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2025年05期

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油气人工智能 | 机理-数据融合的造斜率智能预测方法

油气人工智能 | 机理-数据融合的造斜率智能预测方法

摘要：造斜率的准确预测是进行井眼轨迹调控的基础，直接影响定向井钻井效率，但由于井下力学行为的复杂性，传统预测方法存在一定限制，难以实现精确预测。为此，提出了一种力学-智能模型融合的造斜率预测方法。利用力学模型计算钻头侧向力、钻头转角和极限造斜率并作为主控因素，通过自动化机器学习框架联合其他参数进行拟合预测，从而取代传统方法反演经验系数的过程，使其充分发挥力学模型宏观规律描述准确和智能模型非线性拟合能力强的优势。利用新疆玛湖区块14口井数据进行训练和测试。结果显示，融合力学参数后，模型造斜率最大误差、均方根误差和平均绝对误差分别下降了 17% 、 12% 和 8% ，其中均方根误差和平均绝对误差均小于每 30m1.00^° ，表明该方法能够有效提升造斜率预测精度，尤其在造斜率急剧变化的井段表现出更优的预测性能。研究结果可为造斜率的准确预测提供新的思路，同时也可为井眼轨迹的精确调控提供一定的技术支撑。
油气人工智能 | 基于Blending模型融合的抽油机井检泵周期预测方法

油气人工智能 | 基于Blending模型融合的抽油机井检泵周期预测方法

摘要：目前抽油机井检泵周期预测单一模型的稳定性和准确率较低，预测精度亟待提高。为此，通过将RF算法、GBDT算法、XGBoost算法及LightGBM算法等有效结合，提出一种基于Blending集成算法模型。基于大庆某油田的历史检泵数据，利用LOF孤立程度检测方法和归一化对数据进行预处理，采用基于树模型特征融合筛选的方法，筛选出主要影响参数，对比4种单一算法模型与Blending集成模型对检泵周期的预测精度，采用新的150组检泵数据验证该模型的预测精度和泛化性能。研究结果表明：Blending集成模型的预测效果有较大提升，拟合优度决定系数为0.954，采用150组新的检泵数据对其验证，拟合优度决定系数为0.947，验证了Blending集成方法预测的有效性和可行性。研究结果可为油田的生产和管理提供参考。
钻井技术与装备 | 基于声波处理技术的钻井环空动液面监测方法

钻井技术与装备 | 基于声波处理技术的钻井环空动液面监测方法

摘要：环空动液面深度监测对井下异常工况判断具有重要的意义，常规声波法由于受井下复杂环境影响，难以保证实时精确监测。为此，针对常规声波法在测量中面临的问题，通过结合回波特征与声波处理技术实现了环空动液面深度实时监测。采用连续变分模态分解（SVMD）方法对井下回波信号进行滤波处理；采用霍特林 T² 检验法检测液面回波位置，再采取短时自相关函数（ACF）及平均幅度差函数（AMDF）的结合算法检测接箍回波平均周期；进而计算得出井下声波传播时间和平均声速，之后实现对环空动液面高度的实时监测。试验结果表明，所述方法对不同深度条件下的液面回波都有良好的识别效果，能够在实时测量的同时，保证测量相对误差小于0.8% ，能够较好地满足钻井过程对环空动液面数据的需求。该研究对于监测井下事故具有一定的实用价值。
钻井技术与装备 | 川西深层致密砂岩水平井钻井提速技术

钻井技术与装备 | 川西深层致密砂岩水平井钻井提速技术

摘要：川西须家河组资源量丰富，是增储上产的主要阵地，但储量动用程度低。针对其气藏地质条件复杂，水平井钻井面临大尺寸井眼造斜效率低、机械钻速慢、长直井段防碰和防井间干扰难度大、井壁稳定与井漏和井眼清洁等技术难题，通过开展易斜地层大尺寸井眼预弯曲动力学防斜防碰打快、难钻地层提速、基于钻速敏感性分析的钻井参数实时优化、地质工程一体化轨迹精准控制、钻井液及防漏堵漏、基于实钻摩阻变化趋势评价的井眼清洁等技术攻关研究，形成了致密砂岩水平井钻井提速技术，并成功应用2口水平井，较前期周期缩短 65.7% ，平均机械钻速提高 194% ，水平段实现最长 1021m 。研究成果可为致密气资源的勘探开发提供技术支撑，也为国内致密砂岩水平井高效快速钻井提供了借鉴。
钻井技术与装备 | “璇玑” 导向工具与底部钻具组合动力学响应及安全分析

