井下注水管柱力学测试系统设计

分层注水已成为开采薄差层油气资源的重要手段,但由于其注水管柱结构、工艺流程和受力情况相对复杂,使得井下轴向力、内外压和温度难以准确掌握。为了验证注水管柱力学分析理论研究的准确性,设计了基于应变测试技术、水下无线短传和存储回放模式的井下注水管柱力学测试系统。该系统可进行井下数据检测、提取和远距离数据通信,通过拉压力试验和水下无线短传试验得到测量值。分析结果表明:测量值与实际值的相对误差均小于5%,从而验证了井下注水管柱力学测试系统满足设计要求。研究成果对于指导施工管柱的设计以及分层注水工作参数的合理选择具有重要意义。     

国外欠平衡钻井技术与装备现状

欠平衡钻井技术具有减少钻井故障 ,节省钻井成本 ,减轻对地层的污染等一系列优点 ,近几年来在国外得到迅速发展和应用 ,所用专用装备的销售也日益兴旺。简述了国外欠平衡钻井技术的发展现状。列举说明了高压旋转分流器、液流导向系统、地面分离系统、隔水管帽旋转防喷器系统、实用隔水管装置、模拟软件和地面数据采集系统等用于欠平衡钻井的先进专用装置的结构特点 ,并介绍了这些装备的销售和应用情况。     

深水钻采管柱力学行为模拟试验系统研制

用试验手段对深水钻采管柱进行力学行为模拟,以获得管柱的受力变形规律,对于保证各种钻采管柱的可靠性以及深水钻采作业的安全性具有重要意义。为此,研制了能够模拟深水条件下管柱力学行为的特殊试验装置——深水管柱力学模拟试验系统。该系统可以模拟0~3 000m水深的海洋环境,可对被试验的管柱施加内外压及轴向力载荷,配备相应的附件后能实现横向力及转矩的加载。该装置具有加载压力高、响应及时、内部拆装空间大、操作简单、数据采集可靠等优点。     

静态推靠式旋转导向系统三支撑掌偏置机构控制方案

随着国内复杂定向井、水平井以及高难度3D 井身结构井的增加，对于旋转导向钻井技术的需求也不断增加，而目前国内对静态推靠式旋转导向系统的导向机构控制方法及原理了解很少，展开相应的研究已非常必要。在外筒旋转的条件下，通过力学矢量合成原理以及数学求解分析表明，静态推靠式三液压支撑掌导向工具同时控制3 个支撑掌分力的方案不可行；外筒旋转使得三液压支撑掌导向工具存在控制“死区”，给出了这种偏置机构最大可使用偏置合力矢量幅值；采用了两支撑掌调整和控制合力矢量的大小和方向，剩余一个支撑掌浮动支撑，并给出了静态推靠式三液压支撑掌导向工具控制算法框图。该框图可为国内科研人员开展该种偏置机构研究提供理论依据。     

远洋钻探重返井口的钻柱力学控制方法

深水钻井是深水条件下海洋油气工程重要工程,分析了深水钻井钻具系统钻柱横向振动、纵向振动、扭转振动机理,介绍了纵振易引起横振,横振引起扭振原理以及深水钻柱力学特征,同时分析了3种振动、海洋载荷、隔水管、平台相互耦合振动机理,为工程实践提供指导。     

考虑钻柱作用的深海隔水管柱力学分析

隔水管作为海洋石油钻井的重要设备,其安全使用直接关系到整个钻井作业的顺利完成,甚至关系到钻井平台的安全。目前关于隔水管的研究主要集中在海洋环境载荷及钻井平台漂移影响下的隔水管柱力学分析,对于隔水管内部钻柱这一影响因素研究较少,这给计算结果带来了较大误差。考虑起钻过程中钻柱侧向力、轴向摩阻对隔水管横向位移、弯矩的影响,建立了深水钻井时隔水管柱力学模型,用数值差分法进行求解。研究结果表明:考虑钻柱影响下隔水管横向变形影响幅度增加7.9%。靠近水面的位置,隔水管所受弯曲载荷最大。该模型为海洋隔水管设计、安全使用、以及深水钻井井口安全等提供理论分析方法。     

