深层碳酸盐岩地层长水平段钻井井筒温度分布模型研究

为克服深层海相碳酸盐岩地层长水平段钻井作业过程中的井下高温问题,结合深层海相碳酸盐岩气藏长水平段钻井过程的特点,建立了综合考虑多源项、非牛顿流体螺旋流动、变热物性参数的钻井井筒瞬态温度分布数值模型。基于该模型,研究了水平段长度、循环时间、钻井液排量、入口温度对井筒温度分布的影响规律。结果表明：随着水平段长度的增加,井底温度会显著增加;增加循环时间、增加循环排量、降低钻井液入口温度等措施对降低深层长水平段井底温度的作用有限。可见,为保障深层碳酸盐岩油气资源开发的顺利进行,须提高旋转导向工具的耐温极限。     

海域天然气水合物水平井钻井温度场预测

利用水平井开发海域天然气水合物具有产量高、产气快、经济效益好的特点,但井筒温度变化容易引起储层水合物分解,诱发井壁失稳坍塌等事故。因此基于井筒传热学理论和钻井工程参数,研究了海域天然气水合物水平井钻井过程中井筒热量传递过程,考虑钻柱与井壁、套管直接的摩擦生热效应,建立了海域天然气水合物水平井钻井过程的井筒温度剖面计算模型,分析了钻柱摩阻、循环时间、钻井液排量、入口温度、水平段长度等参数对对井筒温度场的影响规律。结果显示,钻柱的摩阻生热不可忽略;钻井液循环一定时间后,井筒温度剖面趋于稳定;钻井液排量对于井筒温度场的影响较大;钻井液的入口温度对于裸眼段的温度剖面影响较小,主要影响海水段的温度剖面;水平段裸眼段越长,裸眼段的温度越高;在海域天然气水合物地层钻水平井时,井周地层中的水合物不会分解。该研究成果可为中国海域天然气水合物水平井钻井设计提供借鉴。     

考虑粒径分布的深水环空岩屑浓度研究及应用

深水低温对钻井液性能影响显著,其粘度和切力的改变使深水携岩与常规陆上钻井不同。由于温度降低带来钻井液性能的改变对不同粒径岩屑上返速度的影响程度不同,因此在深水携岩研究中,考虑岩屑粒径分布是必要的。本研究分析了温度变化对钻井液影响,建立了考虑岩屑粒径大小及粒径分布、机械钻速及钻井循环时间等影响因素的深水钻井分岩屑粒径的环空浓度计算新模型,从而获得了深水钻井中全井及井眼各段环空内岩屑浓度大小及其浓度随循环时间变化的分布与变化规律,并在现场深水钻井岩屑浓度的分析计算中,取得了良好的应用效果。     

自然循环静态流量漂移诱发动态流量振荡研究

为探讨两相流及流动稳定性理论及工程问题,通过实验研究描述了自然循环静态流量漂移及静态流量漂移过程中出现的动态流量振荡现象;研究了在自然循环系统中流量发生漂移时系统循环流量,加热段进出口温度的变化规律。结果表明欠热沸腾所引起的流动阻力变化是导致静态流量漂移的主要原因;在发生静态流量漂移时系统循环流量下降,进口温度下降及出口温度上升;随着静态流量漂移的发展,欠热沸腾逐渐强烈,伴随着静态流量漂移系统内同时发生具有密度波及喷泉不稳定特点的动态流量振荡。在对现象描述的基础上,阐述了静态及动态流量不稳定发生的机理。研究结果证明在自然循环中静态流量漂移将会诱发动态流量振荡。     

深层页岩气水平井井筒瞬态温度场研究与应用

深层页岩气水平井钻井过程井筒瞬态循环温度对旋转导向工具的选择具有重要作用。基于井筒与地层间的对流换热机理及能量守恒原理，建立了井筒瞬态温度场模型；分析了循环时间、排量、水平段长度和入口温度对井筒瞬态温度的影响；优选了页岩气水平井轨迹控制方法，提出了降低井底循环温度的工程措施。结果表明，上部井段环空钻井液循环温度随循环时间和排量的增加而增加，而下部井段环空钻井液循环温度反而降低；随着水平段长度增加，环空钻井液循环温度增加，水平段越长，循环降温效果越低；随着钻井液入口温度增加，钻井液出口温度增加，下部井段环空钻井液循环温度随入口温度的变化较小。当垂深超过4 000 m后，水平段较短时，可采用旋转导向钻井工具；水平段较长，井底循环温度高于135℃后，推荐采用螺杆配LWD测量工具。采用增加循环时间、排量及边循环边下钻的方式可降低井底循环温度，以确保旋转导向工具和LWD工具处于安全工作温度内。     