钻井技术与装备 | “璇玑” 导向工具与底部钻具组合动力学响应及安全分析

摘要：“璇玑”导向工具通过3个独立翼肋推靠井壁产生的偏置力，实现在钻井过程中对轨迹的有效控制以及提高钻井效率。然而，该设计也使得底部钻具的动力学特性变得更加复杂。为此，根据“璇玑”导向工具特殊结构和材料属性，综合考虑井眼轨迹、钻具结构、钻柱与井筒接触碰撞及钻头与岩石相互作用等因素，并基于拉格朗日方程，建立了带“璇玑”导向工具的全井钻柱动力学模型和“璇玑”工具及底部钻具的安全分析模型；在试验验证的基础上，以现场实际井为例，分析了不同钻井参数和扶正器安装位置对底部钻具组合动力学的影响。研究结果表明：增加钻压会显著增大底部钻具组合的弯曲变形和振动强度，且“璇玑”导向工具（驱动轴处）等效应力会显著增大；增大转速不一定会加剧底部钻具组合的弯曲变形，其对等效应力和疲劳寿命影响不大；安装扶正器不一定会改善底部钻具组合的弯曲变形，但对振动有一定的抑制作用。所得结论可为“璇玑”导向工具的使用提供一定的指导。
钻井技术与装备 | 立轮辅助钻进单元试验与数值模拟分析

钻井技术与装备 | 立轮辅助钻进单元试验与数值模拟分析

摘要：针对深部难钻地层PDC钻头吃入地层困难、破岩效率低，以及导向钻井中钻头方位稳定性差等问题，提出一种具有轮轴一体式立轮切削结构的PDC钻头，并开展变切削深度立轮预损伤条件的 PDC破岩单元试验，对比PDC平行切削和立轮预损伤条件下PDC破岩的效果，并进行数值模拟分析，揭示立轮辅助钻进的工作机理。研究结果表明：立轮作用下PDC切削岩石的切向动载系数比PDC 单独切削岩石减小 43.31% ，轴向动载系数比PDC单独切削岩石减小 36.63% ：立轮在破碎岩石的过程中，立轮切削齿周期性地参与间断切削，切削状态发生周期性变化，具有显著的“铣削”特征；立轮式PDC钻头上立轮与PDC 切削齿非平行刮切岩石，形成螺旋形井底形貌，这种形貌有助于PDC切削齿对岩石的侵入，提高破岩效率；立轮切削结构对PDC 切削齿能起到分压缓冲作用，增强钻头的整体稳定性并延长使用寿命。研究结果有助于深入、细致地理解立轮式PDC钻头的复杂运动和工作力学特性。
钻井技术与装备 | 裸眼冲探PDC钻头设计与钻进仿真研究

钻井技术与装备 | 裸眼冲探PDC钻头设计与钻进仿真研究

摘要：冲探钻头是老井重入作业中疏通井眼的关键钻具。为解决老井裸眼冲探过程频繁侧钻出新井眼以至井眼丢失等问题，研制了一种裸眼冲探PDC钻头。该钻头采用凸内锥形冠形、四刀翼双排混合布齿与深流道设计，基于PDC钻头布齿结构力平衡优化模型分析了钻头钻进过程中受到的力和扭矩，并对设计的冲探PDC 钻头进行了不平衡力分析，建立了钻柱-钻头-岩石全耦合动力学模型，对冲探钻头与传统钻头的钻进轨迹进行了仿真与对比。研究结果表明：裸眼冲探PDC钻头受到的不平衡力占比在 6.29% 以内，钻头的稳定性能未因凸内锥冠形而削弱。在有、无弯角螺杆的2种情况下，冲探PDC钻头的导向性能均优于传统钻头，找眼能力强，工作安全可靠，满足老井重入作业需求。研究结果可为储气库老井重入作业提供一种可行的钻头设计思路。
钻井技术与装备 | 东海西湖区块深部地层复合冲击破岩机制研究

