切削和侵入作用下层理岩层破碎机理浅析

层理岩层是石油钻井中经常遇到的一类地层,特别是在页岩气开采过程中,所钻页岩属于典型的层理岩层。研究层理岩层在钻齿作用下的破碎机理对于控制井眼轨迹、优化钻进参数、提高钻进效率都有很大指导作用。在以往岩石破碎机理研究中,一般多假设岩石介质为各向同性;但是对于层理岩层,由于其表现出强烈的强度各向异性特征,各项同性假设不再适用。本文利用离散单元方法(PFC2D)建立了钻齿与层理岩层相互作用模型。研究了层理岩层在钻齿切削和侵入过程中的破碎情况、裂纹的扩展情况以及钻齿受力情况。研究表明:切削力根据层理倾角分为高切削力区和低切削力区;液柱压力的存在对裂纹扩展有抑制作用,增大切削力;在岩石侵入过程中,层理的存在改变了裂纹的走向,当主裂纹扩展至层理处时,裂纹不再向岩石内部扩展,而是朝着层理的方向扩展。     

PDC钻头流场数值仿真与水力结构优化

针对φ311.15mm(121/4英寸)井眼采用复合钻进时存在的岩屑量大,钻头处存在重复破碎等问题,在前人研究的基础上,对某区块常用的φ311.15mmPDC钻头进行了水力结构分析与优化。通过数值模拟,得到了钻头表面速度矢量图、喷嘴中心剖面速度矢量图及刀翼表面速度矢量图,并在此基础上确定了水力结构优化方案。仿真结果表明,改进后涡心与射流区的距离增加,漩涡边界流体切入到漫流层中并附壁上返,漩涡强度减弱,漫流区厚度与速度增加,携岩能力提高,清洗与冷却能力增强。     

响应面法优化菊粉山药酸奶发酵工艺研究

以菊粉、山药粉和脱脂牛乳为原料,研究了菊粉山药酸奶的发酵工艺。以感官评分为评价指标,在单因素试验的基础上,采用响应面法进行分析,优化了菊粉、山药粉、木糖醇和发酵剂接种量,最终得出菊粉山药酸奶最佳生产工艺参数为：菊粉添加量0.8%、山药粉添加量0.5%、木糖醇添加量10%、发酵剂接种量0.5 U/L,以此条件发酵出的菊粉山药酸奶感官评分为92.66分,与预测值93.19分较一致。     

添加杂粮粉改善面包品质及营养特性分析

以藜麦粉、燕麦粉和高筋粉为主要原料,制备出一种新型复合杂粮面包。通过单因素和正交试验,研究杂粮粉、酵母、木糖醇、黄油添加量对面包感官、比容的影响,确定了藜麦燕麦复合面包的最佳工艺配方：藜麦粉与燕麦粉比例为1:2,酵母添加量3.0%、木糖醇添加量11%、黄油添加量8%。并以小麦面包为对比,分析了杂粮面包的抗氧化性、体外消化率、预血糖指数等功能特性。结果表明：复合杂粮面包的抗氧化能力为0.054 mmol/g（以FeSO4计）,远高于对比面包的0.0048 mmol/g;复合杂粮面包水解的淀粉量在90 min后趋于稳定,而对比面包虽然淀粉水解率在30 min后增速放缓,但一直呈上升趋势。杂粮面包的血糖生成指数被测定为57.42,属于中等血糖生成指数食品。对杂粮面包的营养特性分析后发现,除淀粉含量低于小麦面包,蛋白质、脂肪、总纤维含量都高于小麦面包,营养价值较高。对于小麦面包而言,面包中添加藜麦和燕麦能够起到膳食补充抗氧化剂和延缓淀粉在体内消化的效果,这为杂粮在面包中的应用提供了技术支撑。     

气体钻井钻柱振动特性及控制措施

为解决气体钻井钻柱频繁失效的实际问题,综合考虑钻柱纵横扭耦合振动,根据气体钻井全井段钻柱系统动力学模型分析了气体钻井钻柱的振动特性,并从减振抑振角度提出了空气锤钻井工艺和采用减振减阻工具两种振动控制措施。以川西某实钻井气体钻进段为例,在利用美国ESSO公司现场数据验证全井段钻柱系统三向耦合振动力学模型可行性与结果可靠性的基础上,量化评价了常规气体钻井和采用振动控制措施气体钻井工艺的钻柱振动特性。对比分析表明,这两种工艺措施的减振抑振效果明显,不仅能够有效减弱气体钻井中下部钻柱的振动强度,而且使上部钻柱的动态应力也大大降低。     

