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2025年08期

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钻井技术与装备 | 连续管钻井定向器肋力矢量控制不确定性分析方法

钻井技术与装备 | 连续管钻井定向器肋力矢量控制不确定性分析方法

摘要：连续管定向钻井过程中井下参数存在一定的不确定性，为了更为精确地控制井眼轨迹沿设计轨道钻进，提出了一定置信水平下定向器肋力矢量控制不确定性分析方法。基于纵横弯曲梁理论，构建了连续管钻井底部钻具组合三维受力模型，结合定向器肋力矢量方向与工具面角的空间几何关系，确定了定向器肋导向合力矢量表达式，并根据最小能量原则，建立了各肋力矢量的控制方案及变化规律。应用概率统计方法对试验参数的随机性分布状态和敏感性程度进行了统计分析，推导出定向器各肋力矢量的二维随机变量的概率密度函数及累积概率函数，得到了一定置信水平下预测各肋力矢量的置信区间模型，并对定向器肋力矢量控制不确定性方法进行了现场试验验证。试验结果表明：钻压、1#肋工具面角的随机性为连续管钻井定向器肋力矢量控制不确定性的主要影响因素；在肋力矢量超过所提出的不确定性置信区间时，实际井眼轨迹严重偏离设计井眼轨道；而肋力矢量在置信区间时，实际井眼轨迹与设计井眼轨道误差很小。所得结论可指导连续管钻井井眼轨迹控制的高效实施。
钻井技术与装备 | 钻台机械手立根精准排放技术研究与应用

钻井技术与装备 | 钻台机械手立根精准排放技术研究与应用

摘要：立根的精准排放成为制约钻台机械手进一步发展的瓶颈。为此，结合机械手结构特点和油田现场使用情况，重点开展立根精准排放影响因素分析。分析得出，影响立根精准排放的因素包括立根的非线性变形量、扶持钳的高度变化、扶持钳抓手开度与立根直径的匹配性等。在此基础上，开展机械臂优化设计与数学建模，并基于虚拟样机技术的立根排放规律研究、自适应弹性夹紧扶持钳技术研究，开发了用于钻台机械手的一键自动排管程序。现场应用结果表明，该钻台机械手在排管精度、作业效率、使用可靠性等方面均得到了较大提升。研究成果可为钻台机械手的设计提供参考。
钻井技术与装备 | 长水平段超深井连续管钻塞作业受力分析

钻井技术与装备 | 长水平段超深井连续管钻塞作业受力分析

摘要：为了准确预测连续管钻塞作业的下入深度，并对其作业过程进行安全评估，在考虑井眼轨迹、连续管浮重、管套摩擦力、连续管屈曲以及工具组合边界条件等因素的基础上，基于软绳模型，采用变摩擦因数、变壁厚连续管，考虑流体拖曳力影响，建立了连续管作业力学分析模型；结合超深井（S9P1H井）现场数据对比分析不同模型的结算结果。研究结果表明：井液拖曳力会导致连续管载荷增大，变摩擦因数有利于减小连续管载荷；变壁厚减小了连续管应力，减轻了连续管疲劳，延长使用寿命；采用直径 60.3mm 连续管，即使在高达20和 25kN 的钻压下，连续管仍可钻至井底，说明变摩擦因数、变刚度力学模型能在安全范围内最大限度地增强钻塞作业能力。研究结果有助于解决超深井钻塞作业连续管延伸能力不足的问题。
钻井技术与装备 | 基于改进HRNet和椭圆拟合的PDC钻头复合片磨损定级方法

钻井技术与装备 | 基于改进HRNet和椭圆拟合的PDC钻头复合片磨损定级方法

摘要：针对目前PDC钻头复合片磨损定级存在效率低、标准性差、精度不足等问题，提出一种基于改进HRNet和椭圆拟合的磨损定级方法。使用语义分割算法对复合片轮廓进行提取，使用深度可分离卷积替换HRNet网络的普通卷积，对网络特征提取层的4个不同分辨率输出通过CGAF模块进行特征融合，同时对融合特征图引入EMA注意力模块。通过RANSAC椭圆拟合算法进行数据预处理、拟合椭圆筛选及内点补充，进而提高分割复合片的拟合精度。并对复合片进行磨损定级。试验结果表明：改进后的HRNet网络平均交并比、类别平均像素准确率与原HRNet网络相比达到 97.60% 和 98.79% ，参数量降低 72% ，模型大小减小 70% ，定级准确率达到 96.5% 单张复合片定级所需平均时间仅为0.261s。所得结论可为油田降低钻井成本提供理论参考。
钻井技术与装备 | 塔里木富满油田预弯BHA防斜提速技术研究与应用

