井筒中起下钻过程的两相波动压力研究

为避免井下井喷、井漏、井塌等复杂情况和事故的发生,在钻井设计和施工时应考虑起下钻作业中产生的波动压力的影响。实际工况中,钻井流体多以气液两相流的形式出现,而以往的波动压力计算模型将钻井流体作为单相液流,存在一定的误差。本文以气液均相流为研究对象,通过理论推导,建立了井筒起下钻或下套管过程中,以气液两相形式存在的钻井液的粘滞性产生的波动压力预测模型,编制了气液两相波动压力预测软件,对不同工况下的起下钻波动压力进行了预测,绘制了不同情况下波动压力系数变化规律图,并与油田钻井实例进行对比,结果表明,该预测模型对钻井现场的起下钻速度控制有一定的指导作用。     

深水隔水管-测试管柱系统涡激振动实验研究

在深水测试作业中,隔水管和测试管柱形成双层管柱结构,其在海流作用下发生耦合振动,存在安全隐患。为了研究海流流速对隔水管-测试管柱系统振动的影响,搭建了隔水管-测试管柱系统涡激振动的相似实验装置,开展在不同流速下隔水管-测试管柱系统涡激振动实验。实验中用应变片采集数据,用模态分析法处理实验数据,分析隔水管和测试管柱在横向和流向的应变、频率、位移标准差以及模态特征。结果表明：在海洋环境载荷作用下,隔水管与测试管柱发生接触和碰撞,导致测试管柱产生与隔水管类似的涡激振动,但隔水管的振幅明显大于测试管柱;当流速为0.5 m/s时,隔水管和测试管柱的振幅均显著增加,隔水管-测试管柱系统产生“锁定”现象;随着流速的增大,隔水管流向振动逐渐由较高频率主导,而测试管柱流向振动仍由较低频率主导。研究结果可以为深水测试作业过中隔水管振动的抑制提供参考。     

不同气体产量下水平井完井管柱振动机理的试验研究

为了分析水平井完井管柱的振动机理,研究不同气体产量对完井管柱振动的影响,开展了不同气体产量下完井管柱振动试验研究。应用应变片测试技术采集不同气体产量下完井管柱在水平和重力两个方向的振动应变数据,采用模态分析法处理试验数据,得出管柱振动响应。结果表明：在气井开启初期,由于水锤效应,管柱容易产生较大振动,随着进气量的稳定,管柱振动逐渐减弱;完井管柱弯曲段流速不均匀,其振动较大;由于作用于管柱水平方向和重力方向的力不同,管柱水平方向的振动比重力方向的振动剧烈;完井管柱的振动位移、振动频率和位移标准差均随着气体产量的增大而增大,但在试验工况下,其在不同产量下的模态阶次相同。因此,适当减少气井开关次数、减小造斜处的井斜角以及气体产量有利于减小完井管柱与套管之间的碰撞和磨损,增强管柱的安全性。研究结果可为生产实际中减弱完井管柱的振动提供参考。     

普光气田邻井干扰压降研究

根据普光气田现场资料,分析普光气田关井压降恢复时间和稳定生产时间的关系。建立邻井干扰计算模型,评价邻井干扰压降值及邻井干扰,并对邻井干扰规律进行敏感性分析。     

深水隔水管-测试管系统非线性动力学模型研究EI北大核心CSCD

在深水测试工况中,隔水管-测试管系统受到海流VIV效应、自身纵横向耦合效应以及测试管FIV效应,极易发生屈曲变形、疲劳断裂和摩擦穿孔等破坏问题。笔者采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,提出了管柱系统非线性接触载荷计算方法。采用三次Hermit差值形函数和Newmark-β法离散并求解系统振动模型。借助现场管柱参数,采用相似原理,设计了隔水管-测试管系统非线性振动模拟试验台架,测得隔水管和测试管的振动响应,与理论模型计算结果和单管振动模型计算结果对比,验证了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型的正确性和有效性。在此基础上,分析了中国南海实例井管柱振动特性,表明在测试管振动疲劳分析时,不能忽略其自身局部高频振动的影响;测试管易发生强度失效的位置主要出现在中上部和下部。研究成果为深水测试管-隔水管的安全设计奠定理论基础。     

