下放摩阻小,极大提高了套管悬重,降低了套管柱发生屈曲的风险。

埕海XX大位移水平井244.5 mm套管全漂浮下入研究与分析

大港油田埕海XX井完钻井深3850 m,水平位移3098 m,其中244.5 mm技术套管采用全漂浮工艺下深至3485 m,中完水垂比达2.58,创造中石油244.5 mm套管漂浮下套管漂浮段长度纪录。该井311.1 mm井眼下244.5 mm套管,高水垂比的井身结构决定了较大的井筒摩阻,进而导致套管下入悬重不足、易遇阻、易黏卡等难题的发生。结合全漂浮下套管原理、下入工艺与工程配套、现场实施与应用效果评价开展了套管下入研究与分析。分析结果推荐该井身结构的大位移水平井采用全漂浮下套管工艺进行套管下入,采用全漂浮工艺不仅可以使套管悬重下入至预定深度,下入过程中大幅减少侧向压力,显著地减小下套管黏卡风险,且施工安全性大为提高。

基于物联网的抽油机井智能优化运行技术研究

为解决油井人工监测跟踪维护工作量大、优化方案调整不及时、无法满足油井智能化需求等问题,在大庆油田开展了抽油机井智能控制方法研究与评价。建立了适用于定向井的抽油机井泵示功图计算方法,进行泵功图分析和产量计量;由泵载荷、多相管流模型、油套环空内气液柱分布规律,计算动液面;通过室内模拟试验井测试评价,基于物联网的抽油机井智能控制系统产量和动液面计算精度较高。开展以井下抽油泵充满度为目标的优化控制试验,当发生供液不足时,系统自动降低运行冲次,泵充满度由34.17%逐渐增加到93.17%,泵防抽空功能得到了有效验证,节电率达到10.90%。该控制系统实时监测油井工况,实现参数自动优化,降低油井泵抽空现象的发生,可实现抽油机井高效运行,有效提高油井智能化管理水平。

真空渗流场作用下的渗透固结

对真空预压法的机理进行研究。研究结果表明:真空预压是真空渗流场作用下的渗透固结,它从顶部抽真空,所产生的真空度在沿竖向排水通道向下传递过程中随深度递减,其作用是在沿各竖向排水通道产生无数动态完整井,并以各完整井为中心产生无数凸面向下的降落漏斗,各降落漏斗即形成真空渗流场。其中土体将以各完整井为中心产生渗透固结,并使整个土体强度得到改善。采用真空预压法有效加固的深度小于动态完整井所能达到的深度、其残余沉降量大于其竖向回弹量。

抽水试验模型与地下水动力学实验教学

抽水试验是地下水动力学这门专业基础课中一项重要的试验项目,具有很强的实践性。目前,生产单位难以接收地下水科学与工程等专业本科生赴工地进行抽水试验实习,而野外开展抽水试验进行实验教学具有耗时长、耗资大等缺点,为此,作者介绍一种可在室内开展抽水试验的模拟装置,包括设计思路、仪器结构、功能及工作原理、试验过程及数据处理分析等。该试验项目的开展一方面节省了实验教学时间和成本,另一方面可引导学生采用"概化模型"观念认识复杂地质体,对水文地质实验教学的发展起到一定的推动作用。

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究,着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理.实验的总剂量为200 krad(Si),测试点分别为30 krad(Si),100 krad(Si),150 krad(Si)和200 krad(Si),剂量率为50 rad(Si)/s.实验结果发现随着辐照总剂量的增加,器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加.其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因,而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流.实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化,并且与3晶体管像素结构不同,4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.

温度对4管像素结构CMOS图像传感器性能参数的影响

为了对4管像素结构CMOS图像传感器的空间应用提供可靠性指导,对4管像素结构的CMOS图像传感器进行了-40~80℃的变温实验,着重分析了样品器件的转换增益、满阱容量、饱和输出和暗电流等参数随温度的变化规律。实验结果表明,随着温度的升高,样品器件的转换增益从0.026 54 DN/e下降到0.023 79 DN/e,饱和输出从4 030 DN下降到3 396 DN,并且暗电流从22.9 e·pixel-1·s-1增长到649 e·pixel-1·s-1。其中器件转换增益的减小应主要归因于载流子迁移率随温度升高而下降使得像素后端读出电路增益降低;饱和输出的降低则是因为转换增益的降低,因为转换增益随温度变化对饱和输出的影响要大于满阱容量随温度变化对饱和输出的影响。

