钻柱结构声传性能试验研究

采用瞬态分析方法对周期性结构钻柱进行分析,建立了钻柱信道声传输性能试验系统,用该试验系统研究激励信号频率和钻柱结构对声信号传播的影响,对接收信号的时域波形、幅值和频谱的变化规律进行分析。研究结果表明,声信号在传播过程中会衰减,衰减与传输距离和信号频率有关,并随着距离和频率的增大而加剧;为保证声波遥传,工作频率应小于1 kHz;钻柱几何结构、物理参数对传输性能影响很大,随着频率增大,信号幅值减小,信号波形失真程度加剧;钻杆连接处有杂质或连接不紧密会加剧信号失真程度,激振器与钻柱端面接触不紧密时将产生较大的杂波干扰,因此应使激振器与钻杆端面紧密接触,保证连接部位的清洁。     

物性参数差异对钻柱信道声波传播特性的影响

研究声波在钻柱中传播特性,对声传输系统的研发具有重要意义。将钻柱结构离散为不同均匀圆管组成的管柱结构,针对结构尺寸和物性参数差异,建立钻柱信道传递矩阵法计算分析模型,并依据位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件,采用传递矩阵法进行信道时频域分析,对声波在钻柱中传输特性进行研究。研究结果表明:结构尺寸和物性参数差异决定了钻柱信道频域特性,纵波声速越高越有利于声波信号的传输;物性参数差异对于信道的频带结构和通频带分布有较为显著的影响,物性参数差异增大会使阻带变宽,钻柱信道声波传输能力下降;随着传输距离的增加,信号衰减程度增大。研究结果可为声波在钻柱中的传播研究提供理论基础。     

随钻声波传输的信道特性研究

为给随钻声波传输系统的设计和研发提供理论和试验依据,对声波在钻柱中传输的信道特性进行了研究。首先以声波在周期性结构的传输理论模型为基础,编制了计算机仿真程序,仿真分析了钻柱结构、钻柱长度及钻管长度对单位脉冲响应的影响;然后采用88.9与127.0 mm钻杆,较系统地进行了声波传输试验,分析了钻柱长度、支撑方式、信号接收位置、钻柱曲率及钻柱尺寸对声波传输信道特性的影响。结果表明:钻柱信道呈梳状滤波特性;钻柱的信道特性不随支撑方式的改变发生较大变化;钻杆数量的增加导致时域波形衰减;钻柱的声波信道特性基本不受钻柱长度的影响,但单根钻杆的差异会引起通频带缩小;不同接收位置接收信号的通频带的位置及宽度完全一致,只是幅值不同;钻柱曲率不会对通频带的位置产生影响,但会对其宽度造成影响;钻柱尺寸基本不会对通频带结构产生影响。仿真分析结果与声波传输试验结果可为随钻声波传输系统的设计提供模拟及试验依据。      

井下钻柱信道的声传播特性

基于钻柱信道的随钻数据声波传输方式能够满足现代钻井速度快、传输数据量大的要求。在声传播特性分析模型建立基础上,采用传递矩阵计算方法,对不同钻柱组合的声传播特性进行了研究。结果表明,钻柱信道的一个最明显特征是窄频带多波段通信。钻柱信道的几何结构、物理参数和信号频率对信道传输性能有显著影响,随着信号频率和传输距离的增大,接收信号衰减程度增大,同时信道的声传输性能还受钻柱材料的弹性模量和密度的联合作用影响。对于周期性钻柱,当钻杆长度增大时,通带中心向低频偏移,通带和阻带变窄;当接头横截面积减小时,通带变宽,阻带变窄,一个频带周期内通带中心向频带中心频率偏移,距离频带中心越近,其偏移量越大。对于非周期性钻柱,结构和物理参数差异的增大,会引起钻柱信道频域特性的显著变化,声传输性能显著下降。信噪比是影响井下信息声传输系统设计的关键因素,同时为了实现声波遥测,声传输方式的通信工作频率应尽量选择低频。     

钻柱结构差异对声传性能的影响

深入研究声波在钻柱信道中传播性能,对于声传输系统的研发具有重要意义。首先借助瞬态分析方法对管柱的频域特性以及声波在管柱中的传播特性进行了分析,然后利用复杂钻柱结构的声传播特性分析模型,采用传递矩阵法分析了不同钻柱结构的声传性能,最后依据钻柱动力学和波动理论对耦合钻井液因素的影响进行了研究。结果表明,钻柱的几何结构对于其频域特性有着显著影响,结构差异对于信道的频带结构和通频带分布有着较为显著的影响,钻柱中各部分的尺寸差异会使通频带变宽,声波透射幅值下降。依据钻柱中结构各部分声阻抗大小,采用合理的排序方式,可以增强通频带的稳定性。通过对通频带变化规律和钻井噪声频率范围的分析,确定出了钻柱作为声传信道的声波通信载波基本选频范围为400~1 000 Hz的通带。     