钻井技术与装备 | 东海西湖区块深部地层复合冲击破岩机制研究

摘要：深部高围压地层机械钻速（ROP）的提升效果与破岩方式密切相关。基于当前东海盆地西湖区块主要采用冲击破岩方式进行提速的工程实际，利用ANSYS-Ls-Dyna建立了复合冲击破岩动力损伤数值模型；仿真模拟过程中考虑钻头受到的轴向和周向冲击载荷、冲击频率及静动载荷作用时间比，分析了冲击频率和静动载荷作用时间对钻齿侵彻深度、钻后岩石损伤以及岩屑形态的影响规律。研究结果表明：不同频率的应力波在介质中的衰减程度不同，高频率的应力波衰减更快，导致破岩效果减弱；随着作用时间比值的增加，其穿透深度的振动振幅减弱，切削表面变得光滑，岩石破碎形成的岩屑体积呈减小趋势。研究结果在东海盆地西湖区块深部地层井进行了现场应用，同时也为深入探究深部地层复合冲击破岩机制、优化冲击钻具工程参数等提供理论依据。
钻井技术与装备 | 基于石墨烯导热工具的随钻仪器温度调控研究

钻井技术与装备 | 基于石墨烯导热工具的随钻仪器温度调控研究

摘要：井下高温环境会对随钻仪器中大量的传感器、电路板等温度敏感元件的性能和使用寿命造成不利影响。为此，提出了一种基于高效导热石墨烯材料的随钻仪器温度敏感元件被动冷却方法。通过试验模拟电子元件在工作过程中的发热情况，测试导热工具的导热效果，并将热仿真模拟与试验结果进行对照分析。研究结果表明：导热仪器的整体导热系数超过 650W/(m?K) L，达到了6061铝合金材料导热系数的3.27倍；在不同的室内试验温度下，达到热平衡状态后的导热板表面不同区域温差极小，均低于 3^°C ；对比室内试验和数值模拟结果，不同环境温度下的导热板各测温点温度曲线变化趋势接近，其导热能力稳定性好。研究结果可为随钻设备抗高温技术研究提供理论参考。
油气田开发工程 | 大环空坐封用可溶桥塞锚定结构优化分析

油气田开发工程 | 大环空坐封用可溶桥塞锚定结构优化分析

摘要：目前针对可溶桥塞卡瓦锚定行为的研究大多限于整体式卡瓦结构，该结构的膨胀极限比分瓣式卡瓦低，不能适应目前页岩气井套变频发且严重的现状。为此，基于分瓣式卡瓦受力分析，开展了可溶MgAl合金材料和套管材料力学拉伸试验，建立了可溶桥塞分瓣式卡瓦三维模型和有限元模型，通过有限元方法优化了影响桥塞锚定性能的因素。研究结果表明：齿槽轴向角度的推荐选择范围为 15^°～20^° ，最佳齿槽环向角度为 10^° ，齿槽最优深度为 6mm ，最佳齿槽前端距离为 28mm ，最佳齿槽间距为 15mm ；箍环材料的选择要同时考虑限位效果和塑性变形能力，箍环材料选择316L可以起到很好的限位作用。研究结果可为可溶桥塞的结构优化设计提供理论支持。
油气田开发工程 | 基于AMESim的液力驱动无杆采油系统运行规律研究

油气田开发工程 | 基于AMESim的液力驱动无杆采油系统运行规律研究

摘要：目前针对液力驱动无杆采油系统的动态特性和井下动力缸运动规律的研究鲜有报道。为此，以液力驱动无杆采油系统为研究对象，采用AMESim建立系统的仿真模型，得到不同动力液黏度、体积弹性模量下的系统运行压力曲线和井下动力缸活塞位移、速度曲线，明确井下动力缸运动规律。研究结果表明：井下动力缸运行周期中大部分时间用来完成井下动力缸能量积蓄以及填补被压缩的动力液体积，若要提高井下机组冲次需增加输入流量；随着动力液黏度的增加、体积弹性模量的减小，井下动力缸的运行周期增大，系统效率降低，建议选择黏度小、弹性模量大的流体作为该系统的动力液。研究结论可为液力驱动无杆采油系统设计提供参考，为现场应用提供理论指导。
油气田开发工程 | 多级压裂斜井段累积塑性应变数值模拟研究

