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多年以来钻具过早失效问题一直困扰着钻井界。在钻具失效案例中,连接累纹疲劳失效占很大的比例。钻具连接螺纹疲劳失效是由于交变弯曲应力引起的,这些交变应力集中在连接螺纹消失处附近。减少连接螺纹弯曲应力延长钻具连接 螺纹的疲劳寿命。文章提出并研究了一种新的钻具连接螺纹减应力区,它是通过区的轮廓线为连续的光滑的二次曲线,圆弧线,抛物线和椭圆线。这可以避免在减应力区出现应力集中和出现“细脖子”现象。并且这些曲线在机械加工上是可行的。用有限元技术优化了减应力区的几何形状,并分析了减应区的开口位置、开口深度和开口宽度等几何参对应力释放效果的影响。并对减应力区的强度进行了分析。     

具有新型连接螺纹减应力区的钻具配合接头

为解决钻具连接螺纹在交变弯曲应力作用下的疲劳失效问题,研究设计了具有新型连接螺纹减应力区的配合接头,即在配合接头本体上设置减应力结构来降低连接螺纹部位的应力水平。通过有限元计算与分析,得到应力释放效果最好的是母线为椭圆线的减应力结构。评价分析了减应力区开口位置、宽度和深度等参数对应力释放效果和配合接头强度的影响。     

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绝大多数的钻具失效都是疲劳引起的,而交变应力集中是疲劳破坏的一个关键因素,因此定量分析研究钻具在井下所随的应力水平及其分布规律,是研究钻具疲劳失效的的一项重要内容,文章以固体力学有限元理论为基础,建立了带扶正器下部钻具组合在弯曲井眼或斜直井眼中的有限元力学模型。求解并得到了下部钻具组合的应力场,揭示了扶正器附近是应力集中区,而远离扶正器的两跨之间应力水平相对较低的应力分布规律。现场的资料分析地表明,正是扶正器或配合接头这些高应力水平的部位是最容易失效的部位;从钻具的结构上看,钻具连接螺纹正处在这些最大应力集中区,这是连接螺纹疲劳失效的根本原因,扶正器或配合接头的失效多发生在连接螺纹部位,文章的研究结果揭示了下部钻具组合失效的力学机理。     

钻铤螺纹应力分析及结构优化

在钻井过程中，经常发生下部钻具组合断裂失效事故，其主要失效部位是在钻铤薄弱部位——螺纹连接处，由于螺纹类型复杂，过渡部位易发生应力集中，造成钻具疲劳断裂破坏。针对钻铤断裂事故，建立了常规钻铤螺纹连接部位3种螺纹类型的有限元模型，并采用线弹性有限元方法分析了不同模型在不同钻压条件下的应力分布情况，同时对使用API标准应力减轻槽的钻铤螺纹连接部位进行了结构优化设计。在设计中以螺纹连接处两个过渡圆角半径R1、R2为设计变量，分析了在一定条件下不同尺寸的R1、R2所对应的螺纹连接处应力分布情况。对比分析可知，在满足钻铤强度条件下，改进的螺纹应力减轻槽可有效降低螺纹连接处的应力集中水平，从理论上说明该方法是可行的。     

钻铤螺纹联接载荷分布规律与疲劳失效

钻铤螺纹联结失效是钻铤失效的主要因素,在整个钻具失效事故中占很大比例。疲劳是导致螺纹联接失效的主要原因。文中从螺纹载荷分布入手,运用有限元软件分析螺纹疲劳失效机理,最后提出预防螺纹先期疲劳失效的措施。     

钻铤螺纹连接疲劳失效研究

钻铤螺纹连接失效是钻铤失效的主要形式，在整个钻具失效事故中占很大比重。从分析螺纹载荷分布和螺纹应力分布入手，得出造成钻铤螺纹连接疲劳失效的原因是螺纹连接载荷分布极不均匀和应力局部集中，并据此提出了通过降低啮合区螺纹牙高度和采用不同摩擦系数的螺纹脂使载荷分布更合理、加工应力减轻槽改善应力分布和对螺纹表面进行处理预防钻铤连接疲劳失效的工艺技术措施。     

下部钻柱组合的变形及应力研究

应力集中是钻具疲劳破坏的一个关键因素,定量计算钻具在井下所承受的应力水平及其分布规律显得尤为重要。建立了带扶正器下部钻具组合在垂直井和斜直井眼中的有限元力学模型,用编制的软件求解并得到了下部钻具组合的形变和弯曲应力。揭示了下部钻具组合失效的力学机理。下部钻柱组合在长跨距内变形挠度最大。钻柱变形后,危险点不在挠度最大处,而在钻柱变形转角大的位置。在扶正器附近的转角大,因而弯矩也大。扶正器附近是应力集中区,而远离扶正器的两跨之间应力水平相对较低。从钻具的结构上看,钻具的连接螺纹正处在这些最大应力集中区,这是连接螺纹疲劳失效的根本原因,而扶正器或配合接头的失效多发生在连接螺纹部位。     

钻具连接螺纹疲劳寿命分析与优化设计

建立了钻具连接螺纹的三维空间有限元模型,分析了钻具螺纹在轴向动载荷、弯矩和扭矩作用下的疲劳寿命,并对连接螺纹进行了优化设计。结果表明,钻铤NC螺纹的寿命明显高于钻杆NC螺纹,而钻杆NC螺纹的寿命要高于其他连接螺纹。轴向力对钻具螺纹疲劳影响小,扭矩和弯矩对钻具螺纹疲劳影响较大。对钻具螺纹进行螺纹参数和连接参数的优选,可以延长螺纹的疲劳寿命并降低其应力。其中钻铤螺纹疲劳寿命延长了44.1%,钻杆螺纹疲劳寿命延长了12%。钻铤螺纹等效应力最大降低了40.36%,钻杆螺纹等效应力最大降低了15.06%。对于新型连接螺纹的设计,可以从螺纹锥度、牙底圆角半径、减应力槽直径和第1扣削顶高度入手。     

钻铤内螺纹接头开裂失效分析

通过宏观分析、力学性能测试、化学成分分析、金相组织和微观断口分析,对某井发生的钻铤内螺纹接头开裂失效原因进行分析。结果表明,钻铤规格和螺纹型号匹配不当降低了钻铤的服役能力,在服役过程中交变应力载荷作用下,应力集中最为严重的最后旋合螺纹根部萌生疲劳裂纹并扩展,最终致使钻铤接头开裂失效。     

气体钻井断钻铤事故的原因分析及预防

气体钻井中常出现断钻铤事故。文章通过对钻柱受力和钻柱本身性能的分析,得到气体钻井断钻铤的原因。在钻柱受力分析方面,从钻柱动力学出发对钻柱反转、钻柱扭转振动和钻柱横向振动等进行了分析,认为钻柱的这些运动是产生钻柱交变弯曲应力并集中,造成钻柱疲劳破坏;在钻柱本身性能的分析上,弯曲强度比不是造成钻铤内螺纹断裂的原因,利用Morrow应变周期方程结合有限元分析方法,得出高的平均应力和应变幅度是造成钻铤内螺纹断裂的主要因素。预防气体钻井断钻具应从降低钻铤内螺纹根部应力集中和改善钻柱的受力状况着手,在降低钻铤内螺纹根部应力集中上采用应力减轻槽,高扭矩接头和高摩擦螺纹油;在改善钻柱的受力状况上推广使用气体螺杆,试验抗涡动的PDC钻头,钻柱中加装纵向减振器的同时,要保证钻铤接头的偏心度小。     

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。