钻柱结构声传输特性试验研究

声传输方式因结构简单、成本较低、易于定向发射等优点成为研究的热点。为寻求更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术,设计了近钻头声信号传输试验系统,论述了声传输的信道特性、影响因素和信号检测方法,分析了管箍界面以及泥浆介质的阻尼影响,通过色散曲线对钻杆中纵波传输的频域特性进行了详细分析,试验研究了近钻头中声信号传输时激励信号与接收信号的关系。结果表明,周期性钻柱结构具有复杂的声特性,在钻柱信道中,通带和阻带交替出现,且在一个频带周期内随着频率的增加,通带先变窄再变宽,阻带则先变宽再变窄。存在适合高速和大信息量传输数据的声信号频带和信号特征。     

钻柱中声波传输系统样机的研制

声波传输是一种具有极大潜力的井下信息无线传输技术。在方案设计的基础上,研制出基于钻柱信道的由井下声波发射装置和地面声波接收换能器组成的声波传输系统样机。开展了样机试验井试验,检验了声波传输系统样机的性能,测试了钻柱的频谱特性。通过试验井试验数据对声波在钻柱中传播的衰减、噪声和多途干扰等进行了分析,得到了井下无线信息传输系统的可用信号频率、编码方法等,证明用声波在钻柱上进行数据传输是可行的。     

EM-MWD信号在钻柱中传输的影响因素研究

在现有电磁随钻测量（EM-MWD）系统中,钻柱是重要的EM-MWD信号传输信道。为深入了解影响EM-MWD信号在钻柱中传输效果的因素,基于等效传输线法对EM-MWD信号信道进行了建模,并使用Ansys软件进行了有限元计算,分析了地层分层情况下不同规格钻柱在交变电磁场中传输的能量损耗以及套管对EM-MWD信号传输的影响规律。研究发现:EM-MWD信号在钻柱中的能量损耗会随着功率和频率增大而增加,当信号频率超过100 Hz时损耗增加更加明显;不同规格的钻柱传输信号的效果不同,但当钻柱壁厚与外径的比为0.08～0.20时,EM-MWD信号传输效果较好;在钻柱上加套管会对EM-MWD信号的传输产生屏蔽作用,影响传输效果,不过当井下EM-MWD信号的发射频率在50 Hz以下时,套管的影响较小。研究结果更加明确了钻柱自身属性对EM-MWD信号传输的影响,可为EM-MWD系统的改进和设计提供参考。      

钻柱中声信号传输试验研究

为研究声信号在钻柱中的传播,建立了近钻头声传输试验系统和周期性钻柱结构声传输试验系统。在试验系统上对声信号在周期性钻柱结构中的传输特性进行试验。结果发现,若采用动力钻具和MWD探管组成的随钻系统,可实现声信号的近钻头传输,但由于探管与钻具连接方式和尺寸结构差别大等原因会引起接收声信号的严重衰减。在周期性钻柱结构中,激振器输入激励信号为方波时占空比的变化对接收信号峰峰值影响明显,且方波作为激励信号,占空比在50%以内时,接收信号较理想;对于同一钻柱结构,信号频率增大会引起接收信号幅值减小;在同一频率条件下,钻柱组合的变化对接收信号的幅值存在较明显的影响。     

短距离钻柱声波传输特性试验研究

为研究钻井中短距离钻柱的声波传输特性,在1.28 m长的钻柱上建立了一套短距离声波传输试验系统,对声波信号在短距离钻柱中的传输特性进行了试验。试验以方波为驱动信号,采用径向和轴向钻柱激励,激励频率从2 Hz升高至50 Hz,传感器安置于接收端各个不同位置。试验研究声波信号对驱动电压、激励方向、激振频率以及传感器测量方向等参数的敏感性。试验结果表明,声波信号在传输过程中有衰减并含有回波和大量噪声干扰,在井下工具能耗允许范围内可采用大电压供电、径向激励钻柱和传感器径向接收信息的方式。     

