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深井超深井大尺寸井眼钻具疲劳失效分析与防控

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天然气工业 2024年第6期44卷 74-86页

作者：马勇张佳伟范宇黄洪春邹灵战卓鲁斌邢星李洪刘斌中国石油西南油气田公司中国石油集团工程技术研究院有限公司中国石油西南油气田公司工程技术研究院中国石油青海油田公司钻采工艺研究院

地球深部蕴藏着丰富的油气资源,随着深井超深井钻井数量的递增,钻具失效(断钻具、钻具刺漏)事故呈现逐年递增趋势。为进一步明确深井超深井大尺寸井眼钻具失效原因、减少钻具失效事故,梳理了近年来中国石油西部三大油田钻具失效情况及特... 详细信息

地球深部蕴藏着丰富的油气资源,随着深井超深井钻井数量的递增,钻具失效(断钻具、钻具刺漏)事故呈现逐年递增趋势。为进一步明确深井超深井大尺寸井眼钻具失效原因、减少钻具失效事故,梳理了近年来中国石油西部三大油田钻具失效情况及特征,并以西部油田某口典型超深井?444.50 mm井眼连续5次断钻具事故为对象开展原因分析。首先基于弹性动力学密哈顿原理(Hamilton’s principle)和纽马克方法(Newmark-β)建立了钻具动力学模型,结合雨流法和Miner疲劳损伤累积理论实现对钻具运动、受力及疲劳寿命的定量评价,并验证了模型的准确性,最后提出了大尺寸井眼预防断钻具配套工艺措施。研究结果表明:(1)深井超深井中钻具失效主要发生在上部大尺寸井段,失效位置多集中在下部钻具接头或本体尺寸较小的薄弱位置;(2)因钻具横向振动诱发高频弯曲应力是导致钻具疲劳失效的主要因素,持续剧烈的横向振动在数小时内会导致钻具疲劳失效;(3)提高下部钻具组合刚度、使用“高钻压+低转速”参数钻进有助于降低钻具横振强度;(4)因钻具组合刚度偏小、钻井参数不合理导致下部钻具剧烈横向振动,叠加“中性点”在钻具接头及本体尺寸较小等薄弱位置反复交替,是典型案例井连续断钻具的直接原因。结论认为,建立的模型可以定量评估钻具疲劳失效情况,提出的预防措施可为深井超深井大尺寸井眼预防钻具失效提供技术参考。

关键词：深井超深井大尺寸井眼钻柱动力学横向振动高频弯曲应力疲劳失效防控措施

悬挂撤离状态井下管柱纵横向耦合动力学特性分析

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船舶力学 2024年第4期28卷 582-593页

作者：曾松毛良杰陈雪峰杨森张林中国石油西南油气田公司工程技术研究院成都610031 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油西南油气田公司开发事业部成都610021

建立悬挂撤离状态井下管柱纵、横向耦合动力学数值分析模型,同时考虑平台横向撤离以及纵向升沉运动,给出软、硬悬挂边界条件。采用有限单元法进行离散,结合Newmark-β法求解动力学方程,并通过实验验证数值模型的正确性。针对南中国海深... 详细信息

建立悬挂撤离状态井下管柱纵、横向耦合动力学数值分析模型,同时考虑平台横向撤离以及纵向升沉运动,给出软、硬悬挂边界条件。采用有限单元法进行离散,结合Newmark-β法求解动力学方程,并通过实验验证数值模型的正确性。针对南中国海深水井,分析了悬挂状态的井下管柱纵、横向耦合动力学特性,研究结果表明:纵、横向耦合条件下,井下管柱悬挂撤离时在横向呈现出波浪状位移形态,纵向呈现周期性振动;硬悬挂与软悬挂状态下最大横向位移和纵向位移都出现在管柱最底端;硬悬挂状态下管柱顶端位移较小、弯矩出现极大值;软悬挂状态下管柱顶端位移急剧增加,弯矩在水面附近出现极大值;悬挂撤离状态下管柱纵向位移包络线范围从顶部向底端逐渐增大,而轴向张力包络线范围从底部向顶部逐渐增大;另外,硬悬挂状态下管柱在顶端附近出现轴向压缩,存在发生屈曲失效的风险。

