生胶对牙轮轴承橡胶密封材料耐高低温性能的影响

本论文主要论述了不同厂家、不同丙烯腈含量、不同饱和度氢化丁腈生胶对轴承橡胶密封材料耐高温性能、脆性温度、压缩永久变形性能的影响,从而优选出一种生胶同时赋予密封材料耐受180℃高温和较好的低温性能.     

钻井泵阀结构参数与失效的关系

在现场调查的基础上，对失效钻井泵阀进行了分析，并检测了7个失效泵阀的阀橡胶尺寸。测试与分析结果表明，阀橡胶厚度是影响泵阀失效的重要因素，现用泵阀平均使用寿命较低的主要原因是阀橡胶厚度参数不合理。指明在不改变现用泵阀材料的条件下，通过优选阀橡胶厚度参数，以及提高阀橡胶密封锥面与阀体金属密封锥面装配后的同轴度，完全有可能大幅度延长国产泵阀平均使用寿命。     

旋转控制头胶芯性能的影响因素分析

为了研究旋转控制头胶芯配方及胶芯的使用和储存温度对其密封性能的影响,基于虚功原理应用橡胶单轴压缩试验确立了胶芯变形过程中Yeoh本构模型,利用ABAQUS软件建立了旋转控制头胶芯动态密封仿真模型,讨论了摩擦因数、材料配方及温度对旋转控制头胶芯密封性能的影响。分析结果表明:采用Yeoh本构模型能够较好地拟合胶芯材料的大变形现象;胶芯的密封性能随着摩擦因数的增大而增强,但摩擦因数过大会加速胶芯失效,推荐胶芯材料摩擦因数为0.40;低温储存和运输过程对旋转控制头胶芯的力学性能影响不大,但在使用前需做充分预热处理;高温环境下,胶芯材料的拉伸强度随温度的升高先降低后增加,在65℃左右降到最低。所得结果可为提高国产旋转控制头胶芯的性能提供参考。     

万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析及改进

钻井泥浆泵柱塞密封性能的好坏与使用寿命的长短直接影响到高压泥浆泵的工作性能及质量。为了弄清高压钻井泥浆泵柱塞密封圈的失效形式、原因及机理,进一步提高钻井泥浆泵柱塞密封圈的寿命,对万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析。结果表明, 高压钻井泥浆泵柱塞密封主要的失效形式为：扭曲变形、老化、磨损、撕裂与断裂等。主要影响因素是温度过高,散热不好,引起密封圈老化,密封材料丧失性能,其次是钻井液等颗粒的进入,对密封面进行不断的磨损,导致密封圈损坏。建议从密封圈的材料、结构设计、组合数量以及冷却装置等方面进行技术改进来提高高压钻井泥浆泵柱塞密封的性能和使用寿命。     

极地钻井井筒温度压力预测模型及分布规律研究

极地永久冻土层的低温条件会影响钻井液的流变性,从而影响极地钻井中井筒温度和压力的分布.为了解极地永久冻土层低温条件对钻井中井筒温度和压力分布的影响规律,为极地钻井设计和钻井施工提供依据,分析了低温对水基和油基钻井液流变性的影响,考虑低温对钻井液流变性的影响、永久冻土层与井筒之间的耦合作用,建立了极地钻井井筒温度压力预测...     

基于损伤力学变内压条件下水泥环密封完整性模拟

针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题,基于连续损伤力学理论,采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能,研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明,向常规水泥浆中加入弹韧性材料形成弹韧性水泥,降低了水泥环弹性模量,既可以预防微间隙形成和减小微间隙尺寸,又可以预防和减少水泥环拉伸破坏。但并非弹性模量越低,弹韧性水泥密封完整性越好,密封完整性还与水泥环拉压弹性变形性能有关,同等情况下水泥环最大拉压弹性应变越大,其密封完整性越不容易失效。建议根据水泥环的弹性模量和拉压全应力—应变关系来评价水泥环密封完整性。研究结果为水泥环密封完整性评价和水泥石力学性能优化提供了一定依据。     

