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2025年04期

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钻井技术与装备 | 异形磨鞋齿钻磨水泥塞影响规律研究

钻井技术与装备 | 异形磨鞋齿钻磨水泥塞影响规律研究

针对国内钻塞作业中异形磨鞋齿钻磨水泥塞影响规律不清晰的问题，基于弹塑性力学和岩石力学理论，以Drucker-Prager 准则作为水泥塞的强度准则，以Ductile-Damage准则作为水泥塞的失效准则，采用数值模拟方法，针对圆柱齿、星形齿、金字塔齿和三棱锥齿等４种磨鞋异形齿单齿破岩效率及影响规律进行了研究。应用ABAQUS软件建立了４种磨鞋异形齿单齿破碎水泥塞三维有限元模型，对比分析出破岩效率最
钻井技术与装备 | QDP-3000U钻井泵橇装结构振动特性及减振技术研究

钻井技术与装备 | QDP-3000U钻井泵橇装结构振动特性及减振技术研究

橇装结构不仅是钻井泵中最大的零部件，同时也是整个结构振动传递至地面或者甲板的关键一环，橇装结构的振动特性严重影响着钻井泵的整体性能以及工作人员的操作环境。为此，以QDP-3000U钻井泵橇装结构为研究对象，基于模态分析和谐响应分析理论，建立了QDP-3000U钻井泵动力学分析模型，分析橇装关键结构参数对钻井泵振动特性的影响规律，并提出优化措施从而减轻钻井泵的振动。研究结果表明：优化后，橇装结构的各
钻井技术与装备 | 高速旋冲钻磨水泥塞提速机理及效率研究

钻井技术与装备 | 高速旋冲钻磨水泥塞提速机理及效率研究

高速旋冲钻磨水泥塞时，高速的旋转切削与高频的轴向冲击相结合，能够显著提高钻磨水泥塞效率，但对其提速机理尚不够明晰。建立了PDC齿高速旋冲切削水泥塞模型，揭示了其提速机理，研究了钻头转速、冲击幅值及冲击频率对切削水泥塞效率的影响规律。结果表明：高速旋冲切削作用下水泥塞内部应力沿着切削方向和其斜下方延伸更远，水泥塞更易萌生和发展裂纹，产生块状岩屑，形成破碎坑，有效增加PDC齿吃入深度，从而提高PDC齿
钻井技术与装备 | 井下非均匀温度场对钻压测量影响研究

钻井技术与装备 | 井下非均匀温度场对钻压测量影响研究

利用近钻头测量工具实时监控近钻头处钻压可降低钻井风险，提高钻井效率。针对近钻头测量工具内部非均匀温度场影响钻压测量准确性的问题，建立了考虑钻头水眼产生的焦耳-汤姆孙效应钻井井筒温度场模型，利用有限差分法对其模型进行离散求解，得到了井筒温度场分布以及不同工况参数下近钻头测量工具内外壁温度差。通过热力耦合分析，定量探究了近钻头测量工具内外壁温度差对钻压测量的影响以及近钻头测量工具内外壁温度差对钻压测量
钻井技术与装备 | 新型取芯PDC钻头水力结构参数优化研究

钻井技术与装备 | 新型取芯PDC钻头水力结构参数优化研究

取芯PDC钻头在钻进页岩地层过程中容易出现吃入地层困难、岩屑清洁效果不佳，导致机械钻速下降、取芯时效性变差。为此，提出一种新型4刀翼取芯PDC钻头，基于有限元方法对其进行了研究。研究结果表明：相较于常规6刀翼钻头，新型4刀翼钻头具有更高的破岩钻进速度，更强的携屑性能；增大喷嘴角度可以有效降低钻头表面岩屑质量浓度，喷嘴角度为9°时携屑效果最佳；随喷嘴直径的增加，钻头表面平均岩屑质量浓度呈先增大后减小
钻井技术与装备 | 固控系统除砂器内部颗粒行为研究

钻井技术与装备 | 固控系统除砂器内部颗粒行为研究

深层、超深层油气田逐渐成为油气资源发展的新领域，需要一系列高压除砂设备来支持这些超深油气井的开采。为此，开展了高压固控系统除砂器内部颗粒行为研究。基于CFD数值模拟方法，并分别设置5个不同的颗粒入射点和3种不同粒径的颗粒，分析不同入射点下单颗粒与颗粒组的分离效果。研究结果表明：不同粒径的颗粒在不同入射点的轨迹存在差异；不同粒径的颗粒组在除砂器内部的分离行为不同，粒度较大的颗粒组在旋流筒的柱段和锥段
钻井技术与装备 | 基于SOGI-FLL和互相关的随钻重力提取算法研究

