涡轮钻具新型叶片型线研究及其计算机辅助设计

分析了液体在涡轮钻具叶片表面流动规律,得出高效率涡轮钻具叶片型线设计应该满足的必要条件.由此提出了一种满足条件的叶片型线模型,并根据叶片的几何关系给出了数学模型的求解方法,为提高现有涡轮钻具的工作效率提供了一种参考叶型.并应用Pro/E进行了三维特征建模,基于这种参数化的模型,直接和高级语言编写的应用程序接口,可实现自动修改实体特征.在此基础上,编制了涡轮钻具叶片设计软件,实现了涡轮钻具叶片的自动设计,提高了涡轮钻具的设计质量和设计效率.     

玛湖凹陷百口泉组砾岩储层泡酸后岩石损伤及压裂泵压下降机理

针对玛湖凹陷百口泉组砾岩储层水平井固井完井射孔后直接压裂施工存在泵压高、需借助长时间泡酸工艺来降低压裂启泵压力的问题,开展了储层射孔后酸损伤及降压机理研究:①通过玛湖1、玛131、玛18区块储层岩心及水泥石在模拟温度下的酸岩反应实验,得到了岩心及水泥石的宏观溶蚀率及其变化规律;②进行了玛湖1、玛131、玛18区块岩心及水泥石在酸岩反应前后的三轴力学实验,得到了酸作用前后岩石/水泥石力学特征及其变化规律;③采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)、X-射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)分析了酸作用前后岩石孔/缝/面等微观结构的变化,从微观角度探索了酸岩反应机理;④综合玛湖压裂施工现状、酸反应前/后岩石及水泥石SEM/EDS/XRD分析结果、岩石/水泥石酸岩反应前后三轴力学性能,利用"七五"或组合弹簧模型及破裂压力公式分析了酸作用对地层破裂压力的影响规律,揭示了玛湖砾岩储层水平井固井完井射孔后酸损伤及降压机理.     

Tribological Properties of API 10-Round Thread Connection During Make-and-Break Process

Galling is one of the most familiar failure forms for tubing and casing connections. It has been regarded as a key problem by metallurgy and petroleum systems all over the world. The theory of tribology and contact mechanics was used to analyze the contact force, plastic strain, and other parameters of API 10-round tubing connections in the process of makeup and breakout using the nonlinear finite element method. The stress states of the tubing thread connections were also analyzed for combined makeup and axial tensile loads. The results show that the main factors for tubing thread galling failure with thread grease are the normal contact force of the pin and box and the rigidity of the thread surface. The distribution of the contact force can be improved and the high contact force of the local thread can be reduced by optimizing the geometric parameters of the thread or using a small or varied pitch. The thread surface rigidity can be increased by improving the thread surface machining quality and by heat treatment. The chance of tubing thread galling failure can be reduced by designing hydraulic pressure tongs to avoid high speed and high torque makeup and by standardizing the operations of oilfield makeup and breakout.     

CCUS地质封存下水泥环密封完整性失效机理及控制措施

CO₂封存过程中,水泥环作为套管-水泥环-地层组合体中最薄弱的环节,在压力变化尤其是交变压力的作用下,水泥环密封完整性失效的风险极大,其完整性失效容易导致CO₂从环空中泄露至地表,严重影响CO₂的封存。基于已建立的水泥环组合体弹塑性模型,利用MATLAB进行模拟分析,研究全井段水泥环密封完整性失效机理以及相应的控制措施。结果表明:水泥环密封完整性失效主要与水泥环进入塑性产生的塑性应变累积有关,并且无论是在浅层段还是深层段,只要水泥环进入塑性,在多次交变压力的作用下,就有产生“界面应力反转”的风险,导致水泥环密封完整性的失效。要想避免水泥环密封完整性的失效,应首先避免水泥环进入塑性状态,即提高水泥环屈服内压;浅层段,低弹性模量的水泥环可增加水泥环屈服内压;深层段,在水泥环泊松比“临界点”之上,降低水泥环弹性模量可有效提高水泥环屈服内压,在水泥环泊松比“临界点”之下,增加水泥环弹性模量可提高水泥环屈服内压。当由于套管压力过大,水泥环不得不进入塑性状态时,低弹性模量和高泊松比的水泥环可以降低卸载后的水泥环残余应力,延缓“界面应...     

