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2025年09期

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油气人工智能 | 基于DA-RNN的电潜泵系统剩余使用寿命预测方法

油气人工智能 | 基于DA-RNN的电潜泵系统剩余使用寿命预测方法

摘要：电潜泵是海上油田主要的人工举升设备，其运营和维护成本极高，一旦发生故障，将对油田运营造成一定的损失。为此，提出一种基于双阶段注意力机制循环神经网络（DA-RNN)的电潜泵系统剩余使用寿命预测方法。通过利用DA-RNN对电潜泵实时数据进行特征挖掘，构建电潜泵剩余使用寿命预测模型，对电潜泵剩余使用寿命做出准确预测，为电潜泵的预测性维护提供了科学依据，显著提高了设备的可靠性和安全性。渤海油田实例分析结果表明，该剩余使用寿命预测模型的平均预测误差在28d以内，验证了基于DA-RNN的预测模型在电潜泵剩余使用寿命预测中的实用性和准确性。研究结论为海上油田电潜泵的故障预防和维护决策制定提供了数据支持，也为运营管理提供了一种高效的数据驱动策略。
钻井技术与装备 | 基于E-ASW-LA模型的井下振动模式识别

钻井技术与装备 | 基于E-ASW-LA模型的井下振动模式识别

摘要：准确识别井下振动模式可针对具体异常类型采取相应的解决方案。为此，提出一种基于E-ASW-LA模型的井下振动模式识别方法。该模型包括滑动窗口层、特征提取层以及分类识别层。根据预处理后的井下振动数据方差特征设置动态窗口，得到不同长度的窗口；在特征提取层，对窗口内样本利用经验模态分解得到能表征样本振动模式的特征，并经过PCA算法降维处理；然后，输入到LSTM神经网络中学习时序依赖关系，利用注意力机制对特征分配权重，进而根据加权后的特征预测其振动模式。试验结果表明，该模型能捕捉样本的关键特征，精准挖掘井下振动模式内在的规律，识别精度达95. 53% 。研究结论为优化钻井参数和作业流程提供了重要决策依据。
钻井技术与装备 | 冲击载荷作用下斧形齿和三棱齿破岩效果试验研究

钻井技术与装备 | 冲击载荷作用下斧形齿和三棱齿破岩效果试验研究

摘要：在钻井工程中，不同地层优选不同类型的钻齿对于破岩效率的提升非常重要，为此，利用SHPB霍普金森压杆装置开展冲击载荷作用下三棱齿和斧形齿对岩石的冲击破岩试验。通过三维扫描技术分析不同冲击速度条件下钻齿的破岩体积，对单齿破岩效果进行评估，分析不同类型钻齿在破岩过程中耗散能的变化，讨论不同冲击速度条件下钻齿破岩比功的变化规律。研究结果表明：冲击坑体积随冲击速度增大而增大，斧形齿冲击坑体积均小于三棱齿冲击坑体积；在相同速度下，斧形齿破岩的分形维数和破裂能效率均大于三棱齿；在低速冲击条件下三棱齿的破岩比功较小，在高速冲击下斧形齿的破岩效率更高。研究结论可为PDC钻齿在硬岩地层冲击钻井的提速提效提供参考。
钻井技术与装备 | 吉木萨尔页岩地层PDC钻头破岩模拟及优选

