井眼清洁工具作用下岩屑颗粒运动规律研究

在复杂结构井钻井过程中常有岩屑成床现象发生,容易造成一系列井下复杂问题,严重影响施工效率。目前一种螺旋式工具已被用于解决井眼清洁问题,应用效果较好。针对这种工具的基本结构,通过研究岩屑颗粒在螺旋式工具叶片上的运动,建立数学模型,得出这种工具螺旋角在不同井斜角条件下对岩屑颗粒通过该工具后的轴向、切向速度影响关系。研究结果表明:该螺旋式工具对岩屑颗粒运移有明显的加速作用,利于清除岩屑床;螺旋角作为清除岩屑床螺旋式工具的可控参数对工具性能产生重要影响;随着螺旋角增大,经过螺旋工具作用的岩屑颗粒切向速度逐渐增大,轴向速度逐渐减小,调整螺旋角可以使岩屑颗粒产生所需的速度以提高工具清屑效率。

幂律流体中岩屑颗粒沉降速度实验

钻井过程中,任何井型都需要钻井液有效携带岩屑上返,以保持井眼清洁;但由于岩屑颗粒与钻井液存在密度差,遇到接单根、停钻等工况,岩屑颗粒就会在钻井液中沉降。对于大斜度井和水平井,岩屑沉降后会堆积在造斜和水平井段,形成岩屑床,造成恶性井下安全事故,因此,深入研究岩屑颗粒在钻井液中的沉降规律十分重要。文中首先综述了不同形状、不同粒径的固体颗粒在牛顿流体中的阻力系数和沉降速度计算模型,分析了牛顿流体中固体颗粒雷诺数和阻力系数之间的关系;应用与研究固体颗粒在牛顿流体中沉降的相同方法,并通过室内实验,得到了不同粒径岩屑颗粒在幂律流体中的沉降速度模型、颗粒雷诺数与阻力系数之间的关系模型。

岩屑颗粒在紊流运动场中的沉降特性

利用摄动法分析求解岩屑颗粒在紊流运动场中的沉降运动。在零阶摄动解中,忽略流体的加速度,从而紊流场内颗粒与流体间的相对速度等于静止液体中的自由沉降速度,由此分析了颗粒在漩涡场中的运动轨迹。其次考虑流体加速度的影响,以ε=1/g|du_f/dt|作为参数摄动小量,讨论了紊流场的性质对颗粒运动的影响。结果表明脉动频率及紊流运动强度通过改变阻力而减小颗粒的沉降速度,但对重颗粒的影响较小。

基于熵率超像素和区域合并的岩屑颗粒图像分割

针对岩屑颗粒密集和颗粒表面纹理复杂的特点,提出一种基于熵率超像素分割和区域合并的分割方法。熵率超像素分割将图像分为一系列紧凑的、具有区域一致性的区域,不仅边缘定位准确且降低图像计算的复杂度;针对存在的过分割情况,提出一种结合颜色直方图和形状信息的合并准则,进行基于RAG结构的快速区域合并,得到最后分割结果。实验结果表明,将该方法用于岩屑颗粒图像分割,能够取得较好的实验效果。

基于改进P-Unet模型的岩屑颗粒识别

提出了一种基于改进P-Unet模型的岩屑颗粒识别方法。该方法基于Unet模型结构,运用金字塔池化模块聚合不同区域的上下文特征信息,以充分利用全局信息。改进P-Unet模型采用了残差网络ResNeXt101,在提高岩屑颗粒识别准确率前提下,减少了超参数数量。该模型采用了焦点损失函数,在一定程度上解决岩屑颗粒类别不平衡的问题,同时运用深度可分离卷积代替传统卷积,较大程度减少了网络的参数以及预测的时间。实验结果表明,改进P-Unet模型得到的识别准确率对比同类先进算法有一定的提升,对岩屑颗粒识别的结果更加准确。

形状差异的岩屑颗粒沉降规律及曳力系数模型

油气钻井中,岩屑颗粒在井筒中自由沉降会引起沉砂卡钻等问题。为了探究岩屑颗粒沉降规律,开展了模拟岩屑颗粒自由沉降实验。利用沉降实验数据和图像处理技术,计算出10种不同形状颗粒在9种非牛顿流体中的沉降末速度与曳力系数,研究了颗粒形状和流变性对沉降的影响规律,并探究了现有曳力系数模型对非球形颗粒在非牛顿流体中的适用性。结果表明,颗粒偏离球形程度越大,在流体中越难沉降。流体黏度增加可有效抑制沉降的发生,且流体非牛顿性越强,对沉降的抑制作用越明显。现有曳力系数模型不适合描述非牛顿流体中非球形颗粒沉降规律,因此,构建了一种新的形状因子,并结合该形状因子建立了新的曳力系数模型。误差分析结果显示,新模型对沉降实验测量数据具有良好的拟合性,决定系数R^(2)大于0.99。较现有模型预测精度提高了50.5%,预测真实岩屑颗粒曳力系数的误差在15%以内,可较好地描述不同形状岩屑颗粒的沉降曳力系数规律,对提高钻井过程中颗粒流体稳定性具有重要理论和现实意义。

