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2025年07期

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油气人工智能 | 大口径管道裂纹缺陷漏磁数据生成与评估方法

油气人工智能 | 大口径管道裂纹缺陷漏磁数据生成与评估方法

摘要：为解决大口径管道裂纹缺陷漏磁检测数据样本量不足、难以支撑量化识别需求的问题，提出融合漏磁场数值仿真与扩散算法的数据库生成方法，并结合全尺寸牵拉试验与三维漏磁仿真建模开展研究。研究结果表明： ① 裂纹缺陷尺寸对漏磁信号的影响规律明确，轴向分量峰值与缺陷深度正相关，波谷间距与缺陷长度正相关；径向分量呈反对称分布，峰值绝对值与缺陷深度正相关，正负峰间距与缺陷长度正相关。 ② 所建三维漏磁仿真模型精度达工程要求（平均误差<5% )，构建了240组裂纹缺陷仿真数据库。 ③ 基于扩散模型生成的数据与仿真数据具有相同的分布。 ④ 结合含环境噪声的牵拉试验数据优化生成模型后， 75.4% 生成数据通过KNN检验 K=5 ），特征分布与真实数据具有较高的相似性。所得结论可为管道裂纹缺陷量化评价提供漏磁检测数据基础。
油气人工智能 | 离心压缩机叶轮冲蚀失效的可靠性研究

油气人工智能 | 离心压缩机叶轮冲蚀失效的可靠性研究

摘要：目前冲蚀行为对离心压缩机叶轮（以下简称叶轮）长期可靠性的影响缺乏系统性的分析。为此，将叶轮冲蚀失效与可靠性分析相结合，采用数值模拟、数据驱动和蒙特卡罗模拟相协同的方法，建立了基于冲蚀失效的叶轮结构可靠性计算模型，实现了叶轮冲蚀结构可靠性定量计算。研究结果表明：叶轮在不同的转速条件下，冲蚀劣化速度最快的时间在第1\~3年之间，在第2\~3年过程中，叶轮冲蚀劣化速度较快，应当对叶轮转子进行裂纹无损检测；在叶轮运行1\~6a期间，低转速（ 5660r/min ）情况下冲蚀导致的失效率介于16. 13%sim 84.35% ，高转速（ 9960r/min ）下失效率介于 83.91%～99.84% ，压缩机叶轮应避免在长时间高转速情况下运行。研究结论可为油气站场压缩机设备的可靠性计算与维修决策制定提供参考。
钻井技术与装备 | 基于近钻头测量数据的钻柱涡动特性分析

钻井技术与装备 | 基于近钻头测量数据的钻柱涡动特性分析

摘要：钻井过程中钻柱振动的位移信号较难获取且相关研究较少。为进一步认识钻井过程中井下发生涡动时钻柱的振动特性，利用近钻头测量工具采集某深井旋转钻进过程中的振动加速度，结合误差控制算法在频域上对振动加速度信号进行二次积分，得到振动的位移信号；通过分析钻柱涡动时的振动位移特征，并结合钻柱自转、公转的耦合作用和钻柱相对于井筒的位置，以实测到的“半频涡动”现象为例，解释了钻柱正向涡动和反向涡动时的振动规律。研究分析发现：对于测得的井下加速度信号，在频域积分过程中引入误差控制方程，通过设置预期目标精度可有效抑制低频分段的积分误差。当发生涡动时，切向和法向振动加速度曲线的振幅为正常钻进时的4倍以上，振动位移曲线的振幅为正常钻进时的10倍左右并呈现明显的周期性波动。波动周期受钻柱自转和公转耦合作用的影响，通常反向涡动时切向位移曲线的波动周期小于正向涡动，反向涡动比正向涡动更加剧烈。但在钻进过程中，受钻头与地层切削作用和钻柱与井壁之间相互摩擦的影响，也会出现正涡与反涡交替出现的情况，并不能仅通过振动位移信号的周期来判断正向涡动和反向涡动。研究结果对描述涡动时的振动特征，判断涡动的发生和及时采取措施消除涡动，缓解钻具疲劳具有指导作用。
钻井技术与装备 | 基于Smith-模糊PID解耦的固井水泥浆密度大滞后控制研究