钻井技术与装备 | 吉木萨尔页岩地层PDC钻头破岩模拟及优选

摘要：常规平面齿PDC钻头在钻井时问题突出，如磨损严重、崩齿频繁、进尺短，导致钻井效率低、成本高。为了提高吉木萨尔页岩油钻井勘探开发速度，降低成本，开展了新型多棱齿PDC钻头研究。页岩地层层理性特征较为明显，岩性硬度较高。在建模时，不考虑岩石孔隙和钻井液所产生的影响，忽略切削过程中温度和磨损情况，以简化计算条件；考虑页岩各向异性，采用Drucker-Prager屈服准则描述页岩力学行为构建有限元模型。切削破岩仿真结果表明，多棱齿相较于平面齿优势明显，其接触应力分布均匀，所受应力更小，载荷波动幅度低，能有效解决岩石“抱团”问题，大幅提升破岩效率。在吉木萨尔页岩地区实钻应用中，新型多棱齿的PDC钻头在单只钻头进尺和平均机械钻速等方面均表现优异。与常规平面齿钻头相比，平均机械钻速提高35% ，平均单只钻头进尺提高 81% 。新型多棱齿PDC钻头的良好破岩效果可为页岩地层钻头优选提供重要参考。
钻井技术与装备 | 导向头动态测量磁干扰校正方法及其应用

钻井技术与装备 | 导向头动态测量磁干扰校正方法及其应用

摘要：在旋转导向系统运作期间，导向头执行动态测量任务时，其面临的磁干扰主要源自2个方面：一是M30总线内部电流波动的磁性影响，二是钻探作业实时环境下的外部磁干扰。具体而言，M30总线电流大于1A时，会产生干扰磁场，影响导向头的磁性测量精度。与此同时，钻进过程中涉及的钻头、钻井液流动等元素进一步加剧了磁干扰的影响程度，这不仅显著降低了导向头磁性测量的准确性，还可能误导对方位伽马与电阻率成像区域的判断，从而酿成工程失误。针对上述难题，创新性地提出一种导向头磁干扰校正方案。对总线电流进行磁干扰回归分析，随后融合姿态测量原理与多测点分析技术，创造性地应用单测点校正与基于自适应遗传算法优化的多测点校正模型，对三轴磁通门进行了深度精准调整。通过对蹬 × 井应用后获得的数据分析，该方法能够使旋转导向系统动态磁测量方位角度误差降低 85% ；进一步在华北油田与长庆油田的多个井群应用表明，静态磁测量的方位角度一致性提升 13% 。上述应用实践证明了该磁干扰校正方法在显著提升旋转导向动态磁性测量精度方面的成效，为相关领域研究与应用提供了更加可靠的测量数据支撑。
钻井技术与装备 | 聚簇孔深穿透微钻头结构设计与试验研究

钻井技术与装备 | 聚簇孔深穿透微钻头结构设计与试验研究

摘要：随着油田开采逐渐进入中后期，钻头对致密油气地层的快速破岩是提高油气产量的关键。针对致密油气藏开采的实际需求，设计了一种适用于预置管液力涡轮驱动开窗深穿透的新型聚簇孔微钻头，并针对微钻头工作特性开展了理论计算、钻进仿真分析和开窗破岩室内实物测试试验。研究结果表明：新型聚簇孔微钻头在钻削过程中表现出良好的稳定性和抗冲击能力，能够更好地避免钻头偏移问题；在破套管钻进仿真过程中，微孔应力主要集中在距孔轴心约孔半径的部位，径向力无失衡现象，表明微钻头头部和肩部破碎套管的能力更强，微钻头具备破套管的能力；开窗破岩实物测试试验中，微钻头机械钻速在Ⅱ中六砂岩中比Ⅲ硬十砂岩和钢制套管分别提高14.14倍和52倍，钻进过程中平均机械钻速波动幅度小，表明新型聚簇孔微钻头在中等硬度砂岩中的钻进效率更高、稳定性更好。研究结果可为聚簇孔微钻头的结构设计和油气藏的高效开发提供一定的参考。
钻井技术与装备 | 储气库老井钻具传输磁测距技术研究及应用

