考虑水平刮切作用的旋转钻井牙齿侵入规律

考虑旋转钻井钻头牙齿对井底岩石产生的水平刮切作用,分析了井底岩石侵入系数的变化规律以及初次侵入破碎坑的形状,得出旋转钻井重复侵入时井底岩石的破碎过程以及载荷侵深曲线形态,进一步揭示了旋转钻井牙轮钻头破岩机理:随着摩擦因数的增大,刃前岩石侵入系数线性降低,刃后岩石侵入系数线性增加;初次侵入时破碎坑为非对称的不规则形状,岩石破碎体积比只考虑垂向压入作用时小,发生剪切破碎时所需的载荷低;刃前岩石发生剪切破碎以后,刃后岩石由于应力集中效应,达到剪切破碎时所需的整体载荷降低,存在水平刮切作用时岩石多次侵入剪切破碎更为容易;重复侵入时井底岩石剪切破碎频数是只考虑垂向压入作用时的两倍,剪切破碎时载荷下降的幅度降低。     

钻压波动特性模拟实验研究

文章利用钻柱动力学室内模拟实验装置,从波动频率和波动幅度两方面入手,定量分析了大斜度井眼中不同钻进参数下钻压波动的变化规律。结果表明:大斜度井眼中钻压波动总体呈现正弦波动规律,钻压波动存在"随机偏移"现象;随着转速的升高,钻压波动频率增大且始终等于钻柱自转频率,而钻压波动幅度呈现出下降的趋势;名义钻压对井底钻压波动的影响仅仅体现在钻压曲线的上下平移,而对钻压波动频率和钻压波动幅度并无显著影响。     

波流载荷作用下的下入安装立管横向动态特性

为了研究海洋立管在下入水下设备安装过程的横向动态位移及其下部弯矩变化规律，建立了海洋下入立管的横向动态承载方程、波流载荷计算方程。结合网格离散、边界条件及计算求解稳定性的分析，应用Matlab求解了波浪速度、管柱壁厚和水深变化下的立管横向变形、最大位移和位置，以及位移及弯矩动态波动过程。研究结果表明：距离立管底部50 m内的横向位移、弯矩随时间周期性波动逐步增大，立管最大横向位移与波浪速度近乎呈正比，且弯矩波动幅度及最大弯矩均随海流速度的增大而增大；随着壁厚的增大，立管抗弯强度的增大使得立管的最大位移减小、底部的弯矩幅度减小；在相同张紧力系数下，随着水深的增大，最大横向位移增大、底部的弯矩波动周期减小、弯矩波动变化值减小，最大位移位置自水深“1/3”向海面靠近。研究结果可为海洋立管下入安装设备时的安全作业控制提供基础，并为下入设备分析的上部边界提供条件。     

氢气-空气预混气体火焰在管道阻火器内传播特性试验研究

通过建立试验装置，对氢气-空气预混气体火焰在不同管径波纹管道阻火器中的传播特性进行了试验研究。试验结果显示，氢气-空气预混气体在管道阻火器内的爆炸过程分为等压燃烧、压力快速上升和压力振荡3个阶段。爆炸过程中压力剧烈波动，随着管径的增大压力波动愈发明显，而火焰传播速度没有明显的变化规律。管径15 mm管道阻火器内压力上升速率急剧增大，升压持续时间仅0.5 ms。随着长径比的增大，阻火速度呈近似线性增大趋势。长径比为30时，阻火单元能使火焰淬熄，长径比增大到40时部分阻火器阻火失败。在相同的氢气体积分数下，火焰传播速度沿管道长度方向基本呈递增趋势，最大火焰传播速度发生在氢气体积分数为30%时。当阻火单元厚度增大到原阻火单元厚度的2倍时，虽然爆炸压力略有增大，但火焰传播速度呈现递减趋势，阻火器的阻火能力明显提高，双层阻火单元下的火焰淬熄效果明显优于单层阻火单元。     

激光焊接参数对1.2 mmTC4钛合金薄板焊缝的影响

为了研究激光焊接参数对钛合金焊缝的影响,对厚度1.2 mm的TC4钛合金板材进行光纤激光焊接。分别采用单因素试验和正交试验研究了不同的激光工艺参数对焊缝形貌及力学性能的影响。单因素试验结果表明:焊缝熔宽随着激光功率的升高大体呈上升趋势,焊缝背宽比随着激光功率的升高先增大然后趋于稳定;焊缝熔宽随着离焦量的增大逐渐减小,当离焦量达到4 mm时,出现未焊透现象;焊缝尺寸随着焊接速度波动变化,当焊速大于1.5 m/min时,焊缝尺寸呈现减小趋势。正交试验结果表明:激光功率对抗拉强度的影响较大;而对于延伸率,相较于激光功率,离焦量和焊接速度对延伸率的影响水平相当。     