钻井技术与装备 | 塔里木富满油田预弯BHA防斜提速技术研究与应用

摘要：在塔里木富满油田先期钻探过程中，主要采用带Power-V的BHA和钟摆BHA进行控斜提速作业，前者控斜和提速效果好、但使用成本高，后者成本低但控斜效果和提速效果一般。为了加快钻探速度，在富满油田开展了预弯曲动力学防斜提速技术的试验和推广工作，即利用预弯BHA进行防斜提速作业。给出预弯BHA三维力学模型和复合钻井时BHA防斜力计算模型，分析了关键参数对预弯BHA防斜力的影响规律，结合井场实际条件优化了预弯BHA结构参数。研究结果表明，稳定器外径、2稳定器相对位置、弯角度数对预弯BHA的防斜力影响很大，通过调整结构参数，可以获得具有较大防斜力的预弯BHA。矿场试验结果显示，预弯防斜提速技术比邻井采用的带Power-V或常规钟摆钻具组合机械钻速提高 29.8%～49.5% ，显示出很好的应用潜力。
钻井技术与装备 | 基于DEM-MBD的双轨迹钻井液振动筛筛分性能研究

钻井技术与装备 | 基于DEM-MBD的双轨迹钻井液振动筛筛分性能研究

摘要：为增强振动筛的处理能力，满足钻采过程中的不同工况需求，改善现有钻井液振动筛存在的“筛堵”“跑浆”等问题，提出了一种“直线+变椭圆”的双轨迹钻井液振动筛，并基于离散元方法（discrete element method，DEM）耦合多体系统动力学（dynamics:of multi-body system，MBD）的研究方法，对双轨迹振动筛和岩屑颗粒进行联合仿真计算。探究了2种振型下筛网面上的运动轨迹与抛掷指数、筛分过程中多种岩屑颗粒的运动行为以及筛分性能。研究结果发现：变椭圆轨迹下从入料端至出料端筛面的抛掷指数和振动方向角逐渐减小，有利于实现入料端钻井液固液分离与液相透筛，降低出料端岩屑颗粒的破碎和堵筛概率；稳定筛分时，易透筛颗粒基本处于料层底部或已经透筛，难透筛和不透筛颗粒处于料层的中上层；变椭圆轨迹下多种岩屑颗粒的透筛率均高于直线轨迹、平均透筛时间均短于直线轨迹、平均运移速度均大于直线轨迹。研究成果可为钻井液振动筛的性能提升提供参考。
钻井技术与装备 | 一趟式可溶空心斜向器的研制与应用

钻井技术与装备 | 一趟式可溶空心斜向器的研制与应用

摘要：针对现行一趟式开窗侧钻技术存在的作业流程烦琐，主分支井眼连通过程的高成本、高风险等问题，研制了一种一趟式可溶空心斜向器。该工具采用可溶材料和空心结构设计，在完成分支井眼钻完井作业后，无需进行斜向器回收或定向射孔等附加工序，即可实现主井眼与分支井眼的同步开采。采用理论计算、数值模拟与试验验证相结合的方法对悬挂销钉进行了设计分析，验证其设计的合理性。试验结果表明：实测剪切力与设计值平均相对误差为 3.4% ，满足工艺要求；结合应用井次井况及作业周期实现了溶解时间的精准可控。该技术在渤海油田成功应用3口井，应用结果表明：采油量较配产平均增加 30.3m³ ，增幅达 56.4% ，主分支井眼能够实现高效连通；与常规技术相比，该技术能够减少1趟起下钻次数，作业周期平均缩短 8.4h ，大幅降低了作业成本及风险。研究成果可为海上油田老井的重修改造提供技术支撑。
钻井技术与装备 | 射孔枪泄压装置设计及强度安全性分析