油气田开发工程 | 多级压裂斜井段累积塑性应变数值模拟研究

摘要：多级压裂过程中交变载荷导致的水泥环界面累积塑性应变是微环隙产生的主要原因，斜井段因地应力偏转、套管不居中导致应力环境复杂，水泥环累积塑性应变发展规律鲜有研究。为此，考虑斜井段交变载荷、套管不居中及地应力偏转，结合水泥环损伤本构模型，建立了交变载荷作用下斜井段累积塑性应变发展数值模型，分析了多因素耦合作用下套管-水泥环界面处累积塑性应变变化规律，研究了套管居中度、交变载荷幅值及水泥环力学参数对累积塑性应变的影响规律，评价了交变载荷作用下斜井段累积塑性应变沿程分布。研究结果表明：斜井段地应力偏转会导致塑性应变增量增加，套管不居中会导致初始塑性应变增加，进而增大井筒气体泄漏的风险；套管内压越大，水泥环产生的累积塑性应变越大；同等力学条件下，提高套管居中度、降低水泥环弹性模量有利于减小累积塑性应变，保障水泥环密封的完整性；同等交变载荷次数条件下，斜井段累积塑性应变随着井深的增加先增加后减小，最大累积塑性应变出现在井斜角 60^° 处，最小累积塑性应变出现在造斜点处。研究结果可为斜井段水泥环密封完整性的保护以及钻井液类型的优选提供理论参考。
油气田开发工程 | 基于EMD小波降噪的螺杆泵共振转速识别方法

油气田开发工程 | 基于EMD小波降噪的螺杆泵共振转速识别方法

摘要：螺杆泵抽油杆共振现象可导致驱动装置承载能力下降、油管与油池密封性降低、抽油杆偏磨断裂等事故，已成为影响安全生产运行的主要因素。在生产过程中可通过控制抽油杆工作转速以避免共振现象。而理论共振转速受实际工况影响存在计算结果偏差问题。为此，提出了一种基于振动信号特征提取的螺杆泵共振转速识别方法。开展地面直驱螺杆泵共振转速振动测试，建立变转速工况振动信号数据集，通过引入评价方法——标准分数（Z-score），优选峭度因子作为共振转速特征识别指标，并在此基础上提出一种基于经验模态分解（Empirical ModeDecomposi-tion，EMD）小波的振动信号降噪方法，实现对螺杆泵共振状态特征信息的有效提取，从而提高抽油杆实际共振转速识别精度。研究结果可为螺杆泵的安全稳定运行提供技术支撑。
油气田开发工程 | 考虑耦合效应的页岩油井筒温压分布预测分析

油气田开发工程 | 考虑耦合效应的页岩油井筒温压分布预测分析

摘要：井筒温度和压力是页岩油井产量预测、动态分析及生产设计的重要参数。为此，基于现场监测数据，采用井筒压力模型、井筒传热学理论和漂移模型，提出了多场耦合作用下油气混合井筒的温压预测方法；采用牛顿迭代法对构建的耦合模型求解，结合文献数据和大庆某页岩油井实测数据，开展了耦合性对比分析，验证了其可靠性；并基于该模型进一步分析了产气量、产液量和溶解气油比对温压的敏感性。研究结果表明：产液量和产气量的增大使温度升高，而溶解气油比的增大对温度影响不大；产液量的增大使压力增大，产气量的增大使压力先减小再增大，溶解气油比的增大使压力整体趋势减小。所提出方法的压力和温度预测结果与实测数据误差分别为1. 39% 和 1.44% ，可满足工程计算要求。所得结论可为页岩油井的开发提供指导。
油气田开发工程 | 复合式三相旋流分离器分离性能分析