推扫式遥感相机超满阱大动态范围成像

为了提高推扫式遥感相机的动态范围,对应用DTDI(Digital domain Time Delay Integration)技术并采用固定积分级数的成像方法以及高动态范围图像的显示方法等进行研究。首先介绍了DTDI技术基本原理,然后利用该技术突破传统模拟域TDI的满阱电荷限制,获得更高深度、更大动态范围的灰度图像数据,进而拓展了推扫式遥感相机的动态范围。最后结合图像熵和图像灰度分布方差构造评价函数,并将其作为判据选择被关注目标高动态范围图像的最优显示窗口,将信息量最大、层次最为丰富的区间自动显示出来。计算和实验结果表明,当固定积分级数为64的时候,推扫式遥感相机的动态范围可以有效地提高36.124dB;基于评价函数的显示窗口自动选取方法较人工选择能够更加快速、准确地显示最优结果。本文提出的方法能够基本满足推扫式遥感相机领域大动态范围成像及选择显示的需求。

东北农牧交错区绵羊的自由放养与设计饲养

探讨了在草地自由放养基础上的家畜饲养方式 ,提出在东北农牧交错区要进行设计饲养 ,即在利用草地草、农田残茬、林带草和树木落叶自由放养的基础上 ,按着动物的生长规律设计增重要求 ,同时利用能量和蛋白质饲料进行补饲 .这种日常计划饲养方式有利于草地管理及家畜生产 ,是我国草地畜牧业的改进发展方向 .在东北农牧交错区 ,当年生羔羊羯羊日粮中若加入 2 0 %的豆科牧草 ,当年体重可以增加 4 0 %～ 6 5 % ,即达到 5 2～ 6 1kg .这不仅会满足商品畜当年出栏的高标准要求 ,缩短家畜的存栏期 ,增进畜牧业效益 ,同时也必将减轻放牧家畜对草原次年的压力 .

CCD MPP结构制作工艺技术研究

在1024×1024可见光电荷耦合器件(CCD)的基础上增加了MPP(Multi-Pinned Phase)结构设计和工艺制作。制得的1024×1024可见光MPP CCD实现了MPP功能,有效抑制了CCD表面暗电流的产生。当MPP注入剂量为(6±2)×1011cm-2时,其暗电流密度下降了2/3,满阱电荷下降了1/2。

四管像素满阱容量影响因素研究

在分析光电二极管电容、浮空节点电容以及电荷转移效果这三方面影响满阱容量的基础上,着重讨论了最重要的光电二极管电容对满阱容量的影响,建立了满阱容量的计算模型。将测试结果与模型公式进行拟合,可以预估像素的满阱容量,指导像素设计。为了提高四管像素的满阱容量,提出在钳位光电二极管与浮空节点之间增加P型注入层稳定阱容量的方法。增加P型注入层可以大幅减小积分时间内光电二极管中储存的光生电子向浮空节点方向的泄漏,从而有效稳定阱容量。测试结果表明,在多种工艺条件下,像素的满阱容量从基本可以忽略提升至十万个电子的量级。

卡布其露天矿6~#溜井及风井降段方案研究

卡布其石灰石矿6#溜井跟其他溜井不同的是距离很近的地方有一风井。论述了"满井法"和"空井法"的优缺点,然后根据矿山实际情况应用特殊"空井法"对溜井及风井进行降段,即保证了溜井正常降段,又使风井得到安全合理的降段。

电荷累加型TDICMOS探测器测试方法研究

随着航天遥感领域对分辨率、高速传输、低功耗方面需求的提高,基于电荷累加的TDICMOS探测器应运而生。该探测器无论在工艺上还是探测器结构上均与TDICCD和传统数字累加的CMOS器件有着本质的不同。因此,许多关于探测器性能参数的测试方法无法适用于电荷累加的TDICMOS。本文基于电荷累加TDICMOS的自身特性,先后提出了关于电荷-DN转换因子、满阱电荷、电荷转移效率、读出噪声等参数的新测试方法,同时搭建TDICMOS测试系统进行实验验证。实验证明了上述测试方法的正确性和工程可实现性,为今后TDICMOS工程应用提供了重要依据。

欠平衡钻水平井全井段气液两相流模型研究

为了给欠平衡钻水平井技术提供工程设计依据,根据气液两相流研究方法在欠平衡钻井中的应用评价结果,利用环空及圆管内的气液两相流力学研究成果,建立了欠平衡钻水平井全井段气液两相流模型,用数值求解方法求解了该模型,并通过现场测量数据和试验数据验证了该模型的预测结果。该欠平衡钻井模型能模拟欠平衡钻水平井的全过程,预测欠平衡钻井过程中井底压力变化规律,对欠平衡钻井环空及钻柱内压力的预测精度在5%左右,能够满足欠平衡钻井工程设计的要求。该模型为欠平衡钻井井底压力预测及控制提供了理论依据,保证了欠平衡钻井的成功实施。