钻井液浸泡时间对返排效果的影响模拟研究

室内钻井液动态损害评价实验往往在较短时间内完成,与现场实际钻井过程不符。利用高温高压动态损害评价仪,模拟现场实际钻井过程,将被钻井液损害后的岩芯浸泡在钻井液滤液中一定时间后取出返排,评价不同浸泡时间对返排效果的影响程度。实验结果表明:随着钻井液滤液浸泡时间的增加,油基钻井液体系的返排恢复率变化不大,水基聚合醇体系的返排恢复率有下降的趋势;短时间浸泡时变化不大,长时间浸泡后返排效果明显变差;无固相体系的总体趋势是增加的。钻井液滤液浸泡时间对返排效果的影响主要与钻井液性质、储层特征、储层损害机理等因素有关。     

环境温度对圆拱形钢结构模态频率的影响研究

为研究圆拱形钢结构模态频率在环境温度下的时变特征,本文以潍坊市白浪河摩天轮钢结构为研究对象,首先采用数值模拟和实测数据统计分析的方法揭示其模态频率的温度影响规律,然后采用BP神经网络建立起该结构模态频率与环境温度之间的回归模型,并基于该模型消除环境温度对结构模态频率的影响.结果表明:环境温度主要通过使结构材料的力学性能和结构状态发生改变来影响圆拱钢结构的模态频率;白浪河摩天轮结构模态频率随温度升高而降低,在监测时间内频率最大变化幅度为3.04%;该结构面内振型频率所受温度影响高于面外振型,其中结构状态改变是面内振型频率变化的主要因素;BP神经网络模型可以正确反映模态频率和环境温度之间的变化关系,利用建立的频率-温度回归模型可有效消除环境温度对结构模态频率的影响.     

基于虚拟人体模型的施工现场建筑工人热反应研究

研究建筑工人夏季热反应对保障建筑工人生命安全、减少安全事故的发生具有重要意义.通过施工现场实地调研,借助TAITherm软件,建立虚拟人体模型,还原建筑工人户外工作时生理参数变化,利用相关性分析、建立回归模型等数学手段,研究建筑工人生理参数和热环境参数之间的关系.结果表明：核心温度模拟值和实测值接近,平均皮肤温度模拟值与实测值走势相似;平均皮肤温度、平均皮肤温度变化率会对环境变化快速响应,核心温度响应时间滞后约3 min;短暂的休息可以有效降低平均皮肤温度、心输出量,但对降低核心温度作用不显著;活动时长是影响生理参数的重要因素,且随活动时长增加人体调节机制变弱.     

闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟

建立了考虑气液界面存在及其表面张力影响的较全面描述振荡热管内气液两相流动、传热传质和相变过程的气液两相流数理模型.模型中气液分布及界面运动采用VOF方法,表面张力影响采用CSF模型,对一典型闭式循环振荡热管起始工作阶段进行数值模拟.结果表明:所建立的模型成功模拟了振荡热管初始气液分布,启动阶段管内的泡状流、柱塞流、环状/半环状流和壁面回流等复杂气液流动流型和转变,以及起始循环阶段环状流和柱塞流在竖直管段内交替出现的现象.结果与相关定性实验观测非常一致,进而分析了启动阶段2个过渡管段内工质的流动及传热.分析表明在绝热段和冷凝段之间的过渡段,工质温度、压力和流型的变化明显,管内传热工况的转变主要发生在该区域内.     

注水泥循环温度影响因素探讨

循环温度的准确预测是保障固井作业安全和固井质量的重要影响因素之一。特别对深井而言,水泥浆性能对温度十分敏感,温度预测偏低5 ℃会严重缩短水泥浆可泵送时间,易引发固井事故,温度预测偏高会延长候凝时间,甚至可能发生超缓凝,水泥柱顶部十天以上都无强度,延误后续钻进作业。为保证施工安全,提高固井质量,根据井下传热特点及施工流程,建立了一种新的二维瞬态注水泥循环温度预测模型。研究结果表明：（1）固井前应多周循环钻井液,并适当提高循环排量,可以有效降低注水泥循环温度;（2）冬季最高循环温度低于夏季,尤其对浅井而言差别更加明显,冬季适当降低循环温度设计值不会影响安全泵注,而且能减小水泥浆体系设计难度;（3）深井温度系数高于浅井,井眼尺寸越大,循环温度越低。     

海底泵举升系统回流管道内钻井液举升效率

海底泵举升系统是无隔水管钻井液回收(riserless mud recovery,RMR)钻井技术的核心设备,该系统将钻井液和钻屑通过回流管道泵送至钻井平台,能够有效解决深水钻井作业所遇到的泥浆密度窗口过窄的难题,同时能够降低对海洋钻井平台的要求。回流管道作为钻井液和钻屑返出海面的通道,其设计的合理性关系到整个举升系统能否有效运行。结合由钻井液和钻屑组成的混合流体在回流管道内的流动特性,建立回流管道内混合流体流动的控制方程,探究混合流体的流态判别方式,分析回流管道内钻井液举升效率的影响因素。研究成果有望为海底泵举升系统回流管道的设计提供理论依据。     