油气田开发工程 | 复合式三相旋流分离器分离性能分析

摘要：为提高旋流器的分离性能，设计了一种复合式三相旋流分离器。通过数值模拟分析了3个主要结构参数对该旋流器分离性能的影响；根据单因素分析结果，利用正交试验进行试验设计，并对结果进行方差分析。研究结果表明：随着一级旋流腔长度和二级旋流腔插入深度的增加，复合旋流器的总分离效率呈现先上升后下降的趋势；随着上锥角的增大，总分离效率呈现逐渐下降的趋势。分析得到旋流器对应的最佳结构尺寸为：一级旋流腔长度为 90mm ，二级旋流腔插入深度为 20mm ，上锥角为 0^° ；3个结构参数对旋流分离器分离效率的影响权重排序为二级旋流器腔插入深度 > 一级旋流腔长度 > 上锥角大小。研究结果可为旋流器的结构设计提供一定的参考。
油气田开发工程 | 基于响应面法的小型井下油水分离器操作参数优化

油气田开发工程 | 基于响应面法的小型井下油水分离器操作参数优化

摘要：油水分离器不仅可以有效分离油水混合物，还可提高生产效率、减轻环境污染，并降低生产成本。为了进一步提升油水分离器的分离效率，降低溢流压力损失，以设计的小型井下油水分离器为研究对象，基于响应面法，建立了油相密度、处理量和分流比3种操作参数与分离效率及压降之间的数学关系，分析了油相密度、处理量和分流比对分离效率和压降的单独影响，探讨了它们之间的交互影响关系，确定了最佳的操作参数组合形式，并对响应模型进行了验证。研究结果表明：方差分析与显著性检验显示模型的线性回归决定系数 R² 分别为0.9729、0.9911,表明响应模型的相关性较好；当油相密度为 800kg/m³ 、来液处理量为 1.413m³/h 及分流比为39.419% 时，分离效果最优；优化后分离器分离效率由初始操作参数的 79. 56% 提升至 96.37% ：操作参数优化后的分离器底流附近油相体积分数明显降低，溢流附近（油相出口）的含油体积分数提升了5个百分点。所得结果和研究方法可为井下油水分离器的结构再优化及现场应用提供指导。
油气田开发工程 | 超高压尾管回接压裂工艺在塔里木盆地应用研究

油气田开发工程 | 超高压尾管回接压裂工艺在塔里木盆地应用研究

摘要：塔里木盆地塔中志留系砂岩油藏存在储层物性差、非均质性强、低孔低渗或特低孔特低渗的特点，为油田的开发带来很大困难。通过分析该区块水平井分段压裂面临的主要技术难题，提出了超高压尾管回接压裂固完井一体化管柱施工工艺；开展了超高压尾管回接压裂固完井工具的结构设计，并对其承载能力、锚定能力、密封能力进行了仿真分析及地面性能测试。研究结果表明：尾管悬挂器承载能力达 1200kN ，回接锚定能力 1100kN ，回接后整机密封能力 105MPa ，可以满足塔中区块水平井采用连续管带底部封隔器或桥塞分段压裂工艺等储层改造技术、实施分段压裂改造的需求。在塔中16井区试验2口井，固完井作业顺利，压裂最高施工压力 90MPa 。现场试验结果表明，尾管回接压裂固完井一体化技术满足低孔低渗储层改造的需求，可为低孔低渗储层油气的高效勘探和效益开发提供技术保障。
石油管工程 | 基于RGPSO-LightGBM的套管磨损深度预测

石油管工程 | 基于RGPSO-LightGBM的套管磨损深度预测

摘要：传统的套管磨损预测模型在理想假设下无法达到满意的精度，依赖试验数据的推导方式也非常耗时且成本高。提出了一种反应式全局粒子群优化轻量级梯度提升机（RGPSO-LightG-BM）的套管磨损深度预测模型。使用Pearson相关系数法及特征重要性对多臂井径成像测井仪的报告数据及钻井日志进行分析，提取出关键特征值；利用LightGBM对磨损深度进行预测，结合RGPSO对LightGBM的多个超参数进行全局调优；将所提模型与BP神经网络（BPNN）、极限梯度提升（XGBoost）等模型进行对比。研究结果表明，所提模型的最高拟合优度（ R² ）可达0.9976，具有更好的预测准确性、鲁棒性和泛化能力，能够为后续油气井生产的智能化控制提供有效依据，对维护井筒完整性、保障油气井安全生产作业具有重要的实际意义。

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