AET技术在油田防喷器检测中的应用

声发射检测技术是指对材料局部能量快速释放而发出瞬态弹性波的检测来判断材料或构件安全可靠性的一种动态无损检测技术。在我国,AET技术在石油钻井井控设备壳体安全评价方面的应用逐渐成熟。新疆某油田科学性引入AET技术对石油钻采用防喷器进行安全测评并取得显著效果,经对检测的防喷器进行系统统计、归类,为油田庞大的在役防喷器群体建立起一个详细的检查表,这为该油田防喷器的返修、定期检查以及延长服役期提供了可靠的参考依据。

RWD随钻扩眼下部钻具组合的强度分析

RWD随钻扩眼不需先钻一个领眼,再下入扩眼器进行扩眼,使钻井和扩眼过程一次完成,并满足大部分特定井身轨迹严格控制的要求,具有工具结构简单,无活动部件,扩眼尺寸稳定规则的特点,是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段,节约钻井费用。但是由于下部钻具组合的特殊性,钻具强度问题一直是倍受关注的焦点。以固体力学有限元理论为基础,考虑了钻具扭矩,建立了RWD随钻扩眼下部钻具组合强度分析的三维有限元力学模型,求解并得到了下部钻具组合的应力场。研究了RWD随钻扩眼下部钻具组合的变形和应力分布规律,并揭示下部钻具组合失效的力学机理,为钻具组合安全使用和优化设计提供了科学依据。

基于磁记忆技术的钻杆检测系统研究

钻杆在工作中,要受到不同种类较大的载荷,在这些复杂载荷的作用下,钻杆会产生不同程度的应力集中,而导致微裂纹等缺陷的产生,进而钻杆可能会发生断裂、刺漏等问题,严重影响钻井的正常作业。为了检测钻杆内的应力集中程度能否达到安全使用的标准,课题组基于磁记忆检测方法和Visual Basic及Matlab等软件开发平台,设计出了一套钻杆检测系统,其中钻杆检测装置可方便移动、稳定检测;钻杆检测软件可控制数据采集、分析数据、判断钻杆的安全状态以及输出钻杆的检测结果报告等。采用该检测系统检测使用过的钻杆,检测结果表明,结合钻杆检测装置和检测软件可为钻杆的应力集中提供高效、便利的检测手段,有利于推广磁记忆检测这一先进技术在钻杆检测方面的应用。

水力振荡器与井眼清洁工具集成缓解托压技术研究

井斜角大、裸眼段长,容易形成岩屑床,使得钻柱与井壁间的摩阻增加,导致定向时托压现象。因此,为了有效解决定向托压问题,文章提出了水力振荡器与井眼清洁工具集成应用缓解托压的技术,并优化了关键参数。G1603井现场试验结果表明,该集成技术能有效解决大斜度井定向托压问题,大幅提高了定向效率。文章的研究为大斜度井缓解定向托压提供了一种新的方法。

LG100-H1井欠平衡技术的应用分析

LG100-H1井位于塔里木盆地塔北隆起轮南潜山桑南潜山构造带东端上的一口重点评价大斜度水平井,目的层为奥陶系,由于目的层潜山油气藏压力波动特别敏感,压力平衡难以控制,经常出现活就涌、压就漏的现象。在频繁发生井漏的工况下,为了保证安全钻进和保护油气层,该井在开钻5天后安装旋转控制头应用了欠平衡技术钻进,本文分析了此次技术的应用情况,并分析了对钻速和井眼轨迹检测的影响。

关于培育西部石油企业文化的思考

在国家大力实施西部大开发战略，石油系统加快西部勘探开发步伐的进程中，怎样构建具有西部特色的石油企业文化，使之在西部油气勘探开发中发挥应有的作用，是西部各油气田正在深入探索和潜心研究的重要课题。笔者认为，应着力从以下四个方面入手。

莺歌海盆地高温高压地层破裂压力评价

为了确保莺歌海盆地高温高压地层安全钻井,需准确地进行地层破裂压力评价。以莺歌海盆地乐东区块为研究对象,分析该区块地层破裂原因,基于弹性力学理论构建了地层破裂压力计算模型,综合利用室内实验测试、现场地漏实验、现场孔隙压力测试及测井数据解释等方法,获得了该区块高温高压地层的抗拉强度、泊松比、孔隙压力和地应力等地层破裂压力计算模型所需的关键参数。在此基础上,结合现场钻井液漏失及地层破裂等情况分析,最终通过地层破裂压力计算模型获得了地层破裂压力分布剖面,可为研究区域钻井液性能及井身结构的合理设计提供参考。该地层破裂压力评价方法对于有效解决钻井液漏失问题、保证现场安全高效钻井具有积极的意义。

