摘要：顺北油田超深油气资源主要存储于碳酸盐岩缝洞中,水平井压裂开发时,井筒方位往往不是最小地应力方向,压裂裂缝容易发生转向,使得储集体沟通效果不理想.为提升压裂裂缝的沟通效果,采用基于离散格点理论和合成岩体技术的数值模拟方法,建立碳酸盐岩储层模型、单溶洞体模型和多缝-洞体模型,系统研究井筒方位角、地质参数(水平应力差和溶洞体孔压)和施工参数(排量和黏度)等因素对裂缝扩展路径及溶洞沟通效果的影响.研究结果表明,偏转半径随井筒方位角、排量和黏度的增大而增大,当排量大于2.88 m^(3)/min时,裂缝转向半径保持稳定;溶洞体孔压越小,溶洞体对水力裂缝扩展的排斥效果越明显;水平地应力差值越大,溶洞体对水力裂缝扩展的影响效果越小,当达到30 MPa时,地应力差完全主导裂缝的扩展;多缝-洞体储层中,随着井筒方位角、排量与黏度增加,裂缝横向沟通距离增加.井筒方位角大于30°或排量超过9 m^(3)/min时对横向沟通距离的增幅减缓;随着施工液量增加,裂缝垂向延伸距离和最大缝长增加;天然裂缝密度增加,裂缝的垂向沟通距离逐渐减少.研究成果可为碳酸盐岩储层酸化压裂方案设计提供理论指导.

摘要：超高压水射流井底岩石切槽应力卸载方法是提高破岩效率的有效手段,然而现有井下增压装置为被动增压,超高压脉冲射流输出持续时间短且难以实现输出频率可控可调,导致切槽效率低。设计一种新型电磁阀控制井下增压器,通过室内实验和数值模拟相结合的方式分析其增压性能和输出特性。结果表明:增压装置的输出特性为高压射流和低压射流组合而成的混合脉冲射流,输出波形近似方波且输出频率可调;输出特性受输入压力与结构参数的影响较大,输入压力和活塞面积比增大,使得峰值压力升高而增大了射流切槽能力,活塞行程增大延长了超高压水射流的持续时间,提高了水射流切槽效率。

摘要：声波是实现井下信息快速准确传输的重要手段之一,钻杆等周期性管结构的声波频率响应表现出通带与阻带交替出现的梳状滤波特征。为分析实际工况中钻柱信道频谱质量,提出了基于改进雷达图法的声波频谱多级评价方法,利用该方法分析研究了轴向拉应力对管结构中声波频谱特性的影响,并建立了判别标准。实践表明:拉应力的存在对声波频谱及频谱中通带特性影响显著,随拉应力增加,频谱特性评价指标先增后减,存在频谱特性最优的峰值点。该方法能够较为全面地反映不同影响因素对钻柱信道中声波频谱特性的影响,从多角度对频谱特性的畸变程度进行了全面评价,对井下信息声传输技术现场应用过程中应对多因素干扰时的载波频率优选及中继器安装位置设计提供依据。

摘要：针对电机匀速驱动游梁抽油机运行过程中周期性交变载荷变化大、系统能耗高及故障多的问题,分析了电机变频驱动对抽油机运动规律、悬点载荷、变速箱扭矩及电机功率的影响,建立了变频控制抽油系统动态能耗的仿真模型。以电机输出功率均方根最小、输出功率峰值最小和负发电最小为目标函数,综合考虑平均频率不变、上下冲程时间分配、频率范围等约束条件,建立了周期运行频率优化设计的数学模型,并采用粒子群优化算法求解周期频率分布函数的傅里叶系数,即周期运行频率分布。实例分析表明:优化实时频率可以显著改善抽油机的动力性能,悬点载荷、曲柄扭矩和输出功率的峰值均有所降低;电机平均输出功率降低16.2%,负发电减少14.77%,节能效果显著。所得结果可为变频驱动游梁有杆泵系统的设计及应用提供参考。

摘要：随着我国油气资源探测重心不断向深层、超深层迈进,油气勘探难度不断增大,且深层硬地层岩石强度高及研磨性强,可钻性变差,导致整体机械钻速偏低。为提高深层硬岩的钻头破岩性能,锥形齿被广泛应用于混合布齿PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头设计,但锥形齿的破岩体积较小,其布齿方法需要更全面的理论支撑。为此,以破岩比功为目标函数,通过明确不同类型PDC齿在切削破岩过程中的切削力与切削能耗等物理参数,利用最大岩屑粒径和岩屑粒径分形维数建立了基于岩屑形貌分形特征的PDC齿破岩比功评估模型。同时,通过与常规平面形PDC齿对比,探究了锥形PDC齿的破岩性能,并分析了切削深度、切削角度与切削速度对PDC齿破岩性能的影响规律。结果表明,锥形PDC齿适用于大切削深度低能耗破岩,而常规PDC齿适用于高速小切削深度破岩,且2种PDC齿的工作角度均推荐为20°左右。锥形PDC齿适合布置在混合布齿PDC钻头的中心顶点和冠顶区域,而常规PDC齿适合加密布置在钻头的鼻部至肩部区域。研究结果可为揭示PDC齿破岩生成的岩屑粒径分布规律和指导混合布齿PDC钻头设计提供理论依据。

