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。

基于仿真的复合冲击破岩流固热耦合场分析

为了揭示复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩机理,以温度为纽带,通过迭代算法建立复合冲击载荷下PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型,同时以PDC钻头切削齿温度为评价指标验证仿真模型;从动态破岩过程、力学变化行为、温度演化规律和流场分布特征等4个方面完成复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩工作特性分析。分析结果表明:PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型误差在10%以内,满足工程分析精度需求;PDC钻头破岩过程分为单齿破岩、平面破岩和深度破岩3个阶段,增加复合冲击载荷后PDC钻头最大扭矩增大66.3%,平均扭矩增大28.0%;PDC钻头的高温区域分布在钻头最底部切削齿表面,最高温度达到166.9℃;钻井液在PDC钻头刀翼外侧切削齿产生高压区域,最大压力达到107.9 kPa;钻井液在喷嘴出口处流速最大,达到6.1 m/s。研究结果可为揭示复合冲击破岩机理、开发高效PDC钻头提供理论指导和技术支持。

随钻扩眼钻压分配规律的试验研究

随钻扩眼钻井技术可在全面钻进的同时实现裸眼井段的扩径,能有效减少起下钻次数、提高钻井效率。随钻扩眼过程中领眼钻头和扩眼器上钻压、扭矩的分配与地层岩石性质、钻井参数、钻具结构等多种因素有关,因此提出能反映实际随钻扩眼过程的理论或试验方案是钻压分配规律研究的关键。为了在室内试验环境下模拟实际随钻扩眼过程,设计并进行了全尺寸随钻扩眼破岩试验。设计加工了ø215.9 mm PDC领眼钻头和扩眼直径可调(242、260 mm)的试验用扩眼器,在钻头试验台架上进行了全尺寸破岩试验,研究了随钻扩眼过程中的钻压分配规律及其受岩石类型、钻压、转速及扩眼直径的影响。试验结果表明:钻压比和扭矩比随总钻压的增大而增大,随岩石强度的减小而增大,但基本不受钻速的影响;扩眼器刀翼切削区域攻击性越强,相应的钻压比越大。所得结论可为随钻扩眼作业的钻井参数和钻具组合优化提供依据。

硬地层PDC钻头切削齿尺寸及后倾角优化设计

PDC钻头是目前石油钻井中使用较为广泛的一种破岩工具,但其在硬地层中的使用效果不佳,钻进效率低,使用寿命短。PDC钻头的切削齿尺寸、后倾角等是影响其钻进性能的重要参数,通过室内微钻头试验,综合考虑硬地层PDC钻头布齿设计中切削齿的重叠和覆盖情况,以相同钻压下微钻头在岩样表面旋转一周的切削深度作为评价其破岩效率的指标,分析了切削齿尺寸、后倾角等对硬地层PDC钻头破岩效率的影响。结果表明:在钻进可钻性超过Ⅵ级的硬地层时,切削齿尺寸越大,其破岩效率越低;钻进可钻性为Ⅵ—Ⅶ级的硬地层时,13.44mm切削齿的破岩效率最高,其最佳后倾角为15°。

金刚石粒度对孕镶金刚石钻头性能的影响

孕镶金刚石钻头已获得了广泛的应用 ,但人们对其性能和钻头金刚石参数间的一些问题仍需进一步认识。本文通过理论计算得出了钻头唇面上金刚石的分布模型 ,其结论与实际相吻合 ;并以此为依据 。

钻头钻速与金刚石粒度间的定量关系研究

根据孕镶金刚石钻头钻进时的排粉要求 ,对钻头的金刚石粒度与钻头钻速之间的关系进行了理论分析与计算 ,得出了它们间的量化公式 ,列出了可作为钻头设计的参数数据实例 ,这些数据可用来指导钻头生产。

布齿参数对PDC钻头破岩效率影响的试验

PDC切削齿尺寸、后倾角和布齿密度是影响PDC钻头性能的重要设计参数。采用室内钻进试验方法,考察切削齿尺寸、后倾角和布齿密度对PDC钻头破岩效率的影响。结果表明：对可钻性为Ⅲ级以下的岩石,直径19 mm切削齿的破岩效率最高;对可钻性为Ⅳ-Ⅴ级的岩石,直径16 mm切削齿的破岩效率最高;采用直径19 mm和16 mm切削齿时,后倾角为15°左右时的破岩效率最高;随布齿密度增大,破岩效率降低,特别是在可钻性为Ⅲ级以下的岩石中,布齿密度的影响更为明显。