关键词：井下管柱硬悬挂软悬挂纵横向耦合动力学特性

“中国西南储气能力”建设的技术基础与发展思考

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天然气工业 2024年第2期44卷 1-13页

作者：胡勇王梦雨罗瑜李隆新彭先赵梓寒中国石油西南油气田公司中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

为保障国家天然气安全平稳供应,2019年国家能源局启动了川渝天然气千亿立方米级“气大庆”的建设项目,将四川盆地天然气储气调峰和战略应急保供能力建设提升至国家战略安全高度。此外,中国石油在“十四五”期间确立了打造“西南储气中... 详细信息

为保障国家天然气安全平稳供应,2019年国家能源局启动了川渝天然气千亿立方米级“气大庆”的建设项目,将四川盆地天然气储气调峰和战略应急保供能力建设提升至国家战略安全高度。此外,中国石油在“十四五”期间确立了打造“西南储气中心”的战略目标,积极攻关各项地下储气库(以下简称储气库)建库技术难题,已初步形成“西南储气中心”建设格局。为此,在分析四川盆地建设储气库面临的挑战基础上,系统梳理总结了中国石油近17年在四川盆地的发展规划、建设现状、技术进展等方面的成果,并对打造“中国西南储气能力”提出了具体的攻关方向。研究结果表明:(1)四川盆地天然气资源丰富且拥有与全国天然气管网互连互通的完善管网设施,能够为盆地储气库建设提供坚实基础;(2)提出了复杂盆地气藏的“十指标”选址体系,建立了完善的储气库库址优选技术;(3)形成了储气库建库运行七大特色技术,健全了碳酸盐岩气藏建库主体技术系列;(4)构建了国内首个储气库地质体、井、地面完整性管理评价技术体系,保障了储气库安全稳定运行。结论认为,为支撑国家天然气千亿立方米级“气大庆”建设,提出了“中国西南储气能力”建设的概念,其核心是以中国石油初步建成的企业级“西南储气中心”为基础,走出单一油公司储气库建设模式,建立政府主导协调、跨企业的储气库协同共建共享共营机制,全面推动四川盆地整体储气能力建设,保障国家天然气能源安全。

关键词：中国西南储气能力四川盆地地下储气库复杂气藏条件选址完整性管理

多波地震联合技术精细雕刻隐蔽河道砂体——以四川盆地西北部ZT地区沙溪庙组为例

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天然气工业 2024年第3期44卷 87-96页

作者：冉崎魏玮陈康杨广广戴隽成闫媛媛吕龑马华灵朱讯中国石油西南油气田公司勘探开发研究院中国石油西南油气田公司中国石油西南油气田公司气田开发管理部

四川盆地陆相致密砂岩气资源丰富,是目前天然气增储上产的重要领域,但侏罗系沙溪庙组沙一段河道砂体纵向多期叠置,横向同期交汇且河道砂体类型多样,隐蔽性强,形成了复杂多变的地震反射特征,准确刻画河道砂体难度极大。为了解决四川盆地... 详细信息