气体钻井防沉屑工具结构安全性分析

使用有限元软件研究了气体钻井防沉屑工具结构因素(喷孔角度、喷孔直径、喷孔距端面距离、工具壁厚)和工作载荷(扭矩和轴向力)对防沉屑工具结构安全性的影响。研究结果表明:(1)气体钻井防沉屑工具的工作安全性较高,可用于气体钻井施工;(2)孔径和工具壁厚对工具应力影响大,喷孔距端面距离次之,喷孔与轴线夹角影响最小;在设计和使用防沉屑工具时,为兼顾携岩性能和结构安全性,孔径不应太大,工具壁厚应适当增大,孔开在防沉屑工具中间部位;(3)防沉屑工具上使用减阻吸振套,可有效降低工具与井壁的碰撞强度和动载系数,还可降低工具的实际应力。     

超深井生产测试用连续管的安全性评价

连续管具有起、下速度快,能实现钻井液连续循环,易于实现钻井自动化和智能化等优点。但由于存在管径小、管壁薄、使用寿命短等问题,有必要对连续管在超深井内工作时的工作安全性进行预估与评测。结合工程实例,用有限元分析方法对现有QT900连续管在超深、高温高压井内生产测试作业进行安全性评价。评价结果表明,现有QT900连续管在超深、高温高压井中测试作业时的工作安全性很低,特别是当连续管内、外压差过大时,可采用向连续管内注入高压液氮等措施使连续管内、外压差趋于平衡,提高连续管作业安全性。     

Critical weight on bit of double-driven bottomhole assembly during vertical and fast drilling

It is difficult to determine the optimal weight on bit (WOB) of the double-driven bottomhole assembly (DD-BHA, with double stabilizers and a bent housing positive displacement motor (PDM)) which is employed during vertical and fast drilling. High WOB leads to well deviation out of control, and low WOB leads to low rate of penetration (ROP). So considering the rock physical properties, the anisotropy index function of polycrystalline diamond compact (PDC) bit was derived with the structure and cutting performance parameters of the bit, and the effect of natural hole deviation tendencies on the performance of DD-BHA resisting deviation was represented. The concept of elliptic deformation ratio was used to characterize the performance of DD-BHA resisting deviation. Eventually, a model calculating the critical WOB was established. By comparing the model predictions with the measured hole angle changes in the field, the results show that the model predictions are accurate with error less than 5.8%, which can meet the operational requirements in the projects. Furthermore, the model was adopted to justify and guide the operating conditions and parameters during drilling, which shows that the optimum WOB predicted by the model can not only control deviation but also improve ROP effectively. The model is independent on the formation characteristics of blocks, so it can be expanded widely to other oilfields.     

中心分区式PDC钻头流场数值模拟

为证实Φ215.9 mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能,根据钻头底部轮廓包络面建立了Φ215.9 mm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流道流场模型,对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化,模拟了两种水力结构对井底流场及各流道内流量的影响。结果表明,中心分区水力结构形成的弱连通区域,使各流场区域的流量分配更加合理,并可缓解流体对钻头冠部的冲蚀,有利于流体及时冷却切削齿,减小钻头热磨损可能性,提高携岩能力和降低原生泥包发生概率。PDC钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等结构设计和加工制造的难度,并能提高水力效率,推荐在适用PDC钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。      

气体钻井钻柱疲劳失效周期分析

钻柱的频繁失效严重制约着气体钻井的发展。为研究钻柱的疲劳失效周期,以深直井全井钻柱为研究对象,基于疲劳寿命预测的Forman模型,综合考虑深直井钻柱的动力学特性和气体钻井过程中局部热因素对钻柱疲劳寿命的影响,建立了气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程。以川西某实钻井为例,利用建立的气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程,对气体钻井条件下的钻柱疲劳寿命进行了计算,并与该层段钻井液钻井参数下的钻柱疲劳寿命进行了对比,初步获得了气体钻井与钻井液钻井的钻柱疲劳寿命关系模型。分析结果表明,气体钻井的钻柱疲劳寿命对初始裂纹非常敏感,初始裂纹越大钻柱寿命下降越明显;气体钻井各井段钻柱的疲劳寿命均明显低于钻井液钻井。