钻井技术与装备 | 储气库老井钻具传输磁测距技术研究及应用

摘要：针对 CO₂ 储气库老井封堵需求，以及在一些大斜度井、复杂结构井施工过程中，面临缆测仪器下放困难甚至无法下入至井底的问题，结合钻具传输湿接头工艺与磁测距技术，设计了湿接头对接和多级绝缘屏蔽工艺，研发出绝缘短节、绝缘钻杆、线缆连接装置等专用部件，形成了一种新的钻具传输磁测距技术，并在现场对技术进行了应用。研究与现场应用结果表明：主动磁测距钻具系统实现湿接头对接后持续激励，解决了井斜角在 40^° 以上大井斜或其他井眼垮塌、缩径的下入问题，井型适应范围扩展至全覆盖；钻具传输模式下抗电磁干扰能力增强，现场应用效果良好；受钻井液-钻柱-地层多介质电流衰减影响，传输距离仅为缆测%，需通过高传导钻井液与优化钻柱绝缘攻关突破。研究结论可为建设地下 CO₂ 储气库和控制双水平井井间距提供参考。
钻井技术与装备 | 全金属螺杆马达输出特性研究

钻井技术与装备 | 全金属螺杆马达输出特性研究

摘要：随着我国深井、超深井的开采力度不断增加，井下温度随之上升，传统橡胶螺杆钻具难以适应苛刻的超高温环境。全金属螺杆钻具具有温度敏感性低、耐介质稳定性好的特点，未来在超深井增储上产中具有广阔的应用前景。以全金属螺杆马达为研究对象，采用流固耦合方法分析金属螺杆马达配合间隙、钻井流体排量、钻井流体黏度等因素对金属马达压降、转子转速的影响规律。研究结果表明，对于7/8头、偏心距为 6.5mm 的全金属螺杆马达，配合间隙增加，马达压降降低；钻井流体排量及黏度增加，马达压降上升；排量增加，转子转速增加，证明马达压降受间隙、钻井流体排量及黏度影响，而马达转速受钻井流体排量影响较大。基于有限元分析结果，设计并加工了全金属螺杆钻具样机，其输出扭矩超过 10000N?m ，满足现场要求。研究结果可为全金属螺杆钻具的生产及推广起到一定的作用。
钻井技术与装备 | 钻井减震稳定工具的研制与应用

钻井技术与装备 | 钻井减震稳定工具的研制与应用

摘要：针对中深层地层钻井过程中因地层复杂、可钻性差导致的钻具屈曲整跳、钻柱共振疲劳及钻井效率低等问题，研制了钻井减震稳定工具。工具通过碟簧的双向运动使钻柱自适应各种钻压，吸收并减小钻头钻进产生的动态轴向载荷，并通过机械摩擦减小振动产生的力，提高机械钻速，延长钻具寿命。通过数值模拟软件对工具关键零部件——碟簧强度和刚度进行分析计算，验证了钻井减震稳定工具设计的合理性。工具工作最大钻压可达 220kN ，碟簧行程 50mm± 15mm ，性能满足设计要求。在渤海油田对工具开展了现场应用效果评价，结果表明：工具结构可靠，使用了钻井减震稳定工具的井，其平均黏滑振动数值较未使用的相近井段相同地层邻井降低了 30.72% ，减震效果明显。研究成果可为中深层地层钻井提速提效提供技术支撑。
钻井技术与装备 | 加强型 9000m 混合动力自动化钻机研制

钻井技术与装备 | 加强型 9000m 混合动力自动化钻机研制

摘要：为了满足超深井钻探关键设备的性能强化、减少非钻井等待时间、为钻机提供应急电源以及丛式井作业和钻机快速搬家的要求，研制了加强型 9000m 混合动力自动化钻机。该钻机最大静钩载为 7350kN ，满足下重型套管要求；设计的窄体五缸钻井泵具有排量大、压力波动小、方便运输等特点；配置一体式钻井绞车，实现设备高位布置，并采用导轨平移+轮式移运方式，满足钻机丛式井作业和井场间快速移运要求；开发管柱自动化设备和单司钻集成控制系统，该集成控制系统采用一键式控制程序和空间管理系统，可实现管柱自动化设备的交接互锁和联动控制； 1700kW?h 容量电池的储能系统与柴油发电机组交流母线并网，具备并、离网运行模式及切换功能，满足在发电机死机情况下的应急使用。对该钻机进行主承载结构型式试验、设备与系统功能性试验，试验结果表明：钻机主承载件关键焊缝完好，绞车刹车系统无变形，符合设计要求；设备及系统的各项指标均达到设计要求。研究成果可为超深井钻机的设计提供参考。
油气田开发工程 | 盐穴储氢库老井封堵水泥塞-地层界面剥离失效模拟

