摘要：环空加压固井技术能有效提高水泥环密封能力、降低环空带压问题的发生,为了准确掌握其作用的力学机理,基于弹性力学和界面位移连续条件,考虑环空加压固井施工过程,建立了环空加压固井套管–水泥环界面应力计算模型,研究了环空加压固井提高双层套管–水泥环系统密封能力的力学机理,并采用试验方法验证了理论模型的准确性。利用建立的力学分析模型,研究了各因素对界面密封能力的影响规律。研究结果显示:提高固井过程中环空加压压力可显著增大界面上产生的径向压应力,提高水泥环的密封能力;界面径向应力随环空压力增大呈线性增加;环空加压固井对提高内层套管–水泥环界面密封能力的效果更好;水泥环弹性模量越大,界面处的径向应力越大,密封能力越强。研究结果表明,环空加压固井能显著提高界面密封能力,利用建立的力学模型能定量计算界面处的径向应力。研究成果对油气井环空加压固井设计与施工具有重要意义。

摘要：利用水平井开发海域天然气水合物具有产量高、产气快、经济效益好的特点,但井筒温度变化容易引起储层水合物分解,诱发井壁失稳坍塌等事故。因此基于井筒传热学理论和钻井工程参数,研究了海域天然气水合物水平井钻井过程中井筒热量传递过程,考虑钻柱与井壁、套管直接的摩擦生热效应,建立了海域天然气水合物水平井钻井过程的井筒温度剖面计算模型,分析了钻柱摩阻、循环时间、钻井液排量、入口温度、水平段长度等参数对对井筒温度场的影响规律。结果显示,钻柱的摩阻生热不可忽略;钻井液循环一定时间后,井筒温度剖面趋于稳定;钻井液排量对于井筒温度场的影响较大;钻井液的入口温度对于裸眼段的温度剖面影响较小,主要影响海水段的温度剖面;水平段裸眼段越长,裸眼段的温度越高;在海域天然气水合物地层钻水平井时,井周地层中的水合物不会分解。该研究成果可为中国海域天然气水合物水平井钻井设计提供借鉴。

摘要：地热资源是一种低碳环保的可再生清洁能源,高效合理开发地热资源对于我国能源产业结构调整,推进实现“碳达峰”与“碳中和”目标具有重要意义。针对传统地热发电转化效率低、规模化开发难等问题,提出一种基于热电效应的地热资源发电技术,通过设计井下热电机装置,构建具有流体温度差的闭合回路,实现井下热电高效转化;建立井下热流温度场数学模型,定量预测井筒热量传递效率;创建地热发电经济评价指标,评估地热发电经济可行性。研究结果表明,井下地热发电技术能有效将热能转换为电能,适用于高含水的油气井;通过提高注入速率,串联安装多个热电机,可以有效提高发电量;地热发电技术单位电量费用为0.6元/(kW·h),随着规模化应用发电成本会进一步下降。研究结果为我国地热发电技术提供了一种低成本、大规模、高效开发的解决方案,为我国能源结构调整和节能降耗减排等研究提供借鉴。

摘要：与井下工具常用的压差和投球控制方式相比,射频识别技术具有控制灵活、施工过程中不改变钻井液排量和钻柱内通径等优点;但在实际应用中,井下复杂工况对射频识别系统的电磁干扰很大,其稳定性得不到保证。为解决这一问题,开展了井下射频电磁识别影响因素研究。通过分析,确定井下工具金属外壳和钻井液类型是主要影响因素;根据无线射频控制系统的工作环境和结构特点,建立了电磁通讯环境的有限元仿真模型,分析了其影响程度和变化规律,并通过室内试验对其进行了验证。研究发现,井下工具金属外壳所产生涡流的影响随井下天线与工具外壳间距增大而减小;钻井液的影响随其电导率增大而增大。研究认为,设计工具时可以合理增大井下工具金属外壳内壁与井下天线的间距;而钻井液的影响可通过优化射频控制电路方式解决。

