Performance Analysis of Directional CSMA/CA for IEEE 802.15.3c under Saturation Environments

In this paper, the directional carrier sense multiple access/collision avoidance (CSMA/CA) protocol in the immediate acknowledgement mode for IEEE 802.15.3c is analyzed under saturation environments. For the analysis, a sensing region and an exclusive region with a directional antenna are computed probabilistically and a Markov chain model in which the features of IEEE 802.15.3c and the effects of using directional antennas are incorporated is analyzed. An algorithm to find the maximal number of concurrently transmittable frames is proposed. The system throughput and the average transmission delay are obtained in closed forms. The numerical results show the impact of directional antennas on the CSMA/CA media access control (MAC) protocol. For instance, the throughput with a small beamwidth of antenna is more than ten times larger than that for an omnidirectional antenna. The overall analysis is verified by a simulation. The obtained results will be helpful in developing an MAC protocol for enhancing the performance of mmWave wireless personal area networks.     

Exploiting path diversity in the link layer in wireless ad hoc networks

We develop an anycast mechanism at the link layer for wireless ad hoc networks. The goal is to exploit path diversity in the link layer by choosing the best next hop to forward packets when multiple next hop choices are available. Such choices can come from a multipath routing protocol, for example. This technique can reduce transmission retries and packet drop probabilities in the face of channel fading. We develop an anycast extension of the IEEE 802.11 MAC layer based on this idea. We implement the protocol in an experimental proof-of-concept testbed using the Berkeley motes platform and S-MAC protocol stack. We also implement it in the popular ns-2 simulator and experiment with the AOMDV multipath routing protocol and Ricean fading channels. We show that anycast performs significantly better than 802.11 in terms of packet delivery, particularly when the path length or effect of fading is large. Further we experiment with anycast in networks that use multiple channels and those that use directional antennas for transmission. In these networks, deafness and hidden terminal problems are the main source of packet loss. We implemented anycast as extension of 802.11 like protocols that were proposed for these special networks. We are able to show that anycast is capable of enhancing the performance of these protocols by simply making use of the path diversity whenever it is available.     

聚乙烯醇凝胶堵漏剂的室内研究

为解决地质钻孔钻井液漏失的问题,研制了一种新型堵漏剂——聚乙烯醇凝胶堵漏剂,该堵漏剂由聚乙烯醇、硼砂、二丁酯、羧甲基纤维素钠等化学交联反应而成。根据地质钻探钻孔堵漏材料性能的要求,对该堵漏剂进行了成胶时间、成胶黏度、溶胀性、抗稀释性、抗矿化物污染、堵漏等实验。结果表明:(1)当聚乙烯醇为3%、硼砂为0.8%、二丁酯为0.3%、羧甲基纤维素钠为0.3%、交联温度为35℃、p H值为10时,制备的聚乙烯醇凝胶堵漏剂性能为最好,成胶黏度达358 600 m Pa·s,成胶时间为18min;(2)成胶时间在0.1~1.0 h范围内可调,对不同大小通道适宜性好;(3)单独的凝胶堵漏剂最大承压能力达到6.0 MPa,加入1%木屑后最大承压能力提高到7.0 MPa,具有很好的堵漏效果。结论认为,所研制的聚乙烯醇凝胶堵漏剂具有较强的溶胀度、抗稀释、抗矿化物污染和堵漏能力,并且制备方便、价格低廉,可应用于裂缝、溶洞、孔隙及含有动水的复杂漏失地层。     

基于多孔介质热弹性理论的井壁诱导缝成因

常规纯弹性理论通常把钻井过程中直井井壁诱导缝的形成归结为钻井液密度过高或者水平主应力差值过大,然而该理论却并不能完全合理地解释深井井壁诱导缝的成因。为揭示井壁诱导拉伸缝形成机理,考虑钻井液循环期间低温钻井液与高温井壁围岩的热交换,基于多孔介质热弹性力学理论,建立了适于深部地层的井壁稳定分析模型,研究了流固热耦合作用下的井周周向有效应力、孔隙压力与温度分布计算模型。计算结果表明:(1)在最大水平地应力方位,井眼钻开初期多孔弹性作用居于主导,孔隙压力在近井壁地带出现谷值,对诱导缝的形成起到了抑制作用;(2)然而随着钻井液与地层热交换的进行,钻井液的冷却作用愈加重要,井周周向有效应力由挤压状态逐渐转变为拉伸状态,从而导致近井壁地带诱导缝的形成。结论认为,为避免诱导缝的形成,在工程上一方面需加强钻井液的封堵性,控制液柱压力向井周的扩散;另一方面也可以通过调整优化钻井液密度与流变性能,控制井底钻井液当量密度(ECD)。     