油气井最优井控模型研究

为了满足深井、超深井以及海洋深水钻井对井控技术越来越严格的要求,减少传统模型计算压井数据时存在的误差,通过深入分析传统模型,在前人研究的基础上,根据多相流质量守恒与动量守恒基本方程并结合相关辅助方程,建立了油气井多相流井控模型,分析了两种模型的优势与差异。实例计算结果表明,传统模型计算的压井过程中最大套压偏大,最大套压出现时间延迟,多相流井控模型较好地反映了压井过程中井筒真实流动情况,压井数据更加准确,基本与真实压井数据吻合。研究表明多相流井控模型更适宜于深井、超深井以及海洋深水钻井井控制作业时采用。     

剪切流作用下隔水管涡激振动响应机理

开展剪切流作用下隔水管涡激振动实验,分析剪切流作用下隔水管涡激振动特征参数及振动响应机理。实验中基于光纤光栅传感器测试技术采集剪切流作用下隔水管在流向和横向的涡激振动响应,实验数据处理时消除了实测信号中隔水管轴向预张力的影响并采用模态分析法求取隔水管位移响应。实验数据分析表明,剪切流作用下:隔水管不同位置处同一方向涡激振动响应频率一致;涡激振动锁定现象发生在涡泄频率对应的最大阶次固有频率附近且涡激振动受该阶次固有频率主导;受模态竞争的影响,剪切流涡激振动呈现多频响应形式;隔水管在流向的主导频率是横向主导频率的2倍;受相位角影响,实验中隔水管单个振动周期的运动轨迹呈扁斜"8"字形,多个轨迹重叠后呈"新月"形。图8表1参27     

中硬地层全尺寸PDC钻头破岩实验研究

聚晶金刚石复合片（PDC）钻头作为钻井系统中消耗最多的工具之一,钻一口井常需要更换几个甚至几十个钻头,PDC钻头使用寿命将直接关系到钻井成本。通过全尺寸钻头钻选实验,研究了不同钻压、转速和不同岩性下的钻头动力学特性（动态钻压、扭矩）,研究结果表明：增大预定钻压将显著增大钻头处响应钻压和扭矩的波动范围;而改变转速对钻头处钻压和扭矩的影响较小;相同钻井参数下,钻进灰岩时的钻压和扭矩波动范围最小,而钻进人造岩时其波动范围较大。研究结果为钻井参数优化和钻头选型提供一定的理论指导。     

接触载荷对铝合金隔水管摩擦学性能的影响

通过用7075铝合金销盘和G105钢销钉在UTM摩擦试验机上研究了的实验接触载荷对铝合金隔水管摩擦学性能的影响机理.结果表明:随着接触载荷增加,摩擦系数先大幅减小后略有增大;磨损率先缓慢下降再急剧上升;在10～30 N接触载荷下,主要磨损机制为磨料磨损;在50 N接触载荷下,主要磨损机制为氧化磨损;在70 N接触载荷下,主要磨损机制为分层磨损;50 N为由轻微磨损向严重磨损转变的临界载荷.研究证明了在铝合金隔水管的运用过程中,应该避免高载接触引发严重磨损而导致材料失效.     

海洋温差能发电冷水管温度场分布研究

海洋温差能是一种储量巨大的可再生能源,利用海洋温差能进行发电具有广阔的发展前景。为了研究海洋 温差能发电冷水管温度分布特征,本研究建立了浮式平台冷水管抽取抽取管柱温度场分析模型,采用有限体积法 对模型进行离散和求解。研究结果表明,在深层低温海水在冷水管中泵送上升过程中,会通过管柱吸收上部周边 暖海水的热量;大排量下出口温度上升幅度较小,可以不用采取额外的管柱保温措施;与传统钢管和铝合金管柱相 比,高密度聚乙烯(HDPE)材料的冷水管更加适合作为海洋温差发电低温海水抽取管柱。