深水钻井喷射下导管排量设计方法

深水钻井喷射下导管过程中,为预防导管安装不到位或导管承载力恢复时间过长,需要根据海底土质参数对喷射排量进行合理的设计。基于淹没水射流理论及海底弱胶结土质破坏准则,建立了满足破土能力的最小喷射排量计算模型。采用φ339.7 mm导管进行了喷射下导管的模拟试验,分析了排量对水力破土效果及表层导管承载力的影响规律。结果表明:当喷射排量小于最小喷射排量时,导管下入速度缓慢;当喷射排量大于最小喷射排量时,导管下入速度随喷射排量增大快速增大;导管承载力随喷射排量增大呈指数降低,当喷射排量超过1.2倍最小破土排量时,导管承载力降低幅度达到最大。根据最小喷射排量计算模型和模拟试验结果,建立了基于"水力破土能力、导管承载力"双因素约束的喷射排量设计方法。在南海22口深水油气井的应用表明,采用该方法设计喷射排量,可以提高导管喷射下入效率,保证导管稳定。      

致密砂岩地层气体钻井井眼稳定性试验研究

为明确气体钻井过程中致密砂岩地层井壁失稳的机理，基于能量耗散原理，利用三轴压缩试验，研究了气体钻井中致密砂岩地层井壁失稳的机理。通过分析三轴压缩试验结果得知：砂岩的能量演化可分为弹性能稳定聚集阶段、耗散能缓慢聚集阶段、弹性能释放且耗散能快速聚集阶段；随着围压降低，破坏砂岩结构所需耗散能峰值极限呈指数下降，而弹性储能峰值极限呈线性下降。随着加载速率增大，破坏砂岩结构所需耗散能先减小后增大，存在临界加载速率；砂岩耗散能转化速率与围压和加载速率呈正相关，较高的砂岩耗散能转化速率引起黏聚力弱化、摩擦强化。气体钻井速度过快将引起井壁失稳区域增大，而且在钻遇高压地层时更严重，因此，适当地降低钻井速度，给予地层充分泄压时间，有利于气体钻井过程中保持井壁的稳定性。研究结果对于优化气体钻井速度具有重要作用。     

围压对含水合物沉积物力学特性的影响

将实验室人工合成天然气水合物与高岭土混合制成岩心样以模拟海底含水合物沉积层,在不同围压条件下,对不同高岭土体积含量的含水合物沉积物进行三轴压缩试验。试验结果表明,当围压较低时,含水合物沉积物试样破坏强度随围压的增大而增大;而随着围压的进一步增加,试样强度有平缓下降的趋势。围压对含水合物沉积物试样的初始弹性模量影响很小,而割线模量受围压的影响较大,割线模量先随着围压的增大而增大,达到峰值后逐渐降低。高岭土含量对含水合物沉积物的内摩擦角影响不大,但对黏聚力有一定影响,随高岭土含量的增加,沉积物强度增大。图6表2参9     

钟摆与偏轴钻具钻压波动规律对比试验研究

利用底部钻柱动力学研究试验装置对钟摆钻具与偏轴钻具的钻压波动规律进行了对比研究.结果表明,2种钻具钻压波动规律存在相同之处:①名义钻压一定,提高转速,2种钻具实际钻压略有降低,钻压波动幅度逐渐变大;②当名义钻压较低时,出现0钻压的情况;③转速一定,2种钻具实际钻压随名义钻压的增大而增大,钻压波动幅度逐渐减小.不同之处是:低转速低名义钻压、高转速高名义钻压时,偏轴钻具的钻压波动幅度比钟摆钻具大.     

变应力条件下气体吸附对煤岩渗流特性的影响

煤层气钻采及注气过程中,在外力扰动下煤岩所受到的轴向或环向载荷出现较大幅度的变化,在应力的变化过程中,煤岩内部的孔隙与裂隙处于动态变化过程,导致煤层的渗透率也发生动态变化,且不同气体的渗透率变化规律存在差异。以宁武盆地9号煤层为研究对象,运用自行研制的三轴渗流实验装置,分别利用非吸附性气体氦、吸附性气体甲烷和二氧化碳研究在增加围压过程中渗透率随有效应力的变化,以及增加轴压至煤岩破坏过程中渗透率—应变曲线与应力—应变曲线之间的关系。结果表明,在增加围压的过程中,初始阶段煤样对氦的渗透率最大,其次是甲烷,最后为二氧化碳;随着围压的增加,有效应力增加,渗透率降低;在煤岩轴向加载至破坏过程中,渗透率—应变曲线与应力—应变曲线的变化规律基本一致,但渗透率的变化滞后于应力的变化,且气体的吸附性越强,滞后效应越明显。