摘要：针对管式电场破乳设备中常用的环形电极结构,在采用理论分析、微观观测实验验证计算流体动力学(CFD)数值模型准确性的基础上,开展了非均匀电场中水颗粒介电泳运动特性的数值模拟研究,考察了电场参数、水颗粒尺寸参数、物性参数等对其运动的影响规律。结果表明,随着施加电压占空比的增大,水颗粒瞬时速度波动幅度先增大后减小,在占空比为50%时波动幅度最大,总体呈现波动式增大;随着电场频率增加,水颗粒平均速度呈现先上升后下降的趋势,在电场频率为1000 Hz时水颗粒平均速度达到峰值,但总体来看电场频率对水颗粒平均速度的影响不大。水颗粒与环形电极中心距离减小时,水颗粒所处位置的电场强度和电场梯度增加,造成水颗粒平均速度迅速增大;水颗粒直径为0.3~1.0 mm时,随着水颗粒直径增大,介电泳力与阻力同时增大,但介电泳力作用更强,导致水颗粒平均速度增大。随着油相黏度增大,水颗粒速度快速减小,当油相黏度增大到大于50 mPa·s后趋于平缓。在介电泳力作用下,水颗粒向环形电极中心运动,促进了偶极聚结。该研究结果可为管式电场破乳设备的设计研制和优化提供理论依据。

摘要：针对修井作业时,若井下管柱遇卡无法上提活动解卡,需对管柱进行切割作业,将管柱切断提出井筒。对于大斜度井及水平井,切割设备难以输送到切割位置,无法顺利解决管柱遇卡问题。化学切割所用腐蚀性药剂易造成套管损伤,且污染环境。而水力切割具有切割平稳、效率高、可控性好、安全性高等优势。目前油田使用的液压式水力内割刀出刀方式均采用下推式,存在出刀后不易收回,容易卡管柱的风险,且割刀容易崩断,影响井下切割的效率与成功率。针对这种情况展开研究,研制具有缓冲节流液压机构的井下高效套管割刀,通过ABAQUES等软件对主要零部件进行分析,优化设计,提高套管一次切割成功率,减少割刀损坏几率。

摘要：水合物分解相变导致套管边界条件和载荷具有较强的时间相关性,采用数值模拟的方法获得大量套管动态力学响应数据极为困难,无法开展水合物试采井套管的动态可靠性评估。为此,基于灰狼优化支持向量机算法(GWO-SVR)建立水合物试采过程中的套管动态响应预测模型,提出基于代理模型的套管时变可靠性评估方法,揭示时变不确定条件下的套管可靠性降级演化规律。研究结果表明:基于GWO-SVR算法的水合物试采井套管动态响应预测模型具有较高的预测精度;受水合物分解引起地层沉降的影响,套管强度可靠性不断降低,水合物试采60 d时套管强度可靠性降为99.41%。研究成果可为水合物试采井的安全性和稳定性评估提供理论依据。

摘要：中国深层煤层气示范基地已初步建成,并逐步迈入规模性勘探开发的重要阶段。这一突破为能源领域带来了新的希望与挑战。随着开发的深入,传统三维静态模型在预测强非均质性储层在水平井大规模压裂工况下的渗流-应力耦合动态地应力演化方面显示出局限性。对此,该研究以大宁—吉县区块的深部煤为例,围绕储层压裂动态应力场展开深入探究。研究采用地质工程一体化的煤层气储层压裂缝网模型,对水平井平台压裂过程进行模拟,综合考虑了地质条件和工程因素,能够更真实地反映实际情况。以时间为尺度,针对水平井台S开展大规模压裂动态应力场模拟研究。结果表明:经过多轮压裂诱导应力的叠加作用,现今地应力分布发生了显著变化。为了准确量化这种影响,引入了水平主应力差异系数这一关键指标,即两向水平应力的比值。当该参数接近1时,表明压裂改造效果最佳。模拟结果显示:压后区域内的水平主应力差异系数的范围由1.15~1.25逐渐减小至1.05~1.15,井周大部分区域的水平主应力差异系数小于1.10,这表明水平井大规模压裂改造效果良好。这一研究成果不仅为深层煤层大规模压裂开发提供了更合理的模拟方法,还为优化压裂设计、提高煤层气采收率提供了科学依据。通过地质工程一体化的方法,能够更准确地预测和评估压裂过程中的动态应力场变化,从而指导实际生产中的压裂作业。

摘要：钻柱疲劳失效是钻井作业中常见的难题,严重影响钻井效率和成本。当前对疲劳的研究主要从狗腿度方面进行约束,一般是要求狗腿度小于某个数值。基于卢宾斯基法(疲劳系数法)和累积疲劳损伤法,构建了两套钻柱疲劳失效分析模型。研究了钻杆类型、狗腿度、井眼扩径和钻井工况对钻柱疲劳寿命的影响。研究发现,加重钻杆较普通钻杆具有更强的抗疲劳能力,原因是中间加厚带降低了弯曲应力;狗腿度越大,钻柱承受的弯曲应力越大,疲劳风险越高;井眼扩径会降低钻具屈曲载荷,增加疲劳风险;不同钻井工况下,钻柱的受力情况不同,抗疲劳能力有所差异。研究结果可为钻井工程中的钻柱设计、使用和维护提供一定理论指导,有助于降低钻柱疲劳失效的风险。