钻井技术与装备 | 基于SOGI-FLL和互相关的随钻重力提取算法研究

近钻头进行动态测斜时，钻具高速旋转产生的离心加速度、钻柱与井壁摩擦以及钻头切削岩石产生的振动和冲击加速度，会使加速度计的输出信号严重失真，如何在强噪声背景下准确提取重力加速度信号对提高随钻测量姿态角精度具有重要意义。通过分析井下噪声信号时频特性，提出一种基于二阶广义积分器的锁频环与互相关的重力加速度提取算法，以提高随钻姿态角测量的准确性。利用二阶广义积分器的锁频环中心频率自适应及窄带滤波器特性，同
钻井技术与装备 | 充填射孔枪的射孔液压力脉动及管柱应力分析

钻井技术与装备 | 充填射孔枪的射孔液压力脉动及管柱应力分析

射孔液充填射孔枪时的负压使射孔段管柱产生很大的下曳力，影响管柱和封隔器中心管的强度安全，但负压的量化一直是难点。建立射孔液压力脉动数值分析模型，分析射孔液充填射孔枪的压力脉动和负压及负压下的管柱安全。研究结果表明：16 孔/m、10 mm孔径，射孔液压力在1 ms达到最大值226.70 MPa，5 ms达到最小值24.80 MPa，随后做振幅减小的往复波动；孔密（16 孔/m）不变，8、10、12
油气田开发工程 | 中心过轴式油水分离水力旋流器性能分析

油气田开发工程 | 中心过轴式油水分离水力旋流器性能分析

同井注采技术在井下对高含水采出液进行油水分离，而水力旋流器是同井注采技术高效运行的关键设备。为进一步提高井下油水分离水力旋流器的分离性能，结合旋流分离原理与3D打印技术，提出了中心过轴式油水分离水力旋流器。通过数值模拟方法结合试验研究，系统地对不同操作参数下旋流器内的流场分布特性和油水分离效率进行了分析，包括不同油滴粒径、入口速度及分流比。研究结果表明：当含油体积分数为4%，油滴粒径为0.7 mm
油气田开发工程 | 多级压裂对生产套管抗外挤强度的影响分析

油气田开发工程 | 多级压裂对生产套管抗外挤强度的影响分析

多级压裂过程工序复杂，井筒内外环境多变，容易导致套管损伤，强度降低。为探究多级压裂对水平段套管抗外挤强度的影响，考虑多级压裂全过程中温度、压力剧烈变化时套管应力的变化规律及强度变化情况；以松辽盆地页岩油井为例，建立三维数值模型，从管柱力学和静力学理论出发，分段模拟了整个多级压裂过程中套管应力的变化；并以此为基础计算了压裂后套管的剩余抗外挤强度百分比，还考虑多级压裂导致的附加应力，分析了附加应力对套
油气田开发工程 | 射孔作业条件下水泥环损伤变化规律研究

油气田开发工程 | 射孔作业条件下水泥环损伤变化规律研究

射孔作业是连接水平井和水力压裂2种技术的关键，同时射孔作业也会导致水泥环本体出现破坏。为定量分析射孔作业造成的水泥环结构完整性破坏程度，基于井筒圆形结构特征以及螺旋射孔的工程实际，采用Arbitrary Lagrange-Euler（ALE）流固耦合算法，建立了双射孔弹聚能射孔侵彻套管-水泥环-岩层组合体的三维有限元数值模型，并对数值模型进行了验证，分析了动态冲击载荷作用下水泥环的力学响应以及射孔
油气田开发工程 | 140 MPa超高压旋塞阀随机振动分析及安装结构改进

油气田开发工程 | 140 MPa超高压旋塞阀随机振动分析及安装结构改进

针对超高压旋塞阀结构的随机振动问题，利用振动自相关函数和振动功率谱密度函数对其进行分析。建立了旋塞阀系统的三维模型，使用加速度传感器采集该系统的振动信号，并利用有限元法和三区间法对模型进行了模态分析和随机振动分析，根据所分析结果对结构提出优化方案，然后进行分析验证。分析结果表明：应力最大的位置位于阀体和约束件侧表面的接触位置，危险节点的最大响应频率接近该结构2阶频率，易发生共振；改进后结构的最大应
油气田开发工程 | 基于滑动窗口的水力压裂井底压力实时计算研究