钻井技术与装备 | 基于Smith-模糊PID解耦的固井水泥浆密度大滞后控制研究

摘要：固井水泥浆混浆系统具有非线性、时变性和大滞后特性，使得传统控制方法难以实现自动化固井装置的稳定和精确控制。为此，提出一种基于Smith预估补偿和模糊PID解耦控制的先进策略。通过对固井水泥浆混浆系统进行数学建模和耦合性分析，采用前馈补偿器预先对系统中可能出现的扰动进行补偿，有效降低耦合效应。继而设计了Smith-模糊PID解耦控制器，通过模糊逻辑调整PID参数，以适应系统的非线性和时变性特点，从而实现对密度的精确控制。利用MATLAB/Simulink平台进行仿真试验和抗干扰能力分析。研究结果表明：相较于Smith预估补偿和模糊PID控制，提出的Smith-模糊PID解耦控制算法在动态性能、稳态性能以及抗干扰能力方面具有显著优势，同时具有较强的鲁棒性。该控制策略能够有效减少超调量，加快系统调节速度，并提高系统稳定性，可为固井水泥浆密度精确控制提供一种有效的解决方案，对固井水泥浆混浆系统的智能化发展具有一定的理论指导作用。
钻井技术与装备 | 基于CFD-DEM的循环阀清洁器携屑特性研究

钻井技术与装备 | 基于CFD-DEM的循环阀清洁器携屑特性研究

摘要：在钻井过程中，低效的钻屑输运会导致环空岩屑体积分数升高、等效循环密度（ECD）增大，从而引起工具磨损和井漏等问题。为此，开发了一种新型的井眼环空循环阀清洁器。基于H-B非牛顿流体模型，采用耦合的CFD-DEM计算方法，建立了多级井眼环空中循环阀清洁器的携屑特性数值计算模型。分析了循环阀清洁器水眼数量、水眼直径、水眼角度以及钻杆转速对携屑性能的影响。研究结果表明：增大水眼直径和数量，提高钻杆转速，均会导致环空岩屑体积分数升高，岩屑输运效率显著降低；当水眼数量为3、直径为 10mm 时，携屑效果最佳；随着水眼角度增大，岩屑输运效率先增加后减小；在水眼角度为 30^° 时，岩屑输运效率最高；在垂直井眼中，循环阀清洁器的旋转会产生旋流效应，容易引起岩屑的螺旋运移，从而延长岩屑在井眼中的停留时间，导致岩屑输运效率显著下降；转速越大，旋流作用越强，岩屑输运效果越差。在上述最优参数下，使用该清洁器后，环空井眼流量提升了近 58% ，整体岩屑输运效率提升了近 10% 。研究结论对提高环空岩屑输运效率，确保高效、安全的油气开发具有重要意义。
钻井技术与装备 | 基于AMESim和ADAMS钻井管柱液压举升装置联合仿真研究

钻井技术与装备 | 基于AMESim和ADAMS钻井管柱液压举升装置联合仿真研究

摘要：随着钻井工艺技术的不断发展，对钻具输送效率以及自动化程度要求越来越高，但在输送过程中钻具存在不可预知的滚动，故无法有效控制其运动轨迹，同时负载实时变化也无法保证液压缸的同步性，且单一仿真软件无法真实反映实际工况。为此，研发了一款新型夹持式的钻井管柱液压举升装置，可防止管柱在输送过程中的滚动。基于阀前补偿的负载敏感液压系统保证了各机构液压缸的同步性，实现了流量与负载压力大小无关的无级控制；基于AMESim和ADAMS搭建的联合仿真模型，模拟了该举升装置的真实运行状态。仿真结果表明：液压执行机构输出值较好地跟踪了目标期望值，最大相对误差不超过3. 6% 。研究结果可为管柱输送装置的研制与试验提供理论指导。
钻井技术与装备 | 旋转冲击钻井多斧形齿破岩效果数值模拟研究