具有鲁棒性与数据嵌入能力的JPEG压缩图像加密算法

针对JPEG图像加密算法引起的比特流大小增加与鲁棒性较差的问题,提出了一种具有鲁棒性与数据嵌入能力的JPEG图像格式兼容的加密算法。利用AC系数抓取纹理信息并生成部分区域,基于该区域将DC系数编码,使用八个不同的顺序扫描AC系数,选择其中比特流大小最小的顺序,并提取每块的AC系数,操作AC系数来增加置换的范围。算法的主要过程均具有可逆性,可成功提取嵌入信息并且完美地重建原图像。基于真实JPEG照片的实验结果表明,本算法对素描攻击具有鲁棒性,可抑制比特流大小增加且具有数据嵌入的能力。

轻量化绝对式多圈光电编码器研究

为有效减小多圈编码器体积、重量并满足高位数多圈记忆的要求,设计了轻量化绝对式多圈光电编码器。多圈编码器采用绝对式矩阵码盘设计,将编码器的绝对码设计在齿轮上,减小了以往绝对式多圈编码器的多级码盘结构和齿轮结构;采用多级齿轮串行结构,缩小了多圈编码器齿轮的高度,便于安装、结构简单。设计的14位超高位数绝对式多圈光电编码器,外形尺寸为φ60mm×20mm,圈数为214=16 384圈,实现了电机转动圈数的绝对记忆功能,具有圈数记忆位数高、重量轻的特点。

全尺寸PDC钻头复合冲击破岩机理的有限元分析

针对坚硬地层破岩效率低、钻具粘滑振动造成钻头寿命降低等问题,通过ANSYS有限元分析软件对全尺寸钻头复合冲击破岩机理进行研究。分析了冲击频率、钻压和转速对钻头破岩效率的影响,通过分析发现钻头破岩过程中,岩石内部既存在拉应力,也存在压应力,岩石破坏表现形式为“拉伸+压剪”的综合作用破坏。研究得出在扭转冲击频率为25 Hz条件下,此时轴向冲击的最佳频率为13 Hz,在这2种冲击频率的配合下机械钻速最快;钻压对机械钻速影响较大,两者呈线性正相关关系,并回归出有无冲击载荷条件下钻头机械钻速与钻压的变化关系式;转速对机械钻速的影响较小,两者呈微增趋势,分析认为是坚硬岩层使PDC钻头变切削为研磨状态导致机械钻速变化不大;复合冲击在地层钻进中能明显提高机械钻速。全尺寸PDC钻头复合冲击破岩机理研究对于钻进效率的提高和复合冲击技术的发展具有重要意义。

一种基于MPEG-4的感兴趣区域视频编码新方法

本文提出了一种基于MPEG 4的感兴趣区域视频编码新方法.通过对感兴趣区边沿宏块采用强制帧内编码及宏块内预测编码时参考位置的自适应选择,该方法有效地抑制了数据噪声的扩散和传播.通过采用自适应宏块大小的运动估计/补偿算法,提高了感兴趣区特别是图像运动复杂的感兴趣区的编码效率及质量.在码率分配部分,本文方法通过计算不同区域的图像复杂性和能量,依据用户可设定的感兴趣权重因子不等重地分配可用码率资源.实验证明,本文方法较大程度改善了感兴趣区视频编码的压缩效率,提高了码率分配地灵活性和有效性.

一种自适应变步长的功率控制技术新算法

提出了移动通信系统中一种自适应变步长的功率控制算法。在此算法中系统根据接收到的功率控制比特格式自动调整功率控制步长,然后与固定步长功率控制进行比较,可以更好的克服信道衰落所带来的影响。由于对接收功率测量的精确程度决定了功率控制的效果,因此在功率控制机制中功率测量是十分重要的。

PDC钻头切削齿切削角度对破岩效果影响规律的研究

利用有限元数值模拟方法,研究石油钻井PDC钻头破岩过程中切削齿与岩石相互作用的规律,分析PDC钻头切削齿切削角度与破岩效果的关系,以优化切削齿的切削角度。通过数值模拟分析,得到了在不同岩性中切削齿切削角度与破岩体积、破碎比功之间的关系。