基于光纤光栅测试技术的隔水管力学行为实验研究

基于光纤光栅测试技术开展了隔水管力学行为的实验研究,运用相似理论确定了隔水管实验模型的基本参数。确定了光纤光栅传感器的布置方法。给出了基于光纤光栅测试技术的数据处理方法,开展了均匀流作用下的隔水管涡激振动实验研究。通过研究得到以下结论:光纤光栅测试技术可应用于隔水管力学行为实验研究中;实验条件下,流向的振动频率是横向的2倍,且横向的振幅明显比流向的振幅大。所应用的方法对于实验室研究隔水管力学行为实验具有重要意义。     

深水钻井隔水管与地层管柱耦合力学分析

在深水钻井作业过程中,隔水管的安全对整个钻井过程至关重要。为了研究钻井系统在复杂海洋环境以及海底地质条件下的力学行为,综合考虑了海流载荷、海底地基反力、张紧力以及平台偏移量等因素,建立了隔水管与井口系统耦合的力学模型。采用解析法和有限元法结合,对力学模型进行了求解,并分析了张紧力和平台偏移量对隔水管和地层组合管柱力学行为的影响。分析结果表明:随着平台偏移量的增大,隔水管与地层组合管柱的横向位移相应增大;增加张紧力可以减小隔水管和地层组合管柱的横向位移和截面弯矩,有利于隔水管的稳定。研究结果对深水隔水管钻井作业具有指导意义。     

海洋深水低密度流体钻井新设备

为了在海洋深水浮式钻井平台上应用低密度钻井液技术 ,巴西石油公司与其合作者共同开发出了可在钻进时将气体从钻柱注入以减小钻井液有效密度 ,并在低压下从隔水管安全返出的新设备。这些新设备包括外隔水管旋转控制头、螺旋式多相分离器、充氮薄膜装置、随钻测井装置、钢碗总成、轴承密封总成以及外隔水管旋转控制头系统软管。分别介绍了这些设备的工作原理及相关工作参数。最后对低密度钻井液技术未来的应用趋势做了预测     

隔水管伸缩装置技术发展

隔水管伸缩装置是隔水管系统中设计、制造难度最高,结构最为复杂的单元设备。目前国内鲜有技术人员对隔水管伸缩装置进行研究、设计和制造。剖析了伸缩装置的工作原理,指出了伸缩装置的关键功能模块,在调研了国外多家企业的伸缩装置产品后,提出了伸缩装置设计制造中的关键技术,并在此基础上提出了隔水管伸缩装置未来的发展方向,可为隔水管伸缩装置产品的设计提供参考。     

模拟深水井筒中流速对传热影响的实验研究

为研究深水低温环境下油气开发过程中井筒内的传热规律,提高深水低温环境井筒内温度的计算精度,以深水油气流动模拟实验系统中的低温冷却传热实验装置为平台,进行了模拟深水低温环境下的冷却传热实验和气液两相流传热实验。根据对流传热准则方程,数据回归得到深水低温情况下的模拟井筒内对流传热关系式。实验结果表明,在模拟深水低温环境下,流体管内对流传热系数主要受流速的影响,且层流时流速对传热的影响更明显;气液两相流时,不同流型管内对流传热系数不同的根本原因是各流型流动结构不同,液体流速是影响传热的主要因素。     

海洋钻井用旋转支撑转盘液压传动设计

机械驱动旋转支撑转盘存在传动链长、部件多、整机质量大、在钻井平台布置困难等问题。设计了液压驱动的旋转支撑转盘,低速大扭矩液压马达安装在常规转盘输入轴端,采用先进的闭式液压控制系统和远程电液比例控制方案。在海洋钻井平台的应用表明,该转盘体积小,质量轻,拆装布置方便,便于实现精确和智能控制,满足了海洋钻井的工艺要求。     

浮式钻井平台主要钻井设备选型分析

由于受各种因素的影响和约束,深水钻井设备的选型成为一个难题。主要分析了浮式钻井平台钻井设备参数与钻井深度的关系,包括钻机最大钩载及顶驱、绞车、转盘等参数计算,为深水平台钻井设备选型提供理论依据。     

底部钻具组合力学特性模拟试验研究

底部钻具组合(BHA)的力学特性直接影响井身质量、钻井安全与钻速,因此,需要从理论和试验2个方面去研究BHA的力学特性,然而目前试验方面的研究很少。根据相似理论,利用底部钻柱力学装置,模拟研究了钻压和转速对井斜力、方位力、钻头合侧向力及其方向角的影响规律。结果表明:合侧向力随钻压的增大而增大,转速对合侧向力的影响较小;随钻压增大,井斜力增大,转速越大,井斜力越大;方位力随钻压增大而增大,转速对方位力的影响较小;合侧向力方向角随钻压增大而减小,随转速增大而增大。研究结果可为井斜控制机理研究和防斜打快提供理论依据。      