基于边缘流和区域合并的岩屑颗粒图像分割

边缘流分割算法可利用图像的多种特征进行准确的图像分割,但传统的边缘流分割算法运算复杂度高,容易造成过分割.针对这些问题,作者对边缘流算法进行改进,并提出一种基于边缘流和区域合并的图像分割方法.该方法首先对原始彩色图像进行改进的边缘流分割;再通过曲线演化和边缘连接得到封闭的边缘;最后根据区域颜色相似度对初分割的图像进行区域合并,得到最终的分割结果.实验表明,该方法提高了分割效率,解决了过分割问题,将该方法应用于岩屑颗粒图像分割取得了较好效果.

砂样岩屑图像特征的岩性智能高效识别

在录井过程中,岩屑的岩性分析主要依靠人工,效率较低且稳定性较差,难以在钻进地层过程中快速识别岩性变化。为此,提出基于砂样图像中颗粒岩屑纹理、色泽和形状等特征的岩性智能识别方法。首先,计算砂样图像的像素值梯度并求取颗粒质心,采用分水岭算法获取颗粒岩屑轮廓线并标记;然后,采用图像分割算法从砂样图像中分离出待检测的单个颗粒岩屑图像,建立颗粒岩屑图像样本库;最后,利用注意力机制及特征融合模块改进MobileNetV2网络,提取颗粒岩屑特征并分类,实现单个颗粒岩屑图像岩性识别,进而获取砂样岩性成分比。该方法将以往岩性智能识别过程中常采用的砂样整体识别方式转变为对砂样中单颗粒岩屑的岩性识别,大幅度减少了颗粒岩屑之间的相互干扰。多个油气区块的砂样图像测试结果表明,该方法对灰岩、泥岩、砂岩和页岩的识别准确率均不低于92%,一组砂样图像岩性分析的用时小于10 s。

基于CFD-DEM耦合模型的岩屑运移数值模拟分析

为了提高大位移水平井钻井过程中井眼环空的岩屑颗粒运移效率,文中以岩屑颗粒运移速度作为评判运移效率指标,采用CFD-DEM耦合模型进行数值模拟,分析了钻杆偏心度、钻井液入口流速、钻杆转速和岩屑粒径对岩屑颗粒运移速度的影响规律。模拟仿真结果得出:钻杆偏心度的增大将导致悬浮层岩屑颗粒平均运移速度降低,其中偏心度大于0.50时,岩屑颗粒更易形成岩屑床;岩屑粒径的增大将使得沉降速度增大,从而导致岩屑颗粒运移速度降低,岩屑粒径超过1.5 mm时,岩屑颗粒运移速度降低较为明显;提高钻杆转速,对岩屑颗粒运移速度的提升效果较小,但会使得岩屑滞留量减少;增大钻井液入口流速,能够使得岩屑颗粒运移速度同比例增大。为了减少岩屑床的形成,增大井眼清洁程度,应增大钻杆转速与钻井液入口流速,减小岩屑粒径。文中所建立的耦合模型也可为岩屑颗粒运移的研究提供一定的理论指导。

应用蒙特卡络优化方法评价水平井岩屑床厚度

本文根据理论研究所得到的计算大斜度段及水平井段岩屑床厚度的经验模式，引用蒙特卡络非线性优化方法，对我国已完钻的７口水平井的资料进行了分析，并且提出了以２ｃｍ为大斜度段和水平井段钻进的岩屑床安全厚度，再考虑适当的附加值来设计第三洗井区的环空返速的方法。

基于计算流体力学与离散单元法并行计算的煤层气井大粒径岩屑运动规律初探

在计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合并行计算的基础上,对大粒径、非球体岩屑在煤层气井"扩径"井段的沉积及运移规律进行了数值模拟。利用FLUENT建立了井眼交汇处"扩径"井段计算模型。利用DEM软件建立大粒径岩屑颗粒的离散元模型。借助集群并行计算优势,首先通过与实验数据的对比证实该CFD-DEM耦合模型的计算精确性、可用性;随后,基于钻井现场岩屑颗粒的采样及对其粒径、形状统计,将岩屑颗粒简化为片状进行计算。对不同粒径岩屑在"扩径"井段的运移及沉积过程进行了模拟再现,量化了粒径对岩屑在该区域的运移能力的影响。研究发现,在通过"扩径"区域时绝大部分的岩屑颗粒将沉积,体现了"扩径"段对大颗粒岩屑的"收纳"作用;岩屑粒径对运移能力有关键影响,粒径岩屑的增加造成其运移能力的指数形式衰减;而钻井液排量的增加对提升携岩能力效果不够明显。分析结果对地下钻井工程具有实际参考意义。