长宁页岩气井钻井复杂情况及钻井液工艺技术

阐述了长宁页岩气区块嘉陵江组至韩家店组钻井过程中时常出现的复杂情况:在大段泥岩段钻井钻头被泥包;部分地层层理发育,易发生力学坍塌,上部裸眼井段垮塌,出现卡钻;裂缝发育较好,地层连通性强,易发生井下漏失;在蠕变地层钻井易造成井径扩大;泥岩污染,同时提出了钻井液维护处理存在的难题以及解决措施。根据在嘉陵江至韩家店组钻井遇到的复杂情况进行分析和实践应用,对水基钻井液配方进行优化,在长宁区块应用十余井次,大大减少了复杂情况出现的概率,顺利钻穿嘉陵江石膏层,克服了飞仙关泥岩段,避免了长兴-龙潭区域性垮塌,杜绝了因钻井液维护处理不当导致的井下复杂情况。长宁区块不同地理位置井场的地层变化较大,加深对长宁区块地层的认识,尽可能在钻井设计时更有针对性地提出建议与措施,减小复杂情况出现的频率,为页岩气优质、高效、低成本的钻井提供一定技术参考。      

伊拉克米桑油田Abu区块储层防漏堵漏技术

伊拉克米桑油田Abu区块储层岩性为碳酸盐地层,缝洞非常发育,而且地层压力系数低,漏失是钻井过程面临的主要难题。结合相关地质取心和电测成像资料,在总结分析前期堵漏工艺的基础上,室内对现有可酸溶复合堵漏材料配方进行了优化,将酸溶率提高到75%以上,室内模拟实验承压能力提高到7 MPa以上,并进一步优化形成了适应该区块的堵漏施工工艺。通过现场5口漏失井的试验表明,优化后的可酸溶堵漏配方明显提高了现场堵漏成功率,进一步缩短了钻井周期。      

风险树分析在钻井工程事故中的应用

结合概率统计知识,利用风险树分析引发钻井工程事故的顶事件,重点讨论各底事件的相互联系及对系统的影响程度,从而寻找系统的漏洞,分析顶事件的发生概率,在此基础上采取相应的纠正措施,为最大程度地减少钻井工程事故的发生及其损失提供理论依据。     

杭-宁输气管道工程定向钻穿越设计浅析

杭州-宁波天然气输气管道工程（简称杭-宁输气管道工程）是浙江省天然气长输管网主干线之一，根据工程河流穿越众多、渠塘穿越频繁的特点，对杭-宁输气管道工程水域穿越的特点和穿越方式作了总结；重点分析了水域定向钻穿越设计及需要注意的问题，为今后浙江省天然气管网建设的水域穿越设计作了探讨。     

钻井井架力学性能分析

钻井井架作为钻机系统设备中的关键部分,其力学性能直接关系到整套钻机系统的安全生产。文章推导了常用于分析钻井井架力学性能的理论,即线性屈曲、几何非线性和双重非线性理论。提出同时用这三种理论对钻井井架进行综合比较分析,从而合理地预见井架力学性能的方法。以A形钻井井架为例,进行了详细的分析,得到了井架的失稳形式、极限承载、破坏特征及薄弱部位,为钻井井架的设计、优化与评定提供了参考。     

抑制性钾铵聚合物钻井液的推广应用

河南油田多年来应用的阴离子型聚合物PAC钻井液存在抑制泥页岩分散造浆能力不足的缺陷，导致体系中亚微米粒子含量高、密度上升过快、固相过度积累（达13％），性能稳定时间短，严重影响了机械钻速和井下安全。2003年通过室内评价和现场试验，推广应用了抑制性钾-铵聚合物钻井液。该钻井液以“高分子强力包被剂乳液”聚丙烯酰胺钾盐TL-A02（分子量为600万～1400万）为主剂，中分子选用PAC141（或FA367），依靠超长分子链多点吸附钻届，不同分子量聚合物的协同增效作用，提高钻井液的抑制包被能力和控制滤失能力。该钻蚌液在一般固控设备条件下，就能实现低粘、抵切、低固相（≤7％）优质钻井液钻井，与同区块其它钻井液体系相比，机械钻速提高了24．7％（达11．29m／h），钻井周期缩短了38．9％，钻井液成本下降了8％，在钻进过程中还实现了劣质钻井液的零排放。