井中方位纵波远探测: 理论、实验与现场应用

能够测量井外数十米地质构造距离和方位的远探测声波测井正成为一种重要的地球物理应用技术.1:1地层条件下井外含反射界面的远探测测量和分析为此技术提供了物理验证.本文首先利用虚源和柱面波展开理论推导了充液井孔中单极反射纵波方位接收声场的解析形式,通过模拟证明了单井的声波辐射和接收与双井之间的辐射和接收的等效性,在此基础上提出利用两口模型井来实现方位纵波远探测实验,即在测量井中放置多方位反射纵波接收声系,在另一口副井中放置单极子声源向测量井定向辐射纵波以等效来自井外地质体的反射波,依托实验室的模型井群进行井中方位纵波远探测实验研究.实验测量结果表明井中接收反射纵波的幅度和到时对井外反射体(定向辐射波)具有较好的方位灵敏度,可由此来实现井外地质异常体的精准定位.在理论与实验指导下自主设计研制了方位纵波远探测仪器样机并开展了现场井测试成功获得高信噪比的方位反射信号,充分验证了方位纵波远探测技术的准确性和有效性.

渗流运动虚拟仿真实验平台设计与实现

下渗实验与井流实验是水文地质学科专业基础教学的重要实践内容,灵活开展定水头、变水头下渗及潜水、承压水井流实验是对本科生专业技能训练的基本要求。由于实验设备与空间不足,在有限学时内,无法为学生呈现完整的实验过程,且渗流运动发生于看不见摸不到的地面以下,对其理解具有一定难度,制约实验教学效果。为此,设计包气带—饱和带渗流运动模拟虚拟仿真实验平台,涵盖实验导学、下渗实验与井流实验等主要环节,重点模拟包括野外样品采集与理化性质测试、装填土柱等基本实验操作环节,同时拓展降水条件下,野外变水头下渗及井流过程的交互式虚拟仿真实验。通过可视化的仿真结果,帮助学生理解下渗及井流过程,为提升水文地质专业实践教学效果提供了一种有效途径。

煤层气井管壁粘附煤粉影响因素实验

为了解决煤层气井煤粉在炮眼、筛管、管壁、泵筒和泵阀的粘附造成的炮眼、筛管堵塞,固定阀漏失等问题。在静粘结附着理论的基础上,建立了变流道动粘附煤粉启动模型,分析了煤层气井管壁煤粉动粘附机理,通过理论建模与室内实验相结合的方法,综合考虑了井液温度、煤粉质量浓度、煤粉颗粒粒径、井液流速等对煤粉管壁动粘附规律的影响,基于控制变量法,进行了煤粉管壁动粘附各因素影响实验,得出管壁煤粉动粘附在不同井液温度、井液流速、煤粉质量浓度和煤粉粒径条件下的特性曲线,给出不同条件下管壁煤粉动粘附规律。结果表明:煤粉粘附速率随着煤粉粒径、煤粉浓度、井液温度的增加而增加,随着井液流速的增加而减少。可见管壁煤粉动粘附特性规律为煤层气井管壁煤粉冲洗工艺设计提供理论依据,对保障煤层气井连续稳定生产具有重要意义。

基于循环神经网络的测井曲线生成方法实验对比研究

循环神经网络已广范应用于测井缺失曲线生成及孔渗饱等物性参数预测。本文以存储式测井自然电位曲线生成为研究背景,构建Y油区数据集,包括训练集、验证集和测试集,分别采用RNN、GRU和LSTM网络,进行了实验研究。通过实验数据的对比和分析,表明在本文的研究背景下,三种循环神经网络的性能基本一致。

多元滤料在农村生态渗井的去污能力试验研究

随着农村地区经济社会的发展,渗井污染问题日益受到重视,而设置过滤层对防止渗井污染具有重要意义和作用。此次研究利用模型试验的方式,探讨多元滤料对农村单户渗井灰水污染物的过滤效果。结果显示,多元滤料对农村单户灰水中的污染物具有良好的过滤效果,建议在渗井建设中使用。根据试验结果,建议每35~45天进行一次滤料更换,以免影响多元滤料对污染物的过滤效果。

JGZ97型万米超深井钻机死绳固定器研制与安全性研究

针对死绳固定器绳轮强度、安全裕度不足和结构失稳等安全问题,根据JZG97型万米超深井钻机死绳固定器绳轮受力及结构特点,提出采用增加腹板的方法来解决死绳固定器绳轮存在的问题。采用有限元法数值模拟,分析了不同腹板绳轮的结构力学性能,三腹板绳轮的强度、安全裕度均满足钻井作业时的安全要求,确定采用三腹板绳轮。实物测试试验中,三腹板绳轮仿真结果与试验结果的最大相对误差为12.95%,综合分析仿真结果与实验结果基本吻合;线性屈曲分析表明,最大死绳拉力作用下的三腹板绳轮临界屈曲载荷为绳轮实际受载的48.8倍,满足结构稳定性要求。研究表明,三腹板绳轮可以解决死绳固定器绳轮存在的问题,可以为万米超深井钻机结构设计提供支持。