四川盆地陆相致密砂岩气资源丰富,是目前天然气增储上产的重要领域,但侏罗系沙溪庙组沙一段河道砂体纵向多期叠置,横向同期交汇且河道砂体类型多样,隐蔽性强,形成了复杂多变的地震反射特征,准确刻画河道砂体难度极大。为了解决四川盆地西北部(以下简称川西北)ZT地区沙溪庙组一段(以下简称沙一段)多期河道砂体及储层刻画不清晰、精度低的问题,采用新采集的三维地震三分量转换横波(PS波)资料,结合PP波叠前数据和常规叠后地震资料,在正演模拟基础上,形成了多波地震联合雕刻河道砂体关键技术,并分析了河道砂体多波地震响应特征随砂体孔隙度的变化规律。研究结果表明:(1)砂体顶界PP波地震响应随孔隙度增大由强波峰转变为强波谷,而PS波地震响应不随物性变化发生极性反转,基于横波对岩性的刻画可有效识别多期隐蔽河道砂体;(2)相较反映横波阻抗变化率的叠前P-G属性,PS波振幅能量更聚焦,雕刻的河道砂体横向展布特征更清晰,边界更清楚;(3)叠前P-G属性具有更高的纵向分辨率,有利于区分叠置砂体,并落实砂体的发育期次。结论认为,多波地震技术联合充分发挥P-G的高分辨率优势确定纵向砂体发育期次,发挥PS波横向连续性优势刻画横向边界,实现了ZT地区沙一段河道砂体的完整精细雕刻,生产应用效果显著,并为该区井位部署和储量升级提供了有力技术支撑,为四川盆地陆相致密砂岩气规模效益开发奠定了坚实的基础,同时有力推进了多波地震勘探技术的发展。

关键词：四川盆地侏罗系沙溪庙组致密砂岩转换横波多波地震勘探河道砂体刻画叠前P-G属性

基于正交试验法的电磁超声换能器梯形硅钢聚磁器优化设计

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电子测量与仪器学报 2024年

作者：邱锦川刘昭廷罗伟段蕴琦伍剑波向天乐四川大学机械工程学院中石油西南油气田工程技术研究院

针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低、信噪比低和磁体内部超声波影响信号识别的问题，传统的处理方法包括添加铜箔背板或聚磁器。然而，铜箔背板在消除磁铁自振荡得同时减小了信号幅值；而已有的聚磁器又存在结构复杂，加工困难，成本... 详细信息

针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低、信噪比低和磁体内部超声波影响信号识别的问题，传统的处理方法包括添加铜箔背板或聚磁器。然而，铜箔背板在消除磁铁自振荡得同时减小了信号幅值；而已有的聚磁器又存在结构复杂，加工困难，成本较高等问题。文章提出了一种在永磁体与线圈之间添加梯形硅钢聚磁器的新型EMAT结构。梯形硅钢聚磁器结构简单，利用胶粘工艺制作。梯形聚磁器通过增加磁铁与线圈的距离来消除磁铁中的超声波，同时通过独特的梯形结构将磁铁的磁感线聚集于线圈作用区域，提高回波信号幅值。由于梯形硅钢聚磁器的尺寸对回波信号幅值有明显的影响，为了获取梯形硅钢聚磁器的最优尺寸，在COMSOL仿真平台中采用正交试验法对硅钢聚磁器的几何尺寸进行了优化设计。仿真和实验结果分别表明，含优化后梯形聚磁器EMAT的信号幅值较无背板EMAT提高约60%，含优化后梯形聚磁器EMAT的信号幅值约为含0.1 mm铜箔背板EMAT的6倍。

关键词：梯形硅钢聚磁器正交试验仿真优化电磁超声测厚

万米深井SDC-1井上部超大尺寸井眼钻井液技术

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石油钻探技术 2024年

作者：黎然李文哲周井红张佳寅刘阳中国石油西南油气田分公司工程技术部中国石油西南油气田分公司工程技术研究院

部署在四川盆地西北部的超深井SDC-1井上部为φ812.8 mm超大尺寸井眼，钻井过程中面临岩屑运移困难、井壁稳定要求高等技术难题。为此，进行了钻井液流型参数调配，以辅助携砂；引入有机盐、无机盐复配的双盐抑制剂，嵌入黏土晶层间隙... 详细信息