钻井技术与装备 | 射孔枪泄压装置设计及强度安全性分析

摘要：射孔爆轰会产生高温高压气体，若压力超过枪身抗内压强度，会使射孔枪破裂，导致胀枪卡枪等事故。为防止射孔枪在高温高压气体下损坏，设计了一种活塞-弹簧式射孔枪泄压装置，可实现射孔枪泄压，保证射孔作业安全进行。泄压装置主要由泄压连接缸、泄压套、弹簧、活塞杆及密封圈组成，射孔枪内气体压力较高时，会推动活塞杆压缩弹簧，活塞杆大端面移动至泄压套上泄压孔处，气体经泄压孔流入油套环空，从而达到泄压目的。建立射孔枪泄压装置的三维有限元模型，分析泄压装置工作状态下的强度安全性。研究结果表明，常规工作压力下，泄压连接缸、泄压套和弹簧的最大等效应力分别为593.57、554.6、1117.5MPa，安全系数分别为1.28、1.37、1.23，说明射孔枪泄压装置满足强度安全性要求。研究的射孔枪泄压装置结构简单，安装容易，可重复使用，能有效起到泄压和缓冲作用，确保射孔作业安全进行。
海洋石油装备 | 天然气水合物储层空化射流解堵喷嘴性能分析与试验研究

海洋石油装备 | 天然气水合物储层空化射流解堵喷嘴性能分析与试验研究

摘要：针对南海神狐海域天然气水合物堵塞筛管导致产能下降的问题，利用计算流体力学对亥姆霍兹喷嘴、风琴管喷嘴的内外流场进行数值模拟。以流场速度和含气量为解堵效果的主要判断依据，探究2种空化喷嘴在天然气水合物储层条件下的解堵效果；同时制作模拟南海神狐海域天然气水合物泥砂沉积物堵塞筛管进行实际效果验证，以评价2种喷嘴的解堵效果。研究结果表明：在天然气水合物储层条件下，风琴管喷嘴速度衰减慢，外流场产生的气泡数量多，空化性能优于亥姆霍兹喷嘴；喷嘴结构对解堵后筛管外侧压力变化情况存在显著影响，从解堵后筛管外侧压力变化情况来看，风琴管喷嘴相对于亥姆霍兹喷嘴解堵效果提高 18.1% ；从解堵后筛管渗透率来看，风琴管喷嘴相对于亥姆霍兹喷嘴提高 32.5% 。研究结果可为空化射流在天然气水合物解堵领域的应用提供参考。
海洋石油装备 | 深水集成控制和监测系统水下管汇研制及应用

海洋石油装备 | 深水集成控制和监测系统水下管汇研制及应用

摘要：为保障我国海洋油气资源的独立自主开发，深水集成控制系统水下管汇的自主化研制尤为重要。为此，介绍了国内 500m 水深级集成控制和监测系统水下管汇的研制及应用情况。从工艺系统、总体布置、管道系统、控制系统、结构系统、防腐系统、水下机器人介入等7个方面详细分析了深水集成控制和监测系统水下管汇研发的关键技术和设计方法，阐述了该管汇建造组装工艺与精度控制技术、测试技术等情况。根据集成设备的数量和费用统计，研制管汇的国产化率超过了 91% 。该管汇自2022年9月1日正式投运至今，运行状态良好、生产平稳，各项指标均达到设计要求。研究结论可为深、浅水水下生产系统的研发提供技术借鉴。
海洋石油装备 | 海上调剖调驱撬装设备紧凑化设计与能控制优化

海洋石油装备 | 海上调剖调驱撬装设备紧凑化设计与能控制优化

摘要：针对海上油田设备空间受限与注驱精度不足的难题，提出一种紧凑化调剖调驱撬装设备研制方案，通过三维拓扑优化与模块化集成，设备占地面积缩减至 11m² （相比常规设备减少78% 的空间占用），质量降低至9.8t（相比常规设备减少 47% 质量）；针对该设备调剖调驱控制要求，创新设计了双模模糊PID控制器，抑制液压系统迟滞-蠕变效应。多工况仿真结果表明：50m/s 风载下撬体结构的最大等效应力为 89.2MPa ，位移 14.3mm ，满足设计和海上平台使用要求；模糊PID控制使响应时间缩短至3.2s（提升 68% )，稳态误差 ?0.5MPa 。现场试验结果表明，该棍装设备控制与运行可靠，验证了其工程实用性。研制与分析研究结果为海上油田的高效开发提供了技术装备支撑。
油气田开发工程 | 铰链式可变径可溶桥塞密封与锚定性能研究