Modeling, analysis, and screening of cyclic pressure pulsing with nitrogen in hydraulically fractured wells

Cyclic pressure pulsing with nitrogen is studied for hydraulically fractured wells in depleted reservoirs.A compositional simulation model is constructed to represent the hydraulic fractures through local-grid refinement.The process is analyzed from both operational and reservoir/hydraulic-fracture perspectives.Key sensitivity parameters for the operational component are chosen as the injection rate,lengths of injection and soaking periods and the economic rate limit to shut-in the well.For the reservoir/hydraulic fracturing components,reservoir permeability,hydraulic fracture permeability,effective thickness and half-length are used.These parameters are varied at five levels.A full-factorial experimental design is utilized to run 1250 cases.The study shows that within the ranges studied,the gas-injection process is applied successfully for a 20-year project period with net present values based on the incremental recoveries greater than zero.It is observed that the cycle rate limit,injection and soaking periods must be optimized to maximize the efficiency.The simulation results are used to develop a neural network based proxy model that can be used as a screening tool for the process.The proxy model is validated with blind-cases with a correlation coefficient of 0.96.

煤矿井下水平保压取心保压触发装置研制与试验研究

瓦斯含量是煤矿安全开采和煤层气资源开发利用的重要评价指标,而保压取心技术是提高煤层瓦斯含量精确测定的有效途径。针对煤矿水平保压取心特殊工况,基于煤矿原位保压保瓦斯取心原理与技术,为提高保压煤样的采取率,研制了保压触发装置,系统设计了装置的密封保压单元、液压驱动模块和捞矛头与水平打捞器连接-脱卡机构等关键部件。搭建了保压触发装置工作性能地面试验系统,对装置性能进行试验研究。结果表明:在保压控制器阀盖5个典型的翻转方向工况下,保压触发装置的各功能模块均稳定运行,保压控制器均完成了翻转闭合;同时,钢丝绳顺利从取心钻杆内取出,有效防止取心器从孔底提至孔口过程中钢丝绳缠绕,避免引起设备故障。采用电动试压泵对已完成工作性能试验的取心器保压舱进行打压测试,结果表明:在最高压力为4.1 MPa条件下,压力表读数稳定,取心器保压舱内带压流体不发生泄漏,表明保压触发装置可触发取心器的密封保压功能。最后,在煤矿井下实际条件下对装置性能进行试验,结果表明:保压触发装置可在煤层实际工况下稳定实现取心器的密封保压功能,煤样采取率高达90%。保压触发装置的研发可促进煤矿水平保压取心技术的发展,对煤层瓦斯含量的精准测定具有重要意义。

海上高含水大液量水平井凝胶堵水数值模拟

复杂条件下的水平井化学堵水不可控因素多,施工条件苛刻,堵水成功率低。针对这些问题,文中采用物理实验及数值模拟,开展岩心尺度纳米酚醛凝胶堵水效果研究,建立了考虑交联反应、吸附理论的凝胶堵水机理模型,通过实验数据拟合,获取了Langmuir等温吸附系数、岩石最大吸附量和残余阻力系数等关键参数。以文昌19-1油田典型大液量(大于1000 m^(3))、高含水率(大于90%)水平井——A8H1井为例,通过近井地带网格加密建立单井堵水数值模型,开展水平井凝胶堵水效果影响因素研究。结果表明:堵剂用量受实际油藏岩石的吸附水平限制,A8H1井最优堵剂用量为250 m^(3);油井含水率越低,生产压差和地层渗透率级差越小,水平井凝胶堵水效果越好。研究成果可为类似复杂水平井凝胶堵水选井及工艺方案设计提供参考。

高井温地层单齿破碎砂岩破岩效率研究

切削齿是石油钻头最重要的切削元件,随着高温井的不断开发,井底温度越来越高,对切削齿的性能提出了严峻的挑战,通过对切削齿与砂岩的互作用机理研究,得出:随着温度的升高,轴向力、切向力、破岩比功逐渐降低,轴向力降低约8%~53%,切向力降低约10%~52%,破碎比功降低约27.8%;即冷方式下的破碎比功均比自冷方式的破碎比功小,约减小29%,即冷方式的破岩效率较自冷方式破岩效率更高;随着前倾角的增加,破碎比功先减小后增大,且在前倾角为10°时破碎比功最小;破碎比功随着吃深的增加先降低后升高,且吃深为2 mm时破碎比功最小。研究成果可为我国高温地热井、干热岩等高井温地层钻井用钻头设计提供指导。

关于高温高压地热井水温及水量降低的试验研究

地热井进入生产阶段后,井内高温流体与外界通道会逐步打开,经过高压清水洗井、自流涌水洗井和振荡抽水洗井3种方法,致使含水层压力释放,水温、水量逐渐降低。本文通过试验研究了甘肃张掖已投入生产的高温高压地热井使用情况,自流水量由287.41 m^(3)/h减少到150 m^(3)/h,水温由76℃降低至73℃。经过通井出砂、抽拉洗井、高压喷射洗井,井口自流水温、水量并没有增加。通过采用填砾滤水管和回灌开采方式可有效延长地热井的使用年限,实现地热开发的可持续性。

