高压电脉冲破岩机理数值模拟研究

高压电脉冲钻井技术目前已成为一种新型高效的岩石破碎方法,同时也是目前钻井提速领域的研究热点。为了推动高压电脉冲的破岩机理研究,建立了单对电极破碎红砂岩的多物理场耦合电击穿二维数值模型,通过电流场、电击穿场和电路场的耦合再现均质红砂岩中等离子体通道的产生,分析了电极倾角、电压、电极间距对岩石电击穿(岩石内部等离子体通道的形成)的影响规律。研究表明：等离子体通道由靠近放电电极顶端局部区域开始萌生,并朝着岩石局部介电强度薄弱处发展;随着加载脉冲电压值的增大,电击穿发生时刻逐步降低,岩石模型的等效失效体积逐渐增大;在保证岩石能被电击穿的前提下,增大电极间距能提高高压电脉冲的破岩效率;放电电极的电极倾角逐步增大的过程中,岩石等效失效体积出现明显的波动,其极值多数出现在电极倾角35°～55°的范围之内。为了进一步推动高压电脉冲破岩的工业化应用,在二维模型基础上构建了红砂岩的多物理场耦合动态电击穿三维数值模型,再现了电极钻头破岩过程中岩石内部破碎坑的状貌;与此同时,选用自主设计的同轴型电脉冲钻头开展了电击穿室内实验,电击穿室内实验结果与仿真实验结果相互印证。     

异形PDC齿切削破岩提速机理研究

在室内切削实验基础上基于有限元二次开发建立了异形齿切削及全钻头破碎非均质花岗岩的三维数值仿真模型,研究了12种形状聚晶金刚石复合片(PDC)齿切削非均质岩石过程中的切向力、法向力、岩屑、破岩比功,并研究了齿形对全尺寸钻头破岩效率的影响。研究结果表明：锥形齿的切向力最小,破岩比功最高,对应的锥形齿钻头的进尺也最小;三平面齿的法向力和切向力均为最大;破岩比功最低的齿为双曲面齿;进尺最大的全钻头齿形为更易吃入岩石的鞍形齿、双曲面齿以及斧形齿。     

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。     

单电源供电MSM/HEMT OEIC

给出了InGaAsMSM光探测器与InP基InAlAs/InGaAs HEMT两种器件单片集成实现的OEIC光接收机的设计方法与测试结果。该光接收机采用单电源供电，由一级放大器，两级源级跟随器和一个反馈电阻组成，当光接收机工作在2．5Gbit/s时，跨阻可达53dBΩ，采用＋5V电源供电，功耗仅为160mW，可有效地应用在光纤通信接收系统中。     

异形P DC齿切削破碎非均质花岗岩机理研究

为了进一步明晰难钻地层(如花岗岩地层)中异形P DC齿的破岩机理,采用有限元建立了含不同矿物组分的细观非均质花岗岩模型,同时还建立了10种常见的异形P DC齿在不同围压条件下的切削破岩模型,并对其破岩机理进行了分析.研究结果表明:鞍形齿和双曲面齿的破岩效率最高,其原因为这两种齿形能在实现移除区的脆性破碎的同时减少影响区...     

稳定器对下部钻具组合的动力学影响规律研究

深部钻探现已成为油气资源开发的主力,跳钻和屈曲问题限制了深井钻井效率.采用稳定器则能够缓解下部钻具的振动和变形问题,是提高钻井效率的有效手段之一.为了定量描述稳定器安装数量和间距对下部钻具组合的影响,基于Hamilton原理建立全井钻柱动力学模型并采用HHT-α法对模型求解,分析了稳定器对下部钻具组合屈曲、振动和跳钻的...     