油气田开发工程 | 铰链式可变径可溶桥塞密封与锚定性能研究

摘要：为解决传统压缩锚定式桥塞在大变径井中容易发生锚定失效的难题，提出了一种可变径可溶桥塞结构。基于镁铝合金材料的材料力学性能试验和溶解试验，获得了其溶解特性曲线和材料本构参数；并建立了考虑结构非线性、载荷非线性的动力学仿真模型，开展了密封胶筒和铰链式卡瓦结构参数敏感性分析。研究结果表明：密封胶筒的密封性能、接触面积分别与边胶筒端面角γ呈负相关和正相关，边胶筒端面角 γ 以 55^°～60^° 较为适宜；为避免中胶筒过长发生结构失稳，建议其长度在 65～70mm 范围；中胶筒端面角δ大于 55^° 更有利于密封；锚定力对卡瓦齿角 β 的改变敏感性最强，在 β=20^° 时可获得最优值；锚定力对齿心线夹角 α 和齿槽深度h敏感性相对较低，分别在 α= 12.5^° 和 h=6.0mm 时可获得最优值。研究结果可为可变径可溶桥塞的设计和研制提供参考。
油气田开发工程 | 邻井LF-DAS光纤应变率信号响应正演模型

油气田开发工程 | 邻井LF-DAS光纤应变率信号响应正演模型

摘要：水力压裂作为油气高效开发的关键技术，水力裂缝形态监测对油气田开发具有重要意义。考虑到目前LF-DAS光纤应变率信号响应模式多样，解释难度大，对传统PKN模型进行扩展，并结合固体弹性变形理论，建立了基于半解析-有限元方法的光纤应变率信号正演模型。基于该模型模拟了单簇裂缝扩展过程中水平邻井及垂直邻井光纤应变率信号响应，模拟结果与现场实际光纤数据基本一致；研究了监测距离及监测井井斜角对光纤应变率信号的影响。分析结果发现：当井斜角增大时，应变率瀑布图中的“蓝-红-蓝”条带会产生倾斜变形；应变率瀑布图中的“蓝-红-蓝”条带具有显著放大效应，随监测距离的增加，条带宽度不断变宽；监测距离对光纤应变率信号强度影响大，信号强度随监测距离呈幂函数递减。研究结果可为后续邻井LF-DAS光纤应变率信号解释水力裂缝形态、指导监测井井位布置提供理论依据。
油气田开发工程 | 青石昴气田致密高含水气藏射流排采工艺优化

油气田开发工程 | 青石昴气田致密高含水气藏射流排采工艺优化

摘要：为解决青石昴气田致密高含水气藏射流排采工艺效果不佳的问题，探索优化致密高含水气藏射流排采工艺至关重要。基于青石昂气田气井的总体生产特征与井况参数，考虑水与天然气2种不同相态动力介质作用下射流排采工艺的技术特点，结合数值分析与试验，分析了射流泵的内部流场；以李x井为试验对象，分析了2种射流排采工艺的工艺特性，优化了针对致密高含水气藏的射流排采工艺。研究结果表明：液气交替射流排采工艺采用短时交替作业，结合了液动力（水）射流排采工艺携液能力强的优势，使气井快速复产，同时结合了气动力（天然气）射流排采工艺在气井生产中不受液柱回压影响的优势，使复产后气井可直接转为自喷生产；液气交替射流排采工艺相对于液动力射流排采工艺可将采气量提高 20% ，相对于气动力射流排采工艺可将排液量提高 116% 、综合成本降低 32% 。研究结果可为致密高含水气藏的射流排采工艺优化提供试验依据和理论参考。
石油管工程 | 含复杂腐蚀缺陷X80油气管道剩余强度预测

石油管工程 | 含复杂腐蚀缺陷X80油气管道剩余强度预测

摘要：针对含复杂腐蚀缺陷对X80油气集输管道剩余强度的预测精度问题，采用有限元分析法研究了深度比、直径比和偏移量对管道剩余强度的影响规律。通过灰色关联度法（GRA）分析了腐蚀深度、腐蚀直径及偏移量对管道剩余强度的影响程度，基于PSO-BP算法建立了剩余强度预测模型，对含复杂腐蚀缺陷油气管道的剩余强度进行预测。研究结果表明：含复杂腐蚀缺陷油气管道的最大等效应力位于深腐蚀中心，环向应力减小速度快于轴向应力；复杂腐蚀缺陷下管道剩余强度计算值与标准对比的最大误差为 7.6% ，验证了仿真结果的可靠性；各因素对剩余强度的影响程度依次为深腐蚀深度 > 浅腐蚀深度 > 深腐蚀直径 > 浅腐蚀直径>轴向偏移量 > 径向偏移量；与BP模型相比，PSO-BP模型剩余强度预测的最大误差降低了 16.51% ，总样本拟合率达到99. 82% 。研究结果可为油气管道维修策略的制定提供参考。
石油管工程 | 不同曲率半径弯管的缺陷检测研究及周向损伤定位