钻井技术与装备 | 旋转冲击钻井多斧形齿破岩效果数值模拟研究

摘要：冲击工具、PDC钻头钻齿类型以及硬岩地层的配伍性是延长冲击工具和钻头使用寿命、获得最佳破岩效果的关键因素，但是目前相关研究较少。针对此，考虑旋转冲击钻井过程中轴向静载与冲击载荷、钻齿以及地层之间的相互作用，建立了常规钻井和旋转冲击钻井条件下单、双斧形齿三维破岩数值模型，对比了不同钻井方式下多齿破岩效果的差异性，分析了冲击载荷作用下单、双齿条件下岩石内部拉应力、压应力与剪应力的分布，揭示了冲击载荷作用下多齿破岩机制，研究了不同钻齿倾角和双钻齿间距条件下钻齿侵彻深度、切削面下岩石损伤以及钻齿受力变化规律。研究结果表明：在双斧形齿破岩过程中，岩石内部存在明显的剪应力及拉应力干涉现象；随着钻齿前倾角的增大，岩石剖面损伤面积、侵彻深度和钻齿切向受力均逐渐减小，前倾角为 20^° 时为最佳切削倾角；在钻齿前倾角保持不变的情况下，增大钻齿间距会导致双齿之间的干涉效果逐渐减弱，残余岩脊变得更加显著；考虑岩石切削效果和钻齿受力情况，当双斧形齿间距为 16mm 时，钻齿具有较高的破岩效率和较长的使用寿命。研究结果可为冲击钻井过程中PDC钻头类型的选择和钻齿的布局提供理论和工程参考。
钻井技术与装备 | 老井建储气库固井二界面微环隙扩展规律研究

钻井技术与装备 | 老井建储气库固井二界面微环隙扩展规律研究

摘要：针对以老井为基础建立的储气库固井二界面脱黏问题，基于流-固耦合理论与内聚力模型，利用ABAQUS软件中的Cohesive单元，建立注气过程中老井建储气库固井二界面微环隙扩展的三维有限元模型，对固井二界面微环隙的扩展过程进行分析，研究不同参数对注气过程中固井二界面微环隙扩展长度的影响，并结合孤家子储气库的实例井况确定注采井注气时的安全工作参数界限。研究结果表明：适当降低水泥环与地层的弹性模量，控制注气流量和注入压力，增大固井二界面的胶结强度可以有效抑制微环隙的扩展；孤家子储气库2口实例井设计的注入压力过高，建议将注入压力分别降低至12.63和 14.19MPa 以下。所得结论可为以老井为基础建立的储气库安全运行提供实际指导。
钻井技术与装备 | 特高压井口节流阀节流性能及结构分析

钻井技术与装备 | 特高压井口节流阀节流性能及结构分析

摘要：针对特高压井口设备中节流阀易产生冲蚀失效的问题，提出了双楔形节流阀阀芯和防冲刺保护套的设计方案，并对所设计的9种双楔形阀芯分别在不同开度下的流场特性进行了分析。研究结果表明：双楔形节流阀阀芯的抗冲蚀性能优于单楔形节流阀阀芯；随着阀芯行程的增加，钻井液通过阀芯楔形面处的速度呈增加趋势，钻井液对阀芯及阀芯下方的壁面产生较强的冲蚀；9种双楔形阀芯中，凸面对称阀芯节流和抗冲蚀性能最好，其压降曲线的线性回归决定系数为99. 6% ；腔体尺寸对节流阀性能的影响较大，腔体尺寸扩大 30mm ，最大速度平均下降 3.87% 安装阀芯防冲刺保护套后，流体最大速度平均下降 30.35% ，延长了阀芯的使用寿命。研究结果可为特高压井口节流阀的设计与应用提供参考。
钻井技术与装备 | 可控式水力振荡器结构设计与性能参数研究

钻井技术与装备 | 可控式水力振荡器结构设计与性能参数研究

摘要：水力振荡器广泛应用于水平井和大位移井钻井过程中，可有效解决管柱的托压问题，提高钻井效率。常规水力振荡器下井循环后即开始工作，存在工作状态不可控制、有效使用寿命短的问题。为此，设计了一种可控式水力振荡器，该工具具有“休眠”“振动”2种工作状态，通过控制盘阀转动实现工具工作状态的切换，可满足不同情况下的钻井需求。分析了盘阀运动过程中的受力情况，建立了盘阀的运动数学模型。基于工具结构与工作原理的分析，结合流体力学原理，通过算例分析了工具的输出性能，研究了对工具振荡频率和工具压降存在明显影响效果的多个水力结构参数。研究结果表明：基于涡轮驱动的水力振荡器振荡频率只与钻井液排量相关，振荡频率随钻井液排量的增大而增大；工具压降随钻井液排量和密度的增大而增大，随心轴侧壁节流孔面积的增大而减小。研究结果对于可控式水力振荡器的设计与应用具有一定的借鉴意义。
钻井技术与装备 | ZJ15/750Y型智能液压钻机研制