多铁性磁电复合薄膜

多铁性材料由于其不但具有单一的铁性(如铁电性、铁磁性和铁弹性), 而且由于不同铁性之间的耦合协同作用会产生新的磁电效应, 在换能器、传感器、存储器等高技术领域具有巨大应用潜力. 其中, 磁电复合薄膜由于具有良好的微电子工艺兼容特性和良好的性能, 并存在许多尚未解决的物理问题, 使得磁电复合薄膜的研究成为众多研究者关注的热点. 从实验和理论两个方面介绍了目前多铁性磁电复合薄膜的研究现状. 综述了1-3柱状结构、0-3颗粒复合结构和2-2叠层结构等几种典型结构的磁电复合薄膜的实验制备和性能, 同时介绍了用格林函数方法、相场模型和从头算方法等几种理论工具对磁电复合薄膜模拟计算的结果. 最后, 指出了目前存在的问题和发展趋势.     

下部钻柱有限元动力学仿真研究

针对下部钻柱在钻井过程中的振动状态,分析了振动机理,并建立下部钻柱组合节点单元三维动力学模型,运用强迫频率理论和高斯列主消元法对动力学方程组进行求解,得到不同转速下的最大径向变形及弯曲应力,绘出相应的幅频响应曲线,确定相应的临界转速。研究表明,钻柱转速对钻柱振动影响较大,通常钻柱工作转速要避开钻具组合谐振频率,可减缓钻柱振动,保护钻柱。     

基于地层流变通式的套管载荷研究

我国流变性地层套管损坏严重,准确了解流变地层套管外载及其影响因素对套管强度设计具有重要意义。为此,基于地层流变通式,采用拉氏变换法对均匀地应力下流变地层位移方程进行了求解,建立了流变地层套管外载荷计算的新方法,分析了不同元件组成的流变模型对套管初始及最终载荷的影响规律。结果表明地层为三个或三个以下元件组成的流变模型时,套管初始载荷为流变模型中不与黏性元件或塑性元件直接并联的弹性元件所产生的套管载荷,最终载荷等于模型中所有弹性元件共同作用产生的载荷。研究成果对流变地层套管设计、延长套管使用寿命及降低套损发生率有一定的指导作用。     

微流量控制钻井中两相许用钻杆下行速度研究

针对微流量控制钻井中气液两相许用钻杆下行速度问题,考虑气体滑脱、相与环空壁面阻力、回压及井底压 差,开展了对不同井深的气液两相许用钻杆下行速度半经验模型的研究,获得了气液两相许用钻杆下行速度的变化规 律。当钻杆在气液两相中下行运动时,回压的增大使井筒空隙率减小、气液两相密度增大,加载在井底的有效压力增 大,从而使许用钻杆下行速度减小;当井底气侵量增大,此时井底压力小于地层压力,许用钻杆下行速度增大,可借助 增大的激动压力消除一部分井底与地层欠压差;当井底安全压差减小,许用钻杆下行速度呈减小趋势。控压钻井中精 确计算钻杆许用下行速度,可增大钻井时效。     

非常规油气井压裂过程中水泥环完整性实验评价

非常规油气井大规模压裂使水泥环处于极端服役环境,极易导致水泥环屏障失效,而避免水泥屏障失效的关键在于弄清压裂诱导的交变压力下水泥环完整性失效机理。因此,采用自主研发的实验装置模拟井筒环境开展了全尺寸“生产套管-普通(高强度)水泥环-技术套管”两种组合体在交变压力下的密封性能和界面力学性能测试及评价,利用密封失效循环次数和界面胶结强度分别表征了水泥环密封性能和界面力学性能,获取了普通水泥环在4种交变压力(0/30↘0,0↗50↘0,0↗60↘0和0↗70↘0 MPa)、高强度水泥环在5种交变压力(0/30↘0,0/50↘0,0/60↘0,0↗70↘0和0↗0↘0 MPa)下的完整性实验结果,分析了交变压力峰值及循环次数对水泥环完整性的影响规律,揭示了水泥环完整性在交变压力作用下的失效机理及过程,明确了水泥环密封性能和界面力学性能之间的相关性,发现了高强度水泥环耐交变压力的密封/抗窜能力及界面力学性能均明显优于普通水泥环。研究成果可为非常规油气井水泥浆体系的优选及压裂施工参数的优化提供重要依据。     

二氧化碳在地层水中的溶解度测定及预测模型

考察H2 S、CO2等酸性气体在液体介质中的溶解度对同区块不同井或同井不同井段油套管腐蚀、开裂及氢脆等环境断裂情况的影响,基于模拟油气井环境下CO2溶解度的测试装置,开展CO2在不同温度、压力及矿化度下的溶解度试验,采用灰色关联度法从温度、压力及矿化度3个方面对CO2溶解度进行敏感性分析,得到CO2溶解度与温度、压力及...