基于损伤力学变内压条件下水泥环密封完整性模拟

针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题,基于连续损伤力学理论,采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能,研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明,向常规水泥浆中加入弹韧性材料形成弹韧性水泥,降低了水泥环弹性模量,既可以预防微间隙形成和减小微间隙尺寸,又可以预防和减少水泥环拉伸破坏。但并非弹性模量越低,弹韧性水泥密封完整性越好,密封完整性还与水泥环拉压弹性变形性能有关,同等情况下水泥环最大拉压弹性应变越大,其密封完整性越不容易失效。建议根据水泥环的弹性模量和拉压全应力—应变关系来评价水泥环密封完整性。研究结果为水泥环密封完整性评价和水泥石力学性能优化提供了一定依据。     

基于低温钻机管汇应用的电伴热系统设计

俄罗斯极地低温钻机的使用环境温度为-45～45℃,在低温环境下为了保证钻井作业正常进行并提高钻井效率,就必须对钻机的配套设备采取相关的保温措施。钻井管汇是钻机的关键设备之一,是钻井液的主要输送管道,环境温度的高低直接影响着钻井作业的质量,在低温环境下钻井液管汇必须保持在一定的温度范围才能够保证钻井工作的正常进行。基于低温钻机管汇的应用特点,对电伴热技术的特点及应用进行了介绍,计算了低温环境下管汇的热量损失和热量需求参数,设计了一套适用于低温钻机管汇的电伴热系统,保证了钻井系统在低温环境下正常工作,达到了节能、环保的要求。     

?228.6 mm射流冲击器研制及硬地层提速试验

涪陵页岩气田二开?311.1 mm直井段钻遇的龙潭组、茅口组地层坚硬,可钻性差,钻头使用寿命短,机械钻速低。为了提高该井段机械钻速,研制了?228.6 mm射流冲击器,并进行了台架试验,结果显示,该射流冲击器性能参数可调范围大,当行程、冲锤质量和排量变化而其他条件不变时,冲击力、单次冲击功、冲击频率随之呈近线性变化。在台架试验的基础上,优选了?228.6 mm射流冲击器的结构及性能参数,优化了钻具组合及旋冲钻井参数,并在焦页109–1HF井硬地层进行了现场试验。现场试验结果表明,?228.6 mm射流冲击器提速效果显著,较邻井二开平均机械钻速提高104.9%。?228.6 mm射流冲击器的成功研制,为涪陵页岩气田二开直井段硬地层钻井提速提供了有效的技术手段。      

NJ200型低温钻井液净化系统的研制

针对目前俄罗斯、加拿大等国对极地钻机的需求,在吸收国外低温钻机及配套设备经验的基础上,为4 000 m低温车装钻机配套而研制了NJ200型低温钻井液净化系统。该钻井液净化系统采用5级净化装置,能在-45℃低温环境下完成对钻井液的各项处理工作。试验和应用表明,该系统能够有效降低钻井液中的固相含量,保证钻井液的钻井性能,提高钻井速度,满足低温环境下钻井过程中各个环节的要求。     

低温钻机固控系统保温研究

要使钻机能够在极地气温(-60～-20℃)下正常作业,除合理布局外,还要给固控系统提供 充足的热源,同时还必须有良好的保温系统.加热和保温系统既给操作者提供良好的工作环境,又能保证各种设备和材料在低温环境下正常工作.介绍了低温钻机固控系统的布局、供暖系统及保温系统的设计、保温和密封材料的选择.     