空气钻井中颗粒对排气管的冲蚀分析

空气钻井中,携带岩屑颗粒的高速气体对管柱、尤其对地面的排气弯管会造成严重的冲蚀。利用CFD软件计算了90°弯角的排气管中气体的压力和速度分布,仿真了弯管中颗粒的运移轨迹,对比了不同弯角下颗粒对排气管的冲蚀速率,定性地分析了岩屑颗粒对排气管的冲蚀规律。结果表明,在弯管外侧壁面的气体压力明显大于弯管内侧壁面,速度则体现相反规律;弯管外侧是最易发生冲蚀的位置;颗粒对弯管的冲蚀速率是随着弯角的增大而增大,但是在不同的弯角范围内,冲蚀速率的变化趋势不同,在20°～40°范围内冲蚀速率变化较缓慢,在100°～140°范围内冲蚀速率变化速度明显增加。

双循环钻井携岩系统CFD-DEM仿真及工具优化

为了进一步提高双循环钻井技术在煤层气钻井中的钻进效率,在介绍颗粒运动方程及Hertz-Mindlin接触模型的基础上,建立了双循环全井仿真模型,利用CFD-DEM耦合模型对双循环钻井技术进行了再现,展示了辅助循环的作用机理,并依据仿真结果对辅助循环喷嘴进行了优化。分析结果表明:双循环系统的共同作用对携岩效果的改善非常明显,辅助循环对改善钻井携岩效果具有正作用,喷嘴入射角度在40°±10°范围时双循环系统携岩效果最好,辅助循环工作效果最佳。所得结论可为双循环钻井系统的现场应用提供参考。

石油钻井超深井大尺寸井眼段清洁因素分析

深井超深井由于受井身结构限制,上部裸眼井段超长且井眼尺寸大,为钻井过程中井眼的清洁带来较大困扰,目前主要采取的措施为提高排量、适当提高钻井液黏切、重浆举砂、稠浆携砂等。但当钻井液密度较高时,这些措施在现场难以实施。以蓬深X井333.4 mm大尺寸井段为例,从钻井液循环排量、动切力、表观黏度、井径扩大率等方面对岩屑颗粒传输比进行计算,分析影响大尺寸井眼清洁的主要因素,结果表明:在钻井液密度2.20 g/cm^(3)下,排量提高和井眼扩大对井眼清洁的影响不明显,但钻井液的动切力降低将直接导致井眼清洁程度的降低。对该构造2口井现场钻井施工与钻井液性能参数调控进行了指导,取得了显著效果。

矿井水的净化与应用

充州矿业（集团）公司南屯煤矿是1973年建成的大型矿井。经过改造和扩建，现在已经成为年产原煤400万吨的特大型矿井。由于煤矿井下的开采，围岩中的地下水涌入到矿井的排水系统以后，便携带了大量的粉尘和巷道顶底板岩层的岩屑颗粒等，使得水质变得很差，特别是悬浮物的含量升高和细菌、霉菌的繁殖速度增快，水质相当混浊，需要对矿井水进行必要的净化处理以后才能够加以利用。

四川盆地西北部早-晚三叠世物源分析及其构造意义

对含油气盆地的地质构造、源汇体系进行研究是厘清盆山关系的关键,也是进行油气勘探的重要基础工作。经研究分析可得,川西北地区早三叠世早期物源主要来自于康滇古陆,之后物源逐渐转移为龙门山岛链以及秦岭造山带,到中叠世时期,川西北地区无碎屑岩,周缘物源区活动暂停,直到晚三叠世,由于古特提斯洋的闭合,周缘活动重新开始,形成多物源体系,主要物源来自于秦岭造山带,龙门山褶皱带以及松潘-甘孜褶皱带。

适用于大量样品的钙质超微化石制片方法

选择合适的制片方法对于研究钙质超微化石十分重要。针对粗颗粒碎屑岩和钻井岩屑,制片时需要使用大量样品的情况,提出包含震荡混合和二次悬浮操作流程的钙质超微化石制片方法。重复实验表明,该方法获得的属种丰度误差一般低于10%,可以满足常规和定量钙质超微化石生物地层和群落分析的需要。