钻井技术与装备 | ZJ15/750Y型智能液压钻机研制

摘要：钻机作业的自动化和智能化是钻井装备行业的发展趋势，国内对智能液压钻机的研发制造较少。为此，研制了ZJ15/750Y型智能液压钻机。该钻机采用液缸举升式提升系统主机，配套自动化管柱处理工具，形成了一套可以自动上钻、甩钻、起下钻和旋转钻进的钻机系统。其实现了结合地面管柱移运自动化和钻井作业自动化的全过程“一键联动”功能，应用的“数字孪生”技术可通过远程智能监控实现对设备动作的实时精确模拟，对常规起下钻作业可以做到一键下钻至预定井深，以及从预定井深一键甩钻的无人远程控制。钻机现场应用中全程无人介入，实现了稳定的智能作业，设备远程监控功能运行正常，做到了作业状态的实时传输。研究结论可为钻井行业智能化发展提供新思路。
海洋石油装备 | 深水定向井压回法压井气液两相逆向流动试验研究

海洋石油装备 | 深水定向井压回法压井气液两相逆向流动试验研究

摘要：目前对于在倾斜井筒中高黏度液相下的气液两相逆向流动规律的研究较少。为此，设计并搭建了一套基于定向井压回法压井气液两相逆向流动特征的可视化模拟试验装置，进行了不同表观气液速度、不同液相黏度及不同井筒倾角下的气泡运移及流型转化试验。试验结果表明：随着井筒向水平倾斜，小气泡运移速度逐渐减小，Taylor泡运移速度逐渐增大，逆流液速及液相黏度对气泡运移有抑制作用；表观液速不变，随着表观气速增大，流型由泡状流向弹帽流、段塞流转化；表观气速不变，随着表观液速增大，泡状流向弹帽流转变；对于压回法压井，可适当增大压井液黏度，以更加高效地压回井筒内气泡。研究结果可为深水油气安全高效井控提供理论和技术支撑。
海洋石油装备 | 冲击载荷下含腐蚀缺陷海底油气管道可靠性分析

海洋石油装备 | 冲击载荷下含腐蚀缺陷海底油气管道可靠性分析

摘要：海底油气管道是海洋油气输送的“生命线”，其可靠性直接影响水下油气开采的安全性。考虑到在役海底油气管道不仅受到管道内油气的腐蚀作用，还会受到海上坠物的冲击作用，为此，构建了冲击载荷下含腐蚀缺陷海底管道的损伤分析模型，并针对其分析效率较低的问题，建立了冲击载荷下含腐蚀缺陷海底管道的损伤分析Kriging（KG）预测模型。在此基础上，提出了基于功能函数响应值KG预测模型的含腐蚀缺陷海底管道可靠度计算方法，开展冲击速度、管道埋深和管道腐蚀深度对海底油气管道可靠性的影响规律研究。研究结果表明：海底油气管道的可靠度随坠物冲击速度和管道腐蚀深度的增加而降低，当冲击速度小于 11m/s 时管道可靠性为100% ，当达到 13m/s 时，可靠度下降至95. 02% ；管道腐蚀深度小于 5mm 时管道可靠性为 100% 当达到 7mm 时，可靠度下降至 92.07% ；相反，海底油气管道的可靠度随管道埋深的增加而增加，当埋深为 0.6m 时，可靠度达到 100% 。所得结论可为海底油气管道的设计与维护提供参考。
油气田开发工程 | 旋转射流除垢作用机理的数值模拟研究

油气田开发工程 | 旋转射流除垢作用机理的数值模拟研究

摘要：为进一步探明旋转射流的作用机理，建立了旋转射流除垢的数值模型，并通过与试验结果的对比验证其有效性。比较了旋转射流与常规直射流在流场特性上的差异，揭示了旋转射流除垢过程中的漫流和冲蚀机制，分析了泵压、靶距和喷射角度等参数对其除垢性能的影响规律。研究结果表明：特殊的喷嘴结构决定了旋转射流具有三维速度分布特性；旋转射流具有与常规直射流相近的冲击破碎能力和更大的冲击面积；泵压增加能够显著增强旋转射流的除垢性能，靶距对其除垢性能的影响存在一个最优值，适度增大喷射角度能够进一步促进其除垢效果。研究结果可为旋转射流在除垢作业中的优化应用提供参考。
油气田开发工程 | 东胜气田气体射流泵排采工艺的设计及应用