油气田开发工程 | 基于滑动窗口的水力压裂井底压力实时计算研究

现有水力压裂井底压力模型计算方法难以适应当前普遍采用的大规模体积压裂中频繁变换排量、压裂液类型、支撑剂质量浓度等操作。为此引入滑动窗口算法，建立了压裂井底压力实时计算模型，以压裂秒点数据为基础，精细表征了压裂液类型、密度、支撑剂质量浓度等关键参数沿井筒轴线分布并每秒更新，实现了分段分流态计算静液柱压力和流动摩阻。研究结果表明：采用滑动窗口分段计算方法，可有效保证计算的实时性和准确性，经井底压力监测
油气田开发工程 | 单锥体双卡瓦高压插管封隔器的研制与试验

油气田开发工程 | 单锥体双卡瓦高压插管封隔器的研制与试验

针对油田水平井机械卡堵水管柱应用过程中多段压裂水平井复杂井眼轨迹、结垢结蜡等井下苛刻作业环境导致封隔工具稳定性、承压能力不足和长期置于井下起出困难的问题，研制了单向锥体双卡瓦式高压插管封隔器。该封隔器在设计上充分考虑了密封件的耐压性能以及封隔器关键构件的可钻性，尤其采用了负压空气增压腔和单锥体双卡瓦结构设计，坐封时井口无需提供较大的坐封压力便可实现充分坐封，且解封可靠性大幅提高，解决了一趟钻安全长
油气田开发工程 | 基于遗传算法的冲缝筛管适应性研究

油气田开发工程 | 基于遗传算法的冲缝筛管适应性研究

常规防砂设计对于冲缝筛管选择仅参考储层的粒径数据，在实际应用中具有一定的局限性，致使地层砂粒堵塞冲缝筛管表面严重降低油气井产能。通过设计正交试验，在分析筛管性能的基础上对筛管进行遗传算法优选，研究各因素对冲缝单元堵塞的影响规律，明确对冲缝筛管性能指标影响最大的因素，并建立多元回归拟合方程来评估综合性能指标。针对渤海湾沙河街组特定的储层条件对冲缝筛管适应性进行了评价。研究结果表明：冲缝筛管的开口高度
石油管工程 | 大尺寸超重套管下入过程接箍强度及风险

石油管工程 | 大尺寸超重套管下入过程接箍强度及风险

针对万米超深井大尺寸超重套管的下入，传统的分析模型并没有考虑吊卡台阶支撑超重套管接箍的情况，在超重套管下入时套管与接箍缺乏安全性评估。以SDTK1井二开下入ø365.12 mm×13.88 mm套管为例，采用有限元方法建立吊卡-套管-接箍的有限元模型，分析了拉伸、吊卡台阶支撑套管接箍，以及吊卡与套管存在偏心、吊卡磨损等情况，得出了各类情况下吊卡、套管、接箍及管体的应力状态。有限元计算结果表明：在拉
石油管工程 | 套管全尺寸剪切变形与损伤检测试验研究

石油管工程 | 套管全尺寸剪切变形与损伤检测试验研究

为研究在剪切载荷作用下套管的变形与损伤行为，通过搭建全尺寸套管剪切加载试验系统，对全尺寸套管进行剪切加载与变形损伤试验，采集其在剪切变形与破坏过程中的加载载荷与变形量，利用自主设计的套管损伤磁记忆内检测装置采集套管试样的表面磁场分布信号，评估套管的损伤状态，并建立了套管剪切变形有限元模型，分析套管试样在剪切加载过程的应力-应变分布与局部塑性变形和壁厚减薄情况。试验结果表明，在剪切载荷加载处套管试样
石油管工程 | 大位移井套管外壁磨损剩余强度变化规律研究

石油管工程 | 大位移井套管外壁磨损剩余强度变化规律研究

目前针对套管磨损的研究集中在内壁磨损，但在大位移井下套管过程中，套管外壁磨损不可忽略，研究套管外壁磨损后剩余强度变化规律对套管柱强度校核具有重要意义。依据弹塑性力学理论，采用数值模拟方法建立了套管外壁磨损有限元分析模型；结合第四强度理论，研究了不同外壁磨损深度、套管钢级、外壁磨损半径和套管轴向载荷对套管强度的影响。研究结果表明：在外挤载荷作用下，套管外壁磨损后von Mises应力最大值出现在磨损

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