自固结堵漏剂性能评价及现场应用

针对常规复合堵漏剂堵漏成功率低的问题,开展了自固结堵漏剂研究。采用流化包衣机在堵漏剂外表面涂覆可在井下固结的环氧胶黏剂,流化包衣在井下温度条件下固结,从而提高堵漏剂的井下封堵强度。调节流化包衣机的进风口温度50～100 ℃、出风口温度25～40 ℃、喷枪速率0.5～2.0 L/h,可实现喷雾、包衣、干燥一体完成。室内高温堵漏试验表明,自固结堵漏剂具有较好的抗钻井液扰动和抗负压抽汲作用,通过选择环氧树脂的型号、固化剂和促进剂DL-1的加量,能够调节自固结堵漏剂的井下固结时间;110 ℃温度下,堵漏剂在2 h以后开始初步固结,强度逐渐增加,15 h时抗压强度达到4.6 MPa。堵漏层扫描电镜图片显示,涂覆层在温度升高过程中发生了软化和固结,固结后材料之间结合紧密。研究结果表明,自固结堵漏剂能够大幅提高严重裂缝性漏失的堵漏成功率,可为实现漏失层的有效封堵提供技术支撑。      

旋转防喷器胶芯结构分析及优化

旋转防喷器是欠平衡钻井的关键设备,带压作业过程中其密封性能是保证安全生产的重要因素。现有的国产旋转防喷器存在胶芯密封不严以及易发生疲劳损伤失效等问题。鉴于此,利用ABAQUS软件建立了旋转防喷器胶芯动态密封有限元模型,对胶芯预紧工况下和起下钻工况下旋转防喷器的力学性能进行了分析,分别讨论了胶芯硬度和铁芯结构对旋转防喷器胶芯使用寿命的影响。分析结果表明:在带压下钻过程中,胶芯呈轴向拉伸变形状态,起钻过程中胶芯呈向上压缩变形状态,且起钻和下钻工况对胶芯密封性能影响不大,下钻工况的密封性能略大于起钻工况;胶芯材料硬度为80 HA时,胶芯的使用寿命最长;优化改变铁芯结构可使胶芯使用寿命延长。室内密封试验以及现场试验证实了有限元优化结果的可靠性。研究成果对延长胶芯使用寿命和提高油田作业安全具有重要的现实意义。     

钻井液致密承压封堵裂缝机理与优化设计

针对钻井液防漏堵漏技术难题,借鉴微观颗粒物质力学“强力链”基本原理,提出了评价防漏堵漏材料的颗粒强度、颗粒弹性、颗粒表面摩擦等主要精细化技术指标,建立了相应的实验表征方法,揭示了基于微纳米尺度的钻井液致密承压封堵机理,给出了钻井液强化致密承压封堵优化设计方法,即通过合理的颗粒类型、粒度级配与浓度控制,刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料等协同封堵裂缝,可形成具有“强力链网络”的致密承压封堵层,显著提高地层承压能力。研制了钻井液封堵特性评价动态模拟实验装置,可模拟不同地层温度、压力条件下不同开度裂缝的漏失与封堵过程,为致密承压封堵机理及钻井液防漏堵漏效果评价提供了实验方法。采用所研制的封堵动态模拟实验装置,优化了不同开度楔形裂缝的强化致密承压封堵钻井液配方。实验结果表明,其具有良好的自适应裂缝开度致密封堵特性,承压能力达8 MPa以上,可显著提高地层承压能力。     

高速牙轮钻头轴承双金属密封失效分析及改进

目前,高速牙轮钻头轴承双金属密封性能不能很好地满足使用要求,导致轴承使用寿命低,钻头快速失效,使钻井成本增加,钻井效率降低。分析表明：弹性元件的主要失效形式为老化和磨损,主要原因是工作环境较恶劣,橡胶圈的压缩率过大,橡胶材料耐高温、耐磨、耐腐蚀性能较差;金属环的主要失效形式为磨损,主要原因是密封面压力分布极不均匀,对中性差,导致钻井液进入密封面间。对金属环和橡胶圈的结构设计及材料优选提出了改进措施,以提高高速牙轮钻头的性能和使用寿命。     