深水海底泵举升钻井井筒泥浆性能、温度和压力场耦合规律

 井筒温度和压力场计算是深水海底泵举升钻井设计的重要内容.综合考虑温压场与泥浆性能,特别是泥浆流变性能的相互影响,建立深水海底泵举升钻井井筒传热和流动耦合计算模型,并与常规隔水管钻井计算结果进行比对.结果表明:受海水低温影响,上部井段环空温度小于入口温度,海底泵举升钻井井筒温度小于常规隔水管钻井,需注意低温时天然气水合物形成带来的安全隐患;海水段和地层段压力存在不同的压力梯度,地面泵压小于循环压耗,海底泵举升钻井井筒压力小于常规隔水管钻井;考虑泥浆密度和泥浆流变性能变化对井筒温度、ECD 和泵压均有影响,相对来说,ECD 受前者影响较大,而井筒温度场和泵压受后者影响较大;两者都考虑,泵压计算误差将大大降低.     

水合物地层用纳米SiO2钻井液低温性能实验研究

随着全世界越来越多国家对天然气水合物勘探与开发的青睐,相关钻井技术也得到了日益重视。针对水合物地层的钻井特点,结合现有的纳米材料,通过大量实验优选出一种适合海洋天然气水合物地层钻井用的纳米Si O2钻井液:海水+2%纳米Si O2+3%膨润土+1%Na-CMC(羧甲基纤维素钠)+3%SMP-2(磺甲基酚醛树脂)+1%PVP(K90)(聚乙烯吡咯烷酮)+2%KCl(氯化钾);并对其低温性能和水合物生成抑制性进行了实验评价。实验结果表明,该钻井液具有适中的密度、良好的低温流变性和泥页岩水化抑制性;并能够长时间有效抑制水合物地层分解气在钻井液循环系统中重新生成水合物,有利保障在含水合物不稳定地层中钻井的顺利实施。     

深井水平井水平段水力延伸能力评价与分析

对影响水平井水平段延伸能力的因素进行了分析,然后根据钻井液流体力学理论,建立了水平井循环压耗计算模型,分别对水平井总循环压耗和水平段环空压耗进行计算,进而求出了水平井水平段极限延伸长度值;对钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量对水平段水力延伸能力的影响进行了分析。研究表明,水平段水力延伸能力受钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量等多个因素共同影响。为了提高深井水平井的延伸能力,应使用较低密度的钻井液;尽量保持较低的岩屑床高度;钻井液排量应尽量小。同时还认识到,深井水平井水力延伸能力主要受到钻井泵额定压力的制约。研发高额定压力的钻井泵,是提高深井水平井水力延伸能力的主要措施。     

油气上窜速度的精确计算方法

上窜速度是反映油气活跃程度的一个非常重要的参数。对于钻井作业来说,直接影响钻井作业的井控安全。如果油气上窜速度不准确,很容易导致井涌、井喷等井控事故;同时也会造成钻井液密度的不合理,从而对油气层造成污染。现场用的迟到时间法计算油气上窜速度存在着较大的误差。根据油气在钻井液中运移的规律分析,得出油气上窜速度一种新计算方法,该方法综合考虑了钻具的排替作用、井身结构、以及开泵后油气在钻井液中的运移对其上窜高度的影响,对油气运移时间进行了修正,从而得到更加精确的油气上窜速度。经过现场实验表明,该计算方法可靠,可为准确判断油气活跃程度,为安全钻井作业提供依据。     

适合负荷变化的配电网络重构

考虑到负荷变化的情况,提出一种配电网静态重构算法,并以此为基础设计出了能够适应负荷变化的动态重构算法。其中静态重构算法以支路交换法为基础,利用降损估算公式分析负荷变化对网络结构的影响,并通过支路流过的负荷值与最佳转移负荷的距离确定应打开的分段开关,算法无需进行潮流计算;动态重构算法则是根据开关操作最大降损量客观指导时段划分,并通过建立评价函数分析各时段在整个时区的降损效果,以进一步优化结果。算例结果表明提出的静态重构和动态重构算法是可行和有效的。     

综合录井仪实时软件的设计及应用

设计了一种监测钻井参数的实时软件系统。这种软件系统采用汇编语言,并启用8087(或80287)数值处理器,用汉字显示,便于数据监测与采集,钻井动态数据可直接存储在磁盘上,随时监测钻井工况。现场使用证明,该程序能满足钻井工程需要。文中论述了软件系统的功能设计原理,分析了钻井参数的变化情况及确定方法,介绍了数据转换模块的特点。