钾离子稳定井壁作用机理研究

研究了钙蒙脱土、钠蒙脱土和钾蒙脱土在清水和7%KCl溶液中的水化膨胀,用X射线衍射仪测定了3种蒙脱土在清水和7%KCl溶液中浸泡后的层间距,结合粘土膨胀机理的最新研究结果,对K+抑制粘土水化膨胀的作用机理进行了探讨。在粘土膨胀实验中发现,KCl溶液在岩心中的渗透速度较清水快,使得在实验前期,岩心在7%KCl溶液中的膨胀高度大于在清水中的膨胀高度,这种现象对井壁稳定是不利的,有必要进行更深入的研究。研究结果表明,在粘土的晶层膨胀阶段,层间阳离子受束缚而不能进行离子交换,因此K+不能有效抑制钠蒙脱土和钙蒙脱土的晶层膨胀;在粘土的渗透膨胀阶段以及完全分散的粘土中,层间阳离子能进行离子交换,K+能有效抑制粘土的渗透膨胀和分散,控制地层造浆。与渗透膨胀相比,粘土的晶层膨胀量低但膨胀压力大,晶层膨胀引起的近井壁地层应力变化对井壁稳定有重要影响。

往复密封中星型密封圈的密封性能分析

建立星型密封圈和O型密封圈的有限元模型,分析它们在静密封和往复动密封中的密封性能,并对影响星型密封圈往复密封特性的流体工作压力、往复运动速度、预压缩量和摩擦因数进行分析。结果表明,在静密封中,星型密封圈的密封性能比O型圈好,但其内应力较大,容易发生失效;在往复动密封中,密封圈的密封性能随时间呈现波动变化,星型圈比O型圈更适宜用于动密封中;星型圈在内行程中的密封性优于外行程,但其随时间波动较大;星型圈的最大接触应力并不与工作压力和运动速度呈线性关系,预压缩量和摩擦因数对星型圈内行程中的密封性能影响较小,而对其外行程影响较大。

闸板防喷器密封原理与失效分析

在钻井过程中井口发生溢流时,为封堵钻柱与套管间环空内快速上窜的返回泥浆液或者高压油气,需及时关闭闸板防喷器,而闸板防喷器的4大密封,如闸板顶部与壳体的密封、闸板前部与钻杆的密封、壳体与侧门间的密封以及活塞杆与侧门间的密封,需同时起作用才能实现可靠的关井。对闸板防喷器4大密封部位的结构、密封原理和失效形式进行分析,为闸板防喷器密封的优化设计以及现场维修提供了参考。

偏轴钻具组合防斜打快的强度分析

针对偏轴防斜打快技术中所用的钻具组合的受力状态复杂,对整个钻柱系统的安全性有较大影响的问题,考虑安全、有效的钻井施工特别需要对偏轴接头及接头附近的钻铤强度进行分析,找出钻具组合的危险点,以便于校核钻具组合的强度和改进偏轴钻具组合的结构设计的实际。以下部钻柱为研究对象,将钻头以上部分分成多个梁单元,进行结构离散,建立力学模型,采用有限元分析方法,进行偏轴接头强度分析。研究表明,偏轴钻具防斜钻具组合的最大复合应力发生在偏轴接头与下部钻铤的结合部位,主要由弯曲载荷和轴向力产生。在应力最危险部位,应特别注意钻具的强度安全问题。

牙轮钻头空心滚滑复合轴承的设计

轴承是牙轮钻头的重要组成部分,它的失效直接影响着整个钻头的使用寿命。为此,分析了牙轮钻头用滑动轴承、滚动轴承及浮动套轴承的研究现状,在综合3种轴承各自优势的基础上,最终设计出了空心滚滑复合轴承和有孔浮动套滚滑轴承:①空心结构的滚滑体较实心结构的滚滑体提供了更多的贮存润滑油空间,使牙轮转动过程中滚滑体的各接触面之间的润滑性能得以改善;②空心结构增大了滚滑体的散热面积,自由流动的润滑油通过对流散热方式冷却轴承各个转动的部件。同时,建立了滚滑轴承的有限元分析模型,进行了实心和空心结构滚滑轴承的等效应力与接触应力分析。结果表明:空心滚滑复合轴承比实心结构的承载能力更强,滚滑体的应力分布也更为均匀,降低了由局部应力过大或温度过高而导致整个轴承失效的概率,有利于提高牙轮钻头的使用寿命。最后,建议空心滚子的空心度在50%～70%,滑块的空心度不宜超过60%。