自适应滤波器在自编码扩频系统中的应用

为满足自编码扩频系统中信源序列随机化的要求,对信源随机化方法进行了研究,使用了一种自适应滤波器,利用其前向预测功能从信源序列中提取自编码扩频序列。该滤波器是在线性自适应滤波器中引入非线性神经元网络层构成,采用了一种新的变步长的更新算法,并简化了滤波器各项参数的更新,实现了一种基于自适应滤波器的信源随机化方法。仿真实验结果表明,使用自适应滤波器提取的自编码扩频序列完全满足自编码扩频通信的要求,系统误码率有所改善。

金刚石钻头和金刚石锯片中金刚石粒度设计

通过对金刚石钻头和金刚石锯片中金刚石切入岩石深度的计算分析 ,以及对不同粒度金刚石出刃高度差值的计算分析 ,提出了金刚石钻头和金刚石锯片中金刚石粒度设计的方法。

合理设计岩屑规程 保证正常钻进条件——金刚石钻进技术专题之一

论述了正常钻进的条件,提出了合理岩屑规程是保证正常钻进的关键和设计钻头的主要依据之一,讨论了岩屑规程与金刚石钻头唇面工作状态、孔底表面粗糙度和岩屑粒度的关系,提出了相应的建议。

钻头牙轮形状尺寸自动化测量系统

根据钻头牙轮测量的特点 ,研制了一套对牙轮位置、角度等尺寸进行自动化检测的系统 ,系统由机械和电气两部分组成。系统测量方法首先是按照牙轮工件齿锥面或齿孔轴线的理论角度对其进行旋转 ,使其被测齿锥面或齿孔轴线处于水平位置 ,然后驱动电感传感器划过齿锥面或齿孔底面 ,得到一组由光栅尺和电感传感器共同给出的位置尺寸数据 ,最后利用这些数据通过线性回归和极坐标旋转公式求出牙轮实际角度和实际位置尺寸。本系统的测量结果与三坐标测量结果相比 ,角度值相差不到 2′ ,位置尺寸相差不到 0 0 1mm。

PDC钻头布齿参数与地层适应性的试验研究

根据地层性质合理选择或设计PDC钻头可以显著提高钻井效率。为指导PDC钻头合理选型及个性化设计,选取21只试验钻头,在6种不同可钻性级别的岩石上进行钻进试验,研究了在钻进不同可钻性级别的岩石中切削齿尺寸、后倾角、布齿密度的合理取值问题。结果表明:(1)当岩石可钻性级别小于Ⅲ时,破岩效率随切削齿尺寸的增大而增大;(2)当岩石可钻性级别大于Ⅲ时,16 mm切削齿的破岩效率最高;(3)切削齿尺寸对破岩效率产生不同影响规律的岩石可钻性级值分界点为3.11;(4)在6种不同可钻性级别的岩石中,随切削齿后倾角增大,破岩效率均呈线性规律降低,但随着岩石可钻性级别的增大,后倾角对破岩效率的影响程度降低;(5)在不同可钻性级别的岩石中,随着布齿密度增大,破岩效率均呈幂函数规律降低。该研究成果为按岩石可钻性级别合理选择PDC钻头提供了依据。

网格对潜孔锤钻头球齿冲击过程数值模拟的影响

潜孔锤钻头冲击钻进的过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程。对这一复杂过程的研究,目前主要是利用实验方法。应用非线性显式三维有限元求解程序LS-DYNA3D,采用与岩石性质较接近的混凝土模型,对潜孔锤钻头硬质合金球齿冲击混凝土板的过程进行了仿真计算,讨论了不同网格尺寸对冲击力、冲击速度及破碎坑深度的影响等。

超低功耗逐次逼近寄存器型模数转换器的设计

采用逐次逼近方式设计了一个12 bit的超低功耗模数转换器(ADC)。为减小整个ADC的芯片面积、功耗和误差,提高有效位数(ENOB),在整个ADC的设计过程中采用了一种改进的分段电容数模转换器(DAC)阵列结构。重点考虑了同步时序产生电路结构,对以上两个模块的版图设计进行了精细的布局。采用0.18μm CMOS工艺,该ADC的信噪比(SNR)为72 d B,有效位数(ENOB)为11.7 bit,该ADC的芯片面积只有0.36 mm2,典型的功耗仅为40μW,微分非线性误差小到0.6 LSB、积分非线性误差只有0.63 LSB。整个ADC性能达到设计要求。