油气田开发工程 | 盐穴储氢库老井封堵水泥塞-地层界面剥离失效模拟

摘要：针对盐穴储氢库老井封堵问题，基于Cohesive单元方法，建立适用于盐穴储氢库老井封堵水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型，模拟水泥塞-地层界面裂缝剥离过程。模拟结果显示：氢气的裂缝拓展压力低于天然气，表明储氢库水泥塞-地层界面更易于发生剥离失效；水泥塞-地层界面剥离长度随着地层温度升高而减小，随着地层弹性模量增大而减小，随着运行压力增大而增大；储氢库运行的最大/最小压力区间宽度与剥离长度存在显著的正相关性，即压力波动越大，剥离长度越大；胶结不良区域从0增大到 10% ，剥离长度增加 11m ，表明剥离长度对界面胶结强度极为敏感。研究结果可为地下盐穴储氢库长期安全运行提供重要的理论支持。
油气田开发工程 | 长庆油田注水井复合射孔储层伤害数值模拟研究

油气田开发工程 | 长庆油田注水井复合射孔储层伤害数值模拟研究

摘要：长庆油田储集层是典型的低孔、低渗储集层，常规射孔作业无法有效提高近井地带渗透性满足其注水井的吸水需要。为此，基于冲击动力学原理，结合射孔压实带分布特征，建立了复合射孔储层伤害数值计算模型；提出了复合射孔储层伤害评价指标，阐释复合射孔形成的裂缝带分布特征，并揭示了射孔参数（射孔孔密、相位角）和地层特性（地应力、岩石强度）对复合射孔储层伤害的影响规律。研究结果表明：孔密增加，近井地带形成裂缝区域越大；相位角较小时有更好的穿透近井地带压实带效果，相位角较大时能对孔道末端压实带形成更大的穿透深度；地应力和岩石强度较小时，压实带轴向、径向解堵效果均更好。案例井的计算分析结果表明：复合射孔能够实现对近井筒及孔道末端压实带的解堵，有效实现射孔孔道与储层的连通，其欠注原因可能是储层渗透率低、孔隙填充严重。建议目标井采用超能射孔-交替注入酸压联合作业的方式改善注入条件。研究结果对复合射孔措施效果评价及射孔参数优化具有参考意义。
油气田开发工程 | 基于正交试验的井下气液分离器结构优化设计

油气田开发工程 | 基于正交试验的井下气液分离器结构优化设计

摘要：针对高含气井（ 30%～50% ）开采过程中井下螺旋式气液分离器分离效率低的问题，基于气液两相流动理论，采用数值模拟方法建立了常规井下气液分离器有限元模型。根据某油田实际高含气工况，开展了不同叶轮参数（螺距、外径、圈数）下分离器液相体积分数分布、气液两相压力和速度、分离效率敏感性分析，并依据叶轮参数正交试验优化结果，提出了新型双级井下气液分离器。研究结果表明：对于常规井下气液分离器，增大叶轮外径，分离效率呈现上升趋势；增大叶轮螺距和叶轮圈数，分离器分离效率先升高后降低。新型双级井下气液分离器总长为1 252mm ，结构采用双级叶轮组合方式，上叶轮为螺旋增压轮，螺距为 158.22mm ，圈数为2.25，外径为 99.06mm ；下叶轮为螺旋分离轮，采用4叶轮设计，螺距为 178.22mm ，圈数为2.75，外径为 89.06mm ；过渡分离轮外径采用渐变设计。优化后的分离效率由 78.5% 提高至86.2% ，提升了9. 8% 。研究方法和结果可为高含气井井下气液分离器的参数优化和设计提供参考。
油气田开发工程 | 超声速喷嘴雾化排水采气技术试验研究

