油气井井喷失控着火应急救援技术及发展方向

井喷失控是石油天然气工业领域性质严重、损失巨大的灾难性事故,尤其是“三高井”井喷失控着火后,井口火势大、热辐射高、流体冲击强,对抢险技术、装备及作业安全的要求极高,导致处置过程极其复杂、周期极其漫长。为了充分认识“三高井”井喷失控着火后的处置难点,以井喷失控着火应急救援技术与装备为研究对象,分析了技术发展历程、技术现状、发展方向,创新研究形成了从险情侦察、冷却掩护、清障切割到井口重置的全系列陆上井喷应急救援特色技术。研究结果表明:(1)我国井喷失控着火应急救援技术目前已完成由早期缺少专业技术与装备向近井口高危区域无人化迭代升级;(2)形成的险情侦察技术、冷却掩护技术、清障切割技术、井口重置技术能够满足105 MPa、1000×10^(4)m^(3)/d的高压高产井失控抢险需要;(3)运用相关研究成果成功处置了国内外多起井喷失控、着火及井口刺漏等井控险情,技术能力达到国际先进水平。结论认为:虽然国内陆上油气井井喷失控着火应急救援技术水平已得到大幅度提升,但未来仍需要在可视化、智能化、信息化方面持续攻关,推动技术与装备迈上新台阶。

自动抢接钻具止回阀装置运动学仿真研究

针对发生井喷事故时人工抢接钻具止回阀存在的抢接时间长、可靠性差、易造成人员伤亡等问题,设计了一种可用于抢接钻具止回阀的自动化装置。利用SolidWorks软件建立自动抢接钻具止回阀装置的运动学模型,对移运单元进行运动学分析,采用五次多项式法对装置执行机构进行了轨迹规划;利用ADAMS仿真软件对装置进行运动学与动力学仿真分析,验证了装置理论模型的正确性,得到了装置末端携带的钻具止回阀与装置执行元件的运动特性曲线,以及执行元件的驱动力与驱动力矩。分析结果表明:自动抢接钻具止回阀装置能够将钻具止回阀准确运送至指定位置,误差不超过1 mm,满足设计的误差要求;经过轨迹规划后装置运行平稳、无冲击,能够较好地完成钻具止回阀的抢接工作;驱动力与驱动力矩的变化曲线可为执行元件的选取和装置优化提供参考依据。

基于序列图像与针孔成像的井喷流体流速计算

针对常见井喷流体流速测量方法存在危险性较高、准确性较差的问题,为安全、精确测量井喷流体流动速度,提出了一种基于序列图像与针孔成像的井喷流体流速计算方法并进行了相应的实验。该方法利用摄像机和自研井喷模拟装置,通过获取大量模拟井喷的序列图像,从中选取前后两帧图像后,对这两幅图像分别用SIFT算法进行特征点提取,再用FLANN算法对提取出来的特征点进行特征匹配,最后使用RANSAC算法进行误匹配特征点消除,得到两幅图之间的准确匹配特征点后,提取这些像素点的坐标位置并计算出匹配特征点之间的位移距离,最后使用基于针孔成像的方法计算出井喷流体的流速,实验结果表明,能获得较准确的井喷流体流速,从而更准确估计井喷的危害,保障了现场作业人员人身安全。

气井带压作业油管内密封工具应用现状与发展趋势

气井带压作业技术在页岩气完井、致密气井修井中应用极为广泛,由于气井带压作业较油水井带压作业具有更高的风险,对油管内密封工具的气密封要求也就更高。为了解决气井带压作业不同工况下的油管内密封工具选择难题,系统梳理了气井带压作业油管内密封工具现状,总结了不同类型的油管内密封工具规格参数、技术特点及注意事项。研究结果表明:(1)定压接头及陶瓷堵塞器是气井带压下油管最常用的内密封工具,因定压接头打通后可能会对产层造成影响,目前通常采用双陶瓷堵塞器的方式进行封堵;(2)起管柱时使用可通过式/不可通过式油管堵塞器、可回收式/不可回收式油管桥塞、过油管桥塞实现管柱内密封;(3)起管柱时需根据有无预置工作筒、油管壁是否干净无结垢、是否在直井段封堵等因素选择合适的内密封工具。结论认为,面对更深井深、更高井压、更复杂入井液体及更复杂工况的气井带压作业,还需从提高卡瓦锚定能力、橡胶密封件性能、斜井段和液体环境适应性等方面开展攻关,研发出形成性能更优的油管内密封工具。