油气田开发工程 | 东胜气田气体射流泵排采工艺的设计及应用

摘要：为有效克服水力射流泵工艺注入压力高、能耗高的瓶颈问题，亟需对高产水气井排水采气工艺进行改进优化。基于文丘里效应设计原理，对气体射流泵进行设计优化，从而提高工艺适应性，并选取东胜气田Q1井为试验井进行射流泵工艺应用评价。试验结果表明：气体射流泵工艺仅需 5～7MPa 压力即可实现正常运行排液，生产时率高达 98.4% ；排液能力比单井循环气举工艺提高了18.42倍，较电动阀间开工艺日产液量提高了13.1倍，且无需泡沫排水采气工艺辅助；相较于水力射流泵工艺，泵压仅为水力射流泵的 20.6%～32.3% ，日均耗电量仅为水力射流泵的 34.6%～75.3% ，充分验证了气体射流泵低压、低能耗工作的有效性，成功解决了水力射流泵注入压力高、能耗高的问题。这对于实现气井连续携液采气、高效盘活高产水气井产能具有重要意义。
油气田开发工程 | 底水油藏水平井套外光纤智能完井技术试验

油气田开发工程 | 底水油藏水平井套外光纤智能完井技术试验

摘要：底水油藏水平井生产过程中，底水锥进导致见水、水淹是制约水平井开发效果的重要影响因素。为有效解决长庆油田底水油藏开发水平井见水、水淹生产问题，立足产层段生产动态监测与调控治理一体化技术方向，充分借鉴油井智能完井技术思路，结合油井完井井况特征，提出了套管外置分布式光纤对生产层段产出状态规律的永久监测、可开关套管滑套对产层段的调整控制为核心的智能完井控水技术方案，创新设计了套外分布式光纤 + 可开关套管滑套 + 井下永置式压力计为架构的工艺管柱。通过设计加工配套关键工具，形成了底水油藏水平井新型智能完井工艺技术，并在池97H\*井开展了试验评价。结果显示，依据套管外分布式光纤对全井筒尤其是产层段温度、声波振动、井下压力信号连续实时监测、解释，能够全面了解产层段产出状态，判识出水层段位置。在此基础上，关闭对应层段套管滑套后，恢复了油井产能，实现底水油藏水淹井的有效治理，表明水平井套外光纤智能完井技术是实现底水油藏控水的有效方式。研究结果可为长庆油田底水油藏开发提供理论指导。
油气田开发工程 | 自动坐封井口堵塞器的研制及其评价试验

油气田开发工程 | 自动坐封井口堵塞器的研制及其评价试验

摘要：针对段塞加砂压裂或生产放喷过程中井口装置易发生刺漏，无法及时解决井控风险，存在严重安全隐患的问题，研制了一套新型自动坐封井口堵塞器及配套的液压打捞工具。介绍了自动坐封井口堵塞器及液压打捞工具的主要结构和工作原理，分析了其主要性能参数和性能特点，对自动坐封井口堵塞器物理样机进行了室内性能评价试验。试验结果表明：在 15MPa 井筒压力条件下，研制的新型自动坐封井口堵塞器拉动挡销自由落体落入井筒内，实现自动丢手和延时自动坐封，满足 50MPa 承压密封性能要求；通过液压打捞工具加压 10MPa ，实现自动解封并泄压平衡后可安全起出自动坐封井口堵塞器。研制的整套工具具备现场试验的条件，可在短时间内及时解决井口刺漏问题，具有良好的推广应用前景。
石油管工程 | ∅299.0mm 等井径膨胀管研制与试验

石油管工程 | ∅299.0mm 等井径膨胀管研制与试验

摘要：渤海油田沙河街组地层漏失，需要研制直径大、抗压强度高且密封性能好的膨胀管来对复杂地层的裂缝或断层进行封隔。为此，研制了高性能的膨胀管。该膨胀管采用M65钢级，膨胀锥锥角结构优化设计为 12° ，密封橡胶材料采用氢化丁腈橡胶。通过室内试验，研究了 o299.0 mm 等井径膨胀管的综合膨胀性能。试验结果显示，膨胀后膨胀管的抗外挤强度为 12.7MPa ，抗内压强度为 42.7MPa ，膨胀压力为 15～20MPa ，且膨胀过程顺利，膨胀后膨胀管性能良好。在井下现场试验中，针对井漏、井壁失稳和裂缝开启等问题，采取相应技术措施保证了大直径等井径膨胀管的安全下入。研究和试验结果表明，该技术为渤海油田漏失地层封堵提供了有效的解决方案，同时能够确保井身结构完整，具有广阔的应用前景。

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