摘要：针对MPD钻井影响压力调控精度的关键问题,从底层调控硬件到顶层测算模型及调控方法等进行了原创性研究。首先针对现有节流阀难以满足回压精细控制的难题,提出了过流面积轴向动态优化的压降线性调控新理念,并设计出在25%~85%的开度范围内压降随开度线性变化的节流阀;然后针对井筒压力难以准确测算、控制模型复杂等问题,建立了一种实时模型系数预测方法,实现了井底压力实时准确测算;最后结合回压快速调控实现了井筒压力串级控制,解决了井筒压力精细调控难题。开发了井筒压力调控模块,通过实验及应用验证了控制方法的效果,井底压力控制精度达到0.2 MPa。研究结果为井筒压力精细调控提供理论与技术支撑。

摘要：套管内压周期变化导致的水泥环密封失效已经严重影响到天然气的安全高效开发,试验结果显示,是否考虑地层岩石的存在将导致研究结果中水泥环破坏方式的差异。鉴于此,建立了不同地层岩石存在情况下水泥环应力状态力学分析模型并计算了水泥环的应力状态。研究结果表明:未考虑地层岩石约束时水泥环发生的拉伸破坏与试验结果相同;考虑地层岩石约束的水泥环,由于套管和水泥环外壁地层岩石的约束,水泥环径向裂纹的发生和发展受到限制,即使套管内压增加使水泥环周向应力大于其抗拉强度,水泥环上仍然不会产生径向裂纹;周期载荷作用下水泥环的残余应变将造成套管-水泥环界面径向压应力降低甚至变为径向拉应力,产生界面微环隙,这是最终导致水泥环密封失效的主要因素。研究成果可为油田现场固井优化设计提供参考。

摘要：为了验证多层密闭环空热膨胀压力预测模型的准确性和适用性,更深入地探究油气井筒传热与环空压力之间的关系,有必要开展全尺寸环空压力模拟实验研究。通过设计符合油气井身结构特点和现场工况的双环空井段实验装置,模拟高温热流体在不同循环温度、循环流量和循环时间的条件下对密闭环空温度和压力造成的影响,分析实验中环空压力随温度增量的变化关系,验证理论模型结果的适用性。结果表明:双环空升温阶段,A环空比B环空升温增压速率更快,温度压力峰值更高;由于环空流体中含有部分无法消除的可压缩溶解气体,导致环空压力上涨幅比环空温度要小;提出环空压温比的概念来评估环空流体产生压力的能力大小,其中纯水受热膨胀产生的环空压温比最高,自然散热前期环空压温比更能反映流体产生热膨胀压力大小;实验测试数据与模型计算结果偏差均在10%以内,满足理论和现场实际需求。可见在实际计算中应该参考实验数据,考虑环空流体特性和气体压缩性质,提高预测精度。

摘要：封隔器是水平井裸眼分段压裂完井管串中的关键部件,其性能好坏决定压裂施工的成败。研制了Ф114型高性能压缩式裸眼封隔器。对防突机构及整机密封性能进行了室内试验评价,在井径不大于170mm时,可密封环空70 MPa。现场应用表明:所设计的封隔器具有结构简单紧凑、密封可靠、承压高、适应井径范围广等特点,满足了水平井裸眼分段压裂施工的要求。

摘要：在压裂作业中,压力完整性测试阶段的高压环境将严重影响趾端滑套的使用寿命。为了解决该问题,根据压裂装置的工作原理和技术要求,创新设计了一种在压力完整性测试之后能延时开启的智能电控趾端滑套,并设计了能够控制滑套延时开启的锁定系统结构及其控制系统。根据工作环境的要求,设计了尺寸较小的PCB控制板。通过数据计算、Ansys仿真分析和模拟试验,证明设计的智能电控趾端滑套在压力完整性测试之后能够有效、精确地开启,为后续压裂作业创造了安全、高效的环境。该设计对压裂装置工作效率的提高和未来发展方向具有重要意义。