强研磨性地层中PDC钻头井底热-流-固三场耦合研究

PDC（polycrystalline diamond compact， 聚晶金刚石复合片）钻头在强研磨性地层中破岩时，其钻齿在刮切破碎岩石的同时与岩屑、岩石剧烈摩擦，产生的局部高温加快了钻齿的磨损失效，这会极大地缩短整个钻头的使用寿命。因此，探究温度对PDC钻头磨损的影响并改进其水力结构对提升单个钻头的进尺深度和降低钻井经济成本有显著意义。为此，通过钻齿切削实验来验证其温度与磨损之间的关系，并在考虑井底钻井液流动状态及其与钻齿之间对流换热的基础上，建立了PDC钻头井底热?流?固三场耦合模型，分析了井底钻井液与PDC钻头之间的相互作用，同时针对原有的PDC钻头水力结构提出了优化措施。结果表明：1）在钻齿切削过程中温升现象十分明显，说明温度是影响PDC钻头磨损的重要因素；2）PDC钻头井底流场呈热?流?固耦合状态，且钻井液流动状态对其钻齿换热的影响大，这为钻头水力结构的优化提供了方向；3）通过调整喷嘴的流量及角度等水力结构，降低了钻齿的平均温度，可有效改善PDC钻头的磨损情况。研究结果对强研磨性地层中钻头的优化设计有重要指导意义。     

单齿切削破碎非均质花岗岩微宏观机理研究

深部难钻地层岩石硬度大、可钻性差等问题是制约深层非均质硬地层钻井提速的瓶颈问题,深入研究其切削破碎机理对于提高钻进速度、降低钻井成本有重要意义。该文采用离散元PFC2D—GBM (Particle Flow Code 2D—grain-based model)来模拟硬脆性的非均质花岗岩,研究了不同液柱压力、晶粒尺寸、晶粒随机分布特性、钻齿倾角、切削深度和速度等条件下的单齿切削破碎花岗岩机理。研究发现:晶间剪切裂纹和晶内拉伸裂纹是切削过程中花岗岩产生的两种主要裂纹类型;切削力随着切削行程表现出明显的波动,切削力大小急剧增大和降低,并且随着液柱压力、切削深度和切削齿倾角的增大表现得更加明显;液柱压力、晶粒尺寸和晶粒的随机分布特性对切屑形态有很大影响,相比之下,与上述三个因素相比,切削深度、刀具前角和切削速度对切屑形态影响不大。研究结果对于深入认识花岗岩切削破碎机理有重要意义,可为改进破岩钻头的设计提供依据。     

PDC单齿切削破碎非均质花岗岩性能的评价新方法

聚晶金刚石复合片（PDC）钻头在非均质、研磨性强的复杂地层存在破岩效率低、使用寿命短的问题,现有研究普遍孤立看待PDC齿的寿命和破岩效率。为此,根据PDC齿的攻击性能、受力状态及破岩效率间的关系,以2种花岗岩为研究对象,建立了非均质花岗岩的有限元模型,然后对3种PDC齿（锥形齿、鞍形齿和圆形齿）切削破碎非均质花岗岩的破岩效率的影响因素进行了研究,最后对3种齿的破岩性能进行了评价,对切削倾角进行了优选,最终提出一种评价PDC齿破岩性能的新方法。研究结果表明：(1)岩石细观矿物成分、强度、尺寸和含量会影响破岩效率,岩石的细观平均强度和岩石矿物泊松比的增加均会降低破岩效率;(2)围压的增加会降低齿的破岩性能,3种齿形的破岩性能从大到小排序为锥形齿、鞍形齿和圆形齿,且不受围压与切削倾角的影响;(3)当切削深度为1 mm,且仅考虑切削作用时,鞍形齿最优切削倾角范围为10°～15°,锥形齿的切削倾角优选范围为5°～10°,圆形齿的推荐切削倾角范围为0°～5°。结论认为,破岩性能评价新方法综合考虑了PDC齿的破岩效率、几何形状及其受力状态,能充分体现PDC齿的能耗经济性、寿命经济性及其切削参数的攻击...     

GaAs基InAlAs/InGaAsMHEMT直流特性研究

报道了用 MBE技术生长的 Ga As基 In Al As/In Ga As改变结构高电子迁移率晶体管 (MHEMT)的制作过程和器件的直流性能。对于栅长为 0 .8μm的器件 ,最大非本征跨导和饱和电流密度分别为 3 5 0 m S/mm和1 90 m A/mm。源漏击穿电压和栅反向击穿电压分别为 4V和 7.5 V。这些直流特性超过了相同的材料和工艺条件下 Ga As基 PHEMT的水平 ,与 In P基 In Al As/In Ga As HEMT的性能相当