石油管工程 | 不同曲率半径弯管的缺陷检测研究及周向损伤定位

摘要：为了完善对多种管道结构的缺陷检测方法，针对不同曲率半径下的弯管缺陷检测展开研究。从超声导波在空管中的传播理论出发，绘制了 0～100kHz 范围内的频散曲线，分析了L(0，2)模态导波在弯头处的模态转换情况，得出损伤回波中包含 F(1, 1) 模态和L(0，2)模态，并根据两者在传播速度上的区别对L(0，2)模态回波进行了提取。建立了仿真模型，研究不同曲率半径的弯管上不同位置的缺陷检测效果。研究结果表明：弯管拱腹和两侧处损伤反射回波较弱，缺陷检测难度最大；拱背处会发生能量聚集，缺陷检测较为易行。曲率半径较小的弯管拱腹和拱背处的缺陷对导波都有较高的反射系数，检测效果好；曲率半径较大的弯管则只针对拱背处缺陷有较好的检测效果。基于以上结论，在不同曲率半径的弯管中设置了多种宽度的损伤，提出了一种基于导波在弯管内传播特性的区间最大值法，实现了弯管处的损伤周向定位。所得结果可为弯管的缺陷检测及周向损伤定位提供技术支撑。
石油管工程 | 输油气管道机器人研究现状与展望

石油管工程 | 输油气管道机器人研究现状与展望

摘要：油气运输管道因长期服役于油、气混合物及 H₂S 等环境中，极易产生应力，进而导致裂纹或其他形式损伤，定期对管道进行检测和维修已成为行业共识。为了促进我国管道检测机器人的技术发展，为油气管道运行提供安全保障，以被动式管道机器人、主动式管道机器人及管道外机器人为主，综述了近年来油气管道机器人的总体技术趋势，介绍了管道机器人的结构分类、检测方式，并对比了各种管道机器人的综合性能、适用管况及现场适用性。指出被动式和轮式油气管道机器人相较于其他几种行走机器人有较大优势，是未来管道机器人发展的主流趋势；未来油气管道检测机器人应重点解决功能问题、通信问题、图形识别问题、定位问题及检测技术受限问题。
石油管工程 | 非均匀载荷下套管磁记忆内检测器变径能力

石油管工程 | 非均匀载荷下套管磁记忆内检测器变径能力

摘要：为优化套管磁记忆内检测器的结构设计并提升其在复杂工况下的适应能力，通过将扶正器结构与检测模块相结合，开发了适用于水平井套管的磁记忆内检测装置。建立了变径机构与弹簧阻尼的平衡方程和内检测器的力学模型，并利用Comsol有限元分析软件模拟了其在自重与非均匀载荷作用下的变径过程，获得了内检测器的应力、应变分布以及变径量等关键参数；开展全尺寸四点弯曲与剪切试验，验证了内检测器在弯曲和局部塑性变形套管的通过性和变径能力。研究结果表明：内检测器在自重情况下传感器的位移量约为 3.5mm ；弹簧阻尼可显著抑制变形，在非均匀载荷作用下传感器一侧压紧一侧放松，前后传感器的提离值最大为 5mm ，验证了弹簧阻尼对变径行为的调控作用；所建立的力学模型能够有效预测内检测器在非均匀载荷下的变径行为。研究结果可为提升套管损伤检测的可靠性和安全性提供技术支撑。
石油管工程 | 《石油机械》投稿须知

石油管工程 | 《石油机械》投稿须知

正文内容：《石油机械》主要报道油气装备与工程技术最新科技成果和进展，设有钻井技术与装备、海洋石油装备、油气田开发工程、石油管工程、新能源技术与装备和油气人工智能等栏目，欢迎作者就油气钻探与开发、新能源领域的新技术、新装备、新工艺、新材料、新方法等撰写论文，并注意下述写作要点。 1．文章必须是从未在正式刊物上发表过的，不得一稿多投，也不允许对旧作稍加改动重新投稿。 2．文章必须有新意，有独到

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