阿姆河右岸酸性气田井口冲蚀及对策

中亚土库曼斯坦阿姆河右岸气田群为高含H_2S和CO_2的碳酸盐岩气藏,单井产量高,井口设备均出现了不同程度的腐蚀。初步分析认为其原因是生产过程中仅考虑酸性介质对气井井口的化学腐蚀,而没有考虑气体流速对井口的冲蚀作用,极大地影响了气田的安全生产。为此,通过对节流阀上下游阀道、法兰面均出现明显坑状腐蚀的进一步分析,明确了化学腐蚀和气体冲蚀的交互作用是井口磨损的主要影响因素,气流冲刷腐蚀坑的化学腐蚀产物会加速冲蚀损害;进而借鉴冲蚀与腐蚀运行环境下的多相管流管道的磨损计算理论,计算了该运行环境下的冲蚀极限速度,得到了不同生产工况下节流阀的抗冲蚀流量;最后,根据气田生产情况,针对性地提出了按气井配产要求来选择采气树类型、节流阀通径及类型冲蚀的技术控制策略。此举为气田安全生产提供了工程技术保障。     

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库的渗流规律

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏储层非均质性强,边底水选择性水侵,渗流规律复杂,为了提高地下储气库的建库效率,需要研究储层在改建地下储气库多周期强注强采过程中的多相流体渗流规律。在获取有代表性的裂缝发育碳酸盐岩岩心较为困难的条件下,通过对天然岩心进行剪切造缝和多轮次气水互驱实验,研究了地下储气库气水过渡带在注采过程中的多相渗流规律,分析了裂缝合气空间贡献率以及储气库含气空间动用效果。结果表明:裂缝模型的相渗曲线近似于"X"形,多次气水互驱后相渗曲线基本没有变化,基质岩心模型相渗曲线经多次气水互驱后气水两相共渗区间变窄,共渗点降低;微裂缝对储层含气空间贡献率较高,微裂缝发育储层的含气空间利用率保持在较高水平,徽裂缝不发育储层的含气空间利用率逐渐降低并趋向稳定。因此,在微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库过程中可以在徽裂缝不发育储层布置生产井,同时通过控制边底水运移范围降低注入气损失,从而提高地下储气库的建库效率。     

山前地区深井超深井套管防磨与减磨技术研究

针对山前地区深井超深井钻井过程中套管磨损严重的问题,在分析套管磨损机理的基础上,开展了山前地区套管防磨与减磨技术研究,基于技术研究成果及应用实践,得到如下结论:1应用Power V等垂直钻井系统控制井眼轨迹,特别是上部井段的狗腿度和井斜,可明显减小侧向力和磨损量,缩短套管磨损时间;2应综合考虑套管磨损率、磨损系数以及钻杆耐磨带本身的磨损量,优选出效果最优的耐磨带;在狗腿度严重的位置,可考虑采用一定数量的橡胶钻杆卡箍来减轻对套管的磨损;3山前地区钻井液采用CX-300减磨剂能够显著降低磨损速率,减轻套管磨损程度,但在不同钻井液体系使用之前应进行优化分析以确定最佳使用量;4在迪那204井使用高密度钻井液体系,全部采用优选的高密度重晶石粉代替铁矿粉作为加重剂,整个钻进过程中未出现钻具及套管磨损,迪那204井易损件消耗量仅为邻井迪那203井的左右,防磨减磨效果非常显著。     

Biodiesel Projects Helpful to Ease Energy Shortage

Nearly 7,000 hectares of biodiesel forest will take shape in the northern province of Hebei in 2008, part of a national campaign to fuel the fast growing economy in a green way. In no more than five years, the Pistacia chinensis Bunge, whose seeds have an oil content of up to 40 percent, will yield five tons of fruit and contribute about two tons of high-quality biological diesel oil, according to the provincial forestry administration.     

State Energy Base Proposed in Inner Mongolia

Experts recently suggested China set up a state energy base in lnner Mongolia Autonomous Region to ease its energy thirst. The survey was co-conducted by senior researchers from the National Development and Reform Commission, Development Research Center of the State Council, Chinese Academy of Sciences and the Ministry of Finance. To plan and establish strategic energy bases at state level is in line with the principle of ＂giving priority to energy saving and diversifying energy consumption with the utility of coal at the core.＂     

烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的气相色谱研究

利用气相色谱法测定了不同色谱柱温度和不同载气流速下,C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的保留时间,并利用相关公式对测试结果进行了线性回归分析,测得了吸附热力学参数和扩散系数;考察了色谱柱温度、烷烃碳链长度和载气流速对烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的影响。实验结果表明,回归分析的线性相关性良好,色谱柱温度越高,孔道对吸附质的吸附能力越弱;在不同载气流速下,轴向扩散系数不同;随烷烃碳链长度的增加,吸附焓变呈先增大后减小的趋势,轴向扩散系数呈线性增长;C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的吸附焓变在-1.264~-42.975 k J/mol之间;当载气流速为2.654~4.246 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.328 8~0.551 7 cm2/s之间;当载气流速为5.308~13.270 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.430 2~1.456 4 cm2/s之间。     