油气田开发工程 | 超声速喷嘴雾化排水采气技术试验研究

摘要：超声速雾化作为雾化排水采气技术的一种，具有结构简单、成本低、压力要求低的优点。为了研究雾化后流体在管道内的流动规律及雾化后携液有效作用距离，在超声速雾化喷嘴结构设计的基础上，设计搭建喷嘴雾化可视化井筒流动模拟试验装置，结合试验与数值模拟，研究超声速喷嘴在井筒中的雾化规律、携液效果及影响因素。研究结果表明：气体入口压力、气液比变化均会对雾化有效作用距离产生影响，且气体入口压力的影响远大于气液比；气体入口压力越大，气流速度越快，雾化有效作用距离越大；气体入口压力越大，液滴粒径越小且分布越均匀，表明雾化效果越好；雾化临界携液流速（）远小于无喷嘴临界携液流速 (4.62m/s) ，表明喷嘴雾化降低了临界携液流速阈值，有利于气体携液出井。所得结果可为超声速雾化排水采气技术的现场应用提供理论基础。
石油管工程 | 白马区块页岩气水平井断层滑移对射孔套管应力影响研究

石油管工程 | 白马区块页岩气水平井断层滑移对射孔套管应力影响研究

摘要：目前套管变形问题严重制约了白马区块页岩气开发利用，为了明晰断层滑移下射孔套管应力变化规律，采用现场地震资料与模拟相结合的方式进行研究。综合考虑断层滑移角度、滑移距离以及套管射孔参数，建立射孔套管-水泥环-滑移地层数值模拟模型，开展有限元模拟试验，研究断层滑移下射孔套管应力变化规律。研究结果表明：白马区块 83% 的套管变形发生在压裂施工期间， 44% 的套管变形点位于射孔段，水力压裂导致断层裂缝活动，进而诱发断层滑移使得套管变形；在断层滑移过程中，射孔套管应力变化规律与未射孔套管相似，随着滑移距离增大，套管应力逐渐增大；随着滑移角度增大，套管应力先增大后减小，倾角为 60^° 时套管应力最大；考虑射孔参数时，射孔孔径及孔密越大，套管应力越大，相比于未射孔套管，滑移距离为1mm 时，套管应力受射孔影响较大，射孔套管平均应力为未射孔套管应力的1.5倍；随着滑移距离和滑移角度增大，断层滑移成为套管应力主要影响因素。研究成果可为断层滑移下套管射孔参数优选，以及页岩气套管变形机理提供研究思路和理论依据。
石油管工程 | 蜡沉积物旋转切削模型及试验研究

石油管工程 | 蜡沉积物旋转切削模型及试验研究

摘要：智能清蜡清管器可通过前方旋转刀头对原油管道内部蜡沉积层进行剥离，与射流和调速机构配合可以提高清管效率，避免清管蜡堵。为解决蜡沉积层旋转切削方式的清蜡阻力计算问题，建立了蜡沉积物旋转切削模型；通过旋转切削试验测量了不同切削深度、进给量、刀具转速和刀具前角条件下的主切削力，并以试验结果为基础对蜡层剪切角和摩擦角进行回归分析，建立了蜡沉积层旋转切削半经验模型；对刀具前角进行优化，并将旋转切削方式清蜡阻力与文献中直板清管器和皮碗清管器的清蜡阻力试验数据进行对比。研究结果表明：旋转清蜡过程中刀具清蜡主切削力随切削深度和进给量的增大而增大，且与切削深度呈线性关系；主切削力随切削线速度增加而减小，当切削线速度达到 3m/s 以上时清蜡主切削力基本不变；所建立的旋转切削理论模型与试验误差为 10% 左右，有较高的计算精度；旋转清蜡过程中最优刀具前角为 46.6^° ；蜡层旋转切削条件下轴向清蜡阻力要比传统清管器清蜡阻力小 30%～50% ，可以有效减少清蜡过程对清管器运行速度的影响。研究结果可为油田管道清蜡提供参考。
石油管工程 | 基于时间反转法的管道缺陷定位研究