山前空气钻井实践与认识

塔里木油田的塔北山前构造已经探明蕴含丰富的天然气资源,但山前构造的钻井有极大的难度,上部砂砾岩研磨性极强、地层倾角大、可钻性差。塔里木油田在大北、柯东地区实践了空气钻井,文章以两口井的实际工况为例;结合现场出现的井壁稳定、地层出水、防斜纠斜、设备配套等问题,总结经验并提出了改进建议,为今后提高该地区砾石层钻井速度,推广空气钻井在该地区的运用具有实质性的指导意义。

弯曲载荷下钻具接头试样的磁记忆信号特征

为了探究如何利用磁记忆信号检测钻具接头产生疲劳损伤的位置,在分析钻具接头承受弯曲载荷的基础上,设计了悬臂梁弯曲疲劳试验机。采用巨磁阻磁记忆检测探头对加载一段时间的试样进行扫描检测,由PLC装置来控制巨磁阻探头的扫描路径和速度,由DATAQ数据采集器将采集到的磁场分布状态转化为电压信号。分析结果表明,梯度值作为磁记忆信号的特征参量可以很好地描述试样承载过程的疲劳强度,磁记忆信号的切向分量梯度最大值与试样的刻伤深度无关;试样在弹性阶段磁信号的切向分量梯度最大值波动范围很小,基本稳定在0.04 V/mm。

闸板防喷器壳体应力分布试验测试与分析

目前对于闸板防喷器壳体受力分析一般限于有限元分析以及理论研究,少有结合试验进行验证分析。鉴于此,以FZ28-105单闸板防喷器为例,分别对额定工况和静水压情况下壳体受力进行试验测试,并建立壳体三维模型进行有限元分析。对2种分析方法的结果进行对比,发现壳体外表面的应力分布试验测试结果与仿真结果基本相符。同时指出了利用试验测试和有限元分析方法确定的壳体内外表面的应力集中区域。该试验方法和结果可为闸板防喷器的设计及在役防喷器的安全评价提供参考。

一例S135钻杆本体断裂原因分析

对失效钻杆的断口形貌、金相组织、化学成分和力学性能进行了分析,结合钻杆的受力状态分析,推断出钻杆的断裂原因。在弯曲、拉压、扭转、冲击、振动等交变载荷的复合作用下,在钻杆外表面的腐蚀坑底部产生疲劳裂纹,随着裂纹的不断扩展,导致钻杆腐蚀疲劳断裂。

复杂深井钻柱安全性研究

钻具的安全是安全高效地进行油气资源开发的基本条件和重要保障。通过对各大油田钻具失效的现场调研和失效分析数据统计,全面、系统地阐述了钻具失效的现状、失效形式、失效原因及预防措施,对深井、超深井等复杂深井的钻具安全具有重要的指导意义。

一种石油钻杆的腐蚀机理

采用高温高压釜,模拟研究了塔里木油田现场环境所用聚磺体系钻井液对S135钻杆的腐蚀行为及腐蚀机理。通过对表面黏附有泥饼的挂片进行X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析,对腐蚀形貌和腐蚀产物进行了研究。结果表明,S135钻杆发生了局部氧腐蚀,特征为溃疡状腐蚀、连片局部腐蚀和深坑腐蚀,腐蚀产物主要是正交(斜方)晶系的针铁矿。钻杆腐蚀的主要原因是起钻时未刮泥浆,粘附在钻杆外壁的泥浆膜在空气中水分挥发过程和形成泥饼壳后便留下铁矿粉、重晶石、土粉、碳酸钙粉等作为骨架的固相物,称为垢层。垢层与钻杆表面接触,产生三种相互关联的局部腐蚀,即供氧差异微电池腐蚀、电偶腐蚀和缝隙腐蚀。

温度对压缩式胶筒接触压力的影响研究

利用SB802热机综合疲劳试验机进行了硫化丁腈橡胶在不同温度条件下的力学性能试验,得到了橡胶材料的应力-应变关系曲线。通过有限元软件拟合了橡胶的Yeoh材料模型,构建了橡胶的本构关系公式,完成了压缩式胶筒的接触压力分析,得到了在不同温度下胶筒的应力分布云图以及接触压力沿轴向的分布规律。研究结果表明,当温度在不同范围内变化时,温度对胶筒接触压力的影响存在不规则性。该项研究结果可为压缩式胶筒的进一步研究提供理论基础。

钻柱转换接头断裂失效分析

对钻柱转换接头的断口形貌、金相组织、化学成分和力学性能进行了全面的试验分析,并对其受力状态进行了分析计算。推断出转换接头的断裂原因:在使用过程中存在选型不合理,在弯曲、拉压、扭转、冲击、振动等交变载荷的复合作用下,在危险截面产生疲劳裂纹,从而导致转换接头疲劳断裂。