四川盆地前震旦系勘探高含氦天然气藏的可行性

目前,我国的氦气资源主要依赖进口,寻找大中型高含氦天然气田是改变这一现状最现实的途径。为此,对四川盆地威远地区高含氦天然气藏的成藏机理和氦气来源进行了分析,以探讨在该盆地前震旦系勘探高含氦天然气藏的可行性。首先根据盆地周缘12条野外露头剖面和4口钻穿震旦系单井的资料,系统分析了前震旦系的岩石学、沉积相、烃源岩等特征,认为前震旦系发育的沉积地层为南华系,东南缘露头剖面的地层序列为南沱组、大塘坡组、古城组和莲沱组,推测盆地内部可能发育相同的地层序列;南沱组、古城组和莲沱组主要为冰川沉积,为砂砾岩夹泥岩;而大塘坡组为间冰期沉积,发育一套砂泥岩地层,其下部泥页岩的有机质含量高,为较好烃源岩。进一步的研究表明:南沱组砂砾岩储层、大塘坡组烃源岩和地层中侵入的花岗岩"氦源岩"可形成较好的高含氦天然气藏成藏组合;前震旦系沉积岩的分布主要受早期裂谷控制,在裂谷内部充填厚层的沉积岩地层。结合地震资料预测了威远—资阳地区沉积岩和花岗岩的分布,结论认为在资阳地区对震旦系—前震旦系进行高含氦天然气藏的勘探是可行的。     

水平井多级压裂管柱力学、数学模型的建立与应用

水平井多级体积压裂技术是近几年国内外为有效开发页岩气藏和低渗透油气藏而发展起来的一项新技术,但随之出现了压裂管柱力学环境更加复杂的新问题。针对该复杂的力学、数学问题,根据水平井多段压裂工艺管柱受力特点,建立了悬挂封隔器以下,多封隔器坐封、开启压差滑套和开启投球滑套3种工况的力学模型,并根据各工况的受力特征,建立了这3种工况管柱力学计算的数学模型。根据弹性力学理论中厚壁筒的Lame公式和Von Mises应力计算公式,推导出了管柱受内压力、外挤力和轴向应力共同作用下油管柱安全性评价的等效应力计算数学模型,建立了多级压裂管柱力学强度安全评价的数学模型;根据已建立的水平井多封隔器管柱力学计算的数学模型,开发了水平井多级压裂管柱力学安全评价的实用软件。该研究成果已经在新疆塔里木盆地塔河油田某气井得到了应用和验证,取得了很好的效果,为水平井多级压裂管柱安全工作参数的优化设计和安全性评价提供了理论依据和简便可靠的技术手段。     

基于洛伦茨曲线评价水驱油藏驱替均衡程度

针对水驱油藏开发过程中无法有效定量描述驱替均衡程度的问题,利用高台子油层各井动态指标和小层纵向上的注采关系占总体的比重情况,绘制相应的洛伦茨分布曲线,得到用于量化评价油藏平面、纵向驱替均衡程度的“开发均衡指数”,该值小于0.4时驱替程度相对均衡。将研究成果应用于评价二次开发前后水驱油藏的驱替均衡程度,研究结果表明：目标区采出情况均衡指数降低了0.1615,含水情况均衡指数降低了0.0950,整体驱替均衡程度达到了相对均衡的水平,但纵向上仍差异悬殊。建立的洛伦茨曲线评价驱替均衡程度的方法,充分考虑了单井产能差异所造成的驱替不均衡情况,准确度高。研究成果为二次开发水驱油藏的驱替均衡程度评价提供了定量标准。     

复杂地质条件气藏储气库库容参数的预测方法

国内复杂地质条件气藏型地下储气库经过10余周期注采后工作气量仅为建库方案设计工作气量的一半,运行效率偏低。为此,利用气藏地质、动态及建库机理,建立了地下储气库注采运行剖面模型,根据气藏开发、气藏建库及稳定注采运行过程中纵向上流体的分布特征及其变化趋势,将地下储气库剖面分成4个区带(建库前纯气带、气驱水纯气带、气水过渡带及水淹带);按区带确定了影响建库有效孔隙体积的主控因素(储层物性及非均质性、水侵和应力敏感)及其量化评价方法,进一步考虑束缚水和岩石形变的影响,并引入注气驱动相,根据注采物质平衡原理建立了气藏型地下储气库库容参数预测数学模型。该模型涵盖了地质、动态及建库机理,从微观和宏观角度综合评价了影响建库空间的主控因素,大大提高了预测结果的准确度和精度,使建库技术指标设计更趋合理,目前已广泛应用于中国石油天然气集团公司气藏型地下储气库群的建设当中。