石油管工程 | 基于时间反转法的管道缺陷定位研究

摘要：正确高效地对管道中关键部位的缺陷进行检测和定位是一个亟待解决的问题。为此，首先对直接导波检测试验得到的管道缺陷轴向位移时程信号，经过匹配追踪去噪后准确定位出管道缺陷的轴向位置；然后建立一个与实际管道几何及材料参数相同的无缺陷有限元参考模型，从轴向位移时程信号中截取出缺陷回波及其转换模态并进行时间反转处理，生成时间反转导波激励信号；在参考模型中重新加载该激励信号，模拟时间反转导波在无缺陷管道中的传播过程，时间反转导波能量将聚焦于圆周截面上原来缺陷所在的中心位置处。通过计算参考模型上缺陷所在位置的轴向位移最大值，这样即可确定管道缺陷的圆周位置。研究结论可为管道缺陷定位提供新思路。
石油管工程 | 渤海D油田油套管腐蚀试验及材质优选研究

石油管工程 | 渤海D油田油套管腐蚀试验及材质优选研究

摘要：为了满足渤海D油田油套管防腐和井筒完整性要求，同时兼顾油套管防腐材质等级选择的经济性，指导渤海D油田合理选择油套管防腐材质。在分析渤海D油田馆陶组和东三段储层腐蚀环境的基础上，结合中海油油套管防腐选材图版，以 CO₂ 和 H₂S 含量、分压值和分压值倍比判断腐蚀类型，初选防腐材质。同时，采用高温高压循环流动腐蚀试验釜，模拟井下腐蚀环境开展腐蚀试验，分析管材表面腐蚀形貌与产物类型，测试均匀腐蚀和点腐蚀速率，分析井筒温度和腐蚀气体分压值沿井筒剖面的变化规律，综合考虑油套管的服役工况，通过腐蚀管材强度校核优选油套管防腐材质。通过研究，优选渤海D油田东三段储层采油井套管选用3Cr（井口～2667.5m TVD） +13Cr 组合方式防腐策略，油管选用3Cr防腐材质，注水井及馆陶组采油井油套管选择普通碳钢材质。研究结果表明，渤海D油田油套管防腐选材结果满足油田油套管防腐要求，对保障油田长效生产和井筒完整性具有重要意义。
石油管工程 | 基于综合频率分析法的高温高压可回收封隔器卡瓦优化研究

石油管工程 | 基于综合频率分析法的高温高压可回收封隔器卡瓦优化研究

摘要：随着塔里木盆地、准噶尔盆地和四川盆地勘探开发的深入，深层、超深层高温高压储层对可回收封隔器的锚定、解封性能提出了更为严格的要求。针对超深高温高压油气井完井问题，以可回收液压封隔器分瓣式卡瓦为研究对象，结合高温高压井下工况，基于有限元法和综合频率分析法，完成了卡瓦关键几何参数优选；同时通过性能测试、现场试验验证了优化后卡瓦功能的可靠性。研究结果表明：分瓣式卡瓦锚定过程中，卡瓦齿受力不均、咬入套管深度差异大是高温高压条件下无法正常解封的主要原因之一；与其他试验因素相比，卡瓦内锥角（因素D）对试验评判指标影响较大，牙齿间宽度（因素C）对试验评判指标影响较小；综合频率分析法确定的最佳试验方案为 A₂B₂C₁D₂ ，在该试验方案下，材料屈服失效率由9. 04% 下降为 7.19% ，套管等效塑性应变由0.02887减小为0.00698；优化后的卡瓦结构在超深高温高压油气井完井过程中，锚定、解封功能正常，可有效解决封隔器解封异常的问题。研究结果可为分瓣式卡瓦结构设计及现场应用提供参考。

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