水平井压裂用桥塞锚定套管力学性能研究

针对常规卡瓦式桥塞在锚定过程中对套管的过度损伤问题,提出并设计了一种镶齿卡瓦桥塞,采用弹性力学厚壁筒理论及有限元方法,计算了套管抗内压强度、周向应变和周向伸长量,分析了桥塞锚定后卡瓦牙与套管内壁之间的接触应力以及吃入深度。分析结果表明:整个桥塞其余部件的应力水平都比较低,上卡瓦牙高侧产生了很大应力,达到硬质合金强度值;坐封后下卡瓦的第一排牙产生极大应力,下卡瓦牙周向均匀接触于套管内壁面,可有效坐封桥塞,且镶齿对套管表面应力影响较小。根据镶齿卡瓦进行了锚定套管的试验研究,试验模拟坐封后,卡瓦承压能力和坐封功能均较稳定,证明合金卡瓦结构设计合理。研究结果可为连续管钻水平井镶齿卡瓦桥塞的优化设计和推广使用提供理论和试验数据。

水槽模型设计及视电阻率曲线测量

根据视电阻率的测量原理,设计了水槽模型,模拟实际钻井地层,实现了视电阻率曲线测量。在水槽模型设计中,用水溶液模拟井中泥浆和围岩,用塑料块模拟高电阻率地层,地层厚度分为薄、厚两种,并将一般的垂直井轴方向改为水平方向。该实验可为地球物理专业的本科实验教学提供实验参考。

勘查技术与工程实验教学体系建设研究

根据中国石油大学勘查技术与工程专业办学特色,构建了以基础岩石物理实验、地球物理响应模拟、仪器信息采集原理以及资料数字处理为主轴的特色教学实验体系。结合美国休斯敦大学地球物理实验教学特点,确立了实验室尺度实验测量、数值仿真及数字处理技术和现场实际结合的实验教学策略,初步形成了以创新意识与综合能力培养为核心理念、提升实验内涵和教学方法、改革评价方式为重点的实验教学模式,并对实验教学的质量保证做了探索。认为创新实验教学理念、发展特色教学方法以及改革评价模式是实验教学研究的重要内容。

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。

热源井抽灌同井连续取/放热特性试验

针对抽灌同井连续运行特性的研究不足,利用单井循环地下换热系统砂箱试验台,以沈阳和上海2地采暖期和空调期的时间尺度为依据,分别开展了连续取热和连续放热2种运行模式下抽灌同井运行特性的试验研究。结果表明,抽灌同井在该试验条件下对取热工况更加敏感,取热比放热更为困难。在连续取热工况下,含水层在受到外界初次干扰的影响更为明显,第2个运行周期的累计取热量降幅为6个运行周期累计取热量降幅的57.1%。在热/冷负荷占优的地区,应根据建筑负荷采取辅助手段及时对含水层进行热量/冷量补给,保证热泵机组高效运行。

地下水人工补给井研究综述

综述了国内外地下水人工补给井设计建设、模拟试验、井流计算等方面的研究现状。认为国外补给井设计技术已较为规范,国内还处于初步探索阶段。指出补给井试验以堵塞研究为主,补给井型态、优化布设等方向关注较少;补给井流模拟计算主要依靠抽水井流理论,变化水头情形下的补给井流缺乏合理的模拟计算方法。建议加强补给井规划、设计与施工的技术集成研究,开展补给井优化设计与数值模拟研究,合理预测补给效果,促进地下水人工调蓄工作。

同位素示踪测井影响因素及相关实验分析

针对同位素示踪法测井应用现状,进行了5个方面研究,即:沾污的控制与消除、强度与替注水量的掌握、粒径大小的选择、温度异常的认识、耐压范围的确定等,解决了沾污及幅度异常等问题,完善了施工工艺,取得了较好效果,提高了资料的认识及解释精度,对同位素示踪测井乃至油田开发具有一定的指导作用。

射流式井下增压装置的试验研究

为了测试射流式井下增压装置的整机性能,对该装置进行了地面模拟测试和整机试验研究。研究结果表明,增压出口压力示值的变化与输入排量和节流压降直接关联,且立管压力波动也反映出设计的工具压耗与实际试验压耗相吻合。同时通过试验也反映出,为适应钻井工艺的要求,必须增大增压比来实现在低节流压降条件下,达到高增压出口压力,进而满足循环系统对循环压力的要求。该试验初步验证了新型射流式井下增压装置设计的可行性,整体设计指标达到预期的要求。

地球物理实验井建设与教学实践

根据测井和井中物探、工程物探等的教学和科研的需要,建设了地球物理实验井3口,进行了全井段取芯并保存了岩芯,利用几种测井装备取得了实验井的测井资料及井中视频资料,选取了8个典型井段的视频截图和井壁的平面展布图进行分析。利用该实验平台进行了大量教学实践,使学生建立了理论与地质特征的直接联系,相关的实验工作和成果可为地学类学科的教学实践和科研工作提供参考和借鉴。