海洋深水钻井力学与控制技术若干研究进展

深水钻井是深水条件下海洋油气工程关键环节之一。与近海浅水钻井不同，深水钻井必须面对更为复杂的海洋深水环境和作业条件，面临"下海、入地"的双重挑战，需要使用浮式钻井作业平台，采用特殊的深水管具系统（包括深水导管、送入管柱、钻井隔水管、套管柱等）、水下智能控制系统等，建立安全稳定的水下井口与钻井系统，具有高科技、高投入及高风险等基本特征。深水钻井管具是实施深水钻井工程不可或缺的基本工具，深水钻井管具系统在服役过程中受到海洋深水环境载荷和作业载荷的作用，表现出复杂的力学行为。通过主要介绍深水送入管柱、深水导管、深水钻井隔水管及深水水下井口等方面的研究进展，对深水钻井管具力学研究与工程实践具有参考价值。     

可膨胀管旋转膨胀系统设计研究

早期的膨胀锥在应用于实体管膨胀时，不但需要较大的轴向力，而且存在套管膨胀后的轴向尺寸会有较大的减小等难题。文章根据旋转膨胀系统结构中滚轮上所受的压力、滚轮轴强度、所需的液体压力及活塞直径等参数，从保证套管能被顺利膨胀出发，结合工程实际，建立了力学分析模型，并设计了旋转膨胀系统的具体结构，对主要零件及主要参数（本体、活塞、滚轮轴、滚轮等）进行了强度设计和尺寸设计。所设计的整套膨胀系统在钻压作用下沿轴向有一位移，同时限压阀因为压力降低而复位，液体压力再次逐渐升高，这样就完成了一个周期动作。上面的动作周而复始，形成了一个连续的膨胀过程，从而完成对套管的膨胀作业。     

深水立管涡激振动抑制装置的研制

深水立管在海流作用下易产生涡激振动而加速立管的疲劳破坏。研制了涡激振动抑制装置———螺旋列板,通过室内试验确定了螺旋列板的主要结构参数(螺距17.5 D、螺高0.25 D、螺头数3),海上实尺寸试验验证所研制的螺旋列板抑制效率达到80%以上。     

深水表层套管固井水泥浆体系的研制及应用

研制了一套深水低温低密度水泥浆体系,并通过室内实验对其主要性能进行了评价。室内性能评价和现场初步应用结果表明,新研制的水泥浆体系低温强度高,稠化时间易于调节,可满足深水表层固井作业的需求。     

基于磁记忆效应的新型管道机器人

目前国内管道内检测技术水平低,无法满足日益增长的油气管道检测需求,为此,研制了一种基于磁记忆效应的新型管道机器人。该装置由机械行走机构、信号采集与处理系统、姿态控制与定位系统、辅助系统4部分组成。机械部分提供支撑与动力,信号部分采集并处理管道漏磁场信号,姿态部分确定缺陷的位置,辅助系统提供电力,并可进行应急定位。试验情况表明,该装置可有效识别各种管道缺陷,具有检测精度高、定位准确、通过性能好、结构简单和稳定可靠等优点,达到了设计要求,这对于保障我国油气管道安全运行,推进管道完整性管理具有重大意义。     

深水固井面临的挑战和解决方法

水深超过500m的深水海域所蕴藏的油气资源是非常诱人的,进一步开发利用深水油气资源大势所趋。但深水所带来的低温、地层破裂压力低、浅层流体流动和高昂的深水钻井装置费用等问题又提出了严峻的挑战。通过对深水注水泥温度确定、低密度水泥浆稳定性、流变性、胶凝强度、候凝时间、水泥石具有的机械力学性能等一系列的特殊要求分析,提出了以准确预测深水注水泥温度为前提,以深水固并材料体系研究为基础。以新型钻 井液同井液一体化技术为方向,以深水固井时可能存在的风险为指导,有针对性地优化深水固井水泥浆的性能和注水泥丁艺,以有效解决深水固井中所面临的困难。