川深1井超高温高压尾管固井技术

针对川深1井四开井段超高温高压地层尾管固井长效密封的需求,通过增大硅粉加量和合理匹配硅粉粒径抑制水泥石强度衰退,优选高温苯丙胶乳、纳米液硅等改善水泥浆的防气窜能力、力学性能、稳定性等,设计了适用于超高温高压地层的高密度防气窜水泥浆。其性能为:密度2.05 kg/L,防气窜系数SPN值小于0.43,气窜模拟未见气窜现象发生;水泥石在180 ℃下养护14 d抗压强度达到了41 MPa,未见强度衰退现象;水泥石气测渗透率0.008 1 mD,单轴弹性模量为7.54 GPa。川深1井四开井段采用高密度防气窜水泥浆,并采取“替净”、“压稳”和“封严”等固井技术措施,有效封隔了高压气层,为后期作业提供了良好的井筒环境。这表明,超高温高压地层通过优选合适的水泥浆,并采取相应的技术措施,可以解决超高温高压地层的固井技术难点,提高固井质量。      

国内外钻完井技术新进展

页岩气、致密油/页岩油、致密气、深水、极地等的勘探开发活动推动了全球钻完井活动持续回升,促进了水平井、工厂化作业等钻井技术,以及快速移动钻机、深水钻机、极地钻机等钻井装备的快速发展。国外近年来在高效起下钻机和高运移性钻机,复合钻头、微芯钻头及高效辅助破岩工具,井下实时大容量信息高速上传,实现造斜段和水平段一趟钻的高造斜率旋转导向技术,可折叠连续管,钻井远程传输与实时优化,连续循环系统,控压钻井,高温油基钻井液、新型水基钻井液和新型堵漏技术等方面取得显著进展。国内在万米钻机及配套装备、MWD/LWD/EMWD/近钻头地质导向系统、连续管技术与装备、控压钻井、垂直钻井、随钻温度压力测试等方面也实现重要突破,推动了钻井技术与装备不断进步。     

煤层气欠平衡钻井旋转控制头胶芯密封特性分析

旋转控制头胶芯的密封性能是影响煤层气欠平衡钻井施工效果的重要因素。根据煤层气钻井工况,对井口偏心工况、起钻和钻进工况下,旋转控制头胶芯和钻具间的接触压力进行了有限元模拟研究,并分析了胶芯不同结构参数对胶芯密封性能的影响,为煤层气钻井低压密封胶芯的优化设计和研制提供了依据。结果表明:胶芯与钻具间的接触压力随偏心距的增大而增大,且靠近偏心侧的接触压力较大;钻进工况下,钻具本体和接头部分的接触压力都明显小于起钻工况;接触压力随外锥角的减小而增大,随内锥角的减小而减小,但变化量较小;摩擦力随主密封段长度的增加呈线性增加,钻杆接头部分明显大于本体。现场应用实践验证了分析结果的正确性。     

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v文章对低压易漏地层钻井液漏失机理及堵漏机理进行了探讨。对于低压易漏地层，安全钻井的关键是建造高质量的人工井壁，提高井壁的承压能力。根据地层物性规律，要求堵漏材料的尺寸范围较宽，有利于不同的颗粒尺寸的堵漏材料进行有机组合，封堵不同喉径的孔隙和各种尺寸大小的裂缝，形成稳定的人工井壁。结合现场的实际应用，提出了低压易漏地层安全钻井的技术措施。     

极地冷海钻井技术挑战及关键技术

北极冷海地区油气资源丰富,是目前国际石油公司关注的热点,了解极地冷海钻井技术挑战和关键技术现状,对推进极地冷海钻井技术进步、实现极地冷海油气资源的高效开发具有重要意义。为此,通过大量文献调研和实地考察,分析了国内外极地冷海钻井装备及关键技术的现状和主要研究进展,得到了以下认识:恶劣的作业环境、长距离的后勤保障和苛刻的环保要求,是极地冷海油气勘探开发面临的首要难题;坐底式平台、人工岛、抗冰自升式平台和浮式平台等是目前极地冷海钻井作业采用的关键装备,低温钻机、全封闭抗冰平台及耐低温新型材料等是极地冷海钻井亟待突破的关键装备及材料。调研分析认为:冻土层钻井技术、低温钻井液和固井技术、万米大位移井钻井技术、极地灾害风险评价及控制技术和钻井废弃物环保排放技术是未来极地冷海钻井技术的主要攻关方向,是实现极地冷海油气资源高效开发的关键。