部署在四川盆地西北部的超深井SDC-1井上部为φ812.8 mm超大尺寸井眼，钻井过程中面临岩屑运移困难、井壁稳定要求高等技术难题。为此，进行了钻井液流型参数调配，以辅助携砂；引入有机盐、无机盐复配的双盐抑制剂，嵌入黏土晶层间隙，降低钻井液活度，并协同包被剂对泥页岩进行强抑制；优选多粒径封堵剂，形成了高抑制强封堵的聚合物钻井液体系。室内评价结果表明，该钻井液体系流变性良好，动塑比在0.60以上，一次泥页岩回收率为99.54%，二次回收率为97.23%；API滤失量小于3.0 mL，具有较好的抑制封堵效果。现场应用表明，高抑制强封堵的聚合物钻井液体系能够有效抑制剑门关组、蓬莱镇组的泥页岩坍塌，无井下事故发生，为SDC-1井顺利施工提供了技术支撑。研究结果为其他超大尺寸井眼钻井施工提供了技术借鉴。

关键词：超深井超大尺寸井眼井壁稳定钻井液抑制封堵

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油气企业科技创新人才价值溯源分成评估

天然气工业 2024年第6期44卷 142-151页

作者：王良锦辜穗方峦乐彦婷李佳中国石油西南油气田公司勘探开发研究院中国石油西南油气田公司天然气经济研究所中国石油西南油气田公司

科技创新是发展新质生产力的核心力量,而科技创新人才是创新过程中的第一要素。作为油气生产的主要参与主体,油气企业要实现高水平科技自立自强,归根结底要依靠拥有高水平创新能力的人才队伍。为了激发科技人才创新活力动力,在人才价值... 详细信息

科技创新是发展新质生产力的核心力量,而科技创新人才是创新过程中的第一要素。作为油气生产的主要参与主体,油气企业要实现高水平科技自立自强,归根结底要依靠拥有高水平创新能力的人才队伍。为了激发科技人才创新活力动力,在人才价值创造与评估现状分析的基础上,依据生产全要素视角下的科技创新价值分享理论与方法,建立了油气企业科技创新人才价值溯源分成评估方法。研究结果表明:(1)油气企业科技创新是一个系统性的复杂过程,匹配油气企业科技创新特征、具有产业适应性的人才价值评估理论与方法较少;(2)油气企业科技创新人才价值溯源分成,是以油气科技创新成果经济价值评估结果为前提对参与成果创造的团队和个人按照实际贡献进行价值追溯与量化的过程,需要通过对单项科技创新成果经济价值溯源和科技创新成果完成人价值溯源两次溯源来实现;(3)以创新成果为导向的科技创新人才价值贡献率是人才价值溯源分成的核心参数,由完成人参与度、完成人创新度、完成人贡献度为内容的综合评估指标体系共同确定。结论认为,该方法为加快建立以创新价值、业绩、贡献为导向的人才评价体系提供了参考,能够有效解决人才在油气科技创新活动中的经济价值量化问题,对推动高水平科技自立自强有现实意义。

关键词：油气科技创新人才价值溯源分成科技创新成果经济价值新质生产力

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机器学习在钻柱振动识别与预测中的研究进展

天然气工业 2024年第1期44卷 149-158页

作者：汪海阁高博郑有成赵飞崔猛丁燕邢世旺中国石油工程技术研究院有限公司中国石油大学(北京) 中国石油西南油气田公司

钻柱振动是影响钻井效率、钻柱失效、井眼稳定和钻井安全的主要因素,复杂振动的早期识别对于缓解井下工具受损、提高生产时间至关重要。为此,充分调研国内外机器学习在钻柱振动识别方法方面的研究成果,从数据获取角度对钻柱振动识别与... 详细信息

钻柱振动是影响钻井效率、钻柱失效、井眼稳定和钻井安全的主要因素,复杂振动的早期识别对于缓解井下工具受损、提高生产时间至关重要。为此,充分调研国内外机器学习在钻柱振动识别方法方面的研究成果,从数据获取角度对钻柱振动识别与预测方法进行了全面分析,对比研究了各算法模型的框架、特征参数和测试效果,系统评估了各算法模型的优缺点,并对未来振动识别与预测的发展方向提出思考。研究结果表明:①机器学习算法可以从大量振动数据中学习和提取特征来建立模型,对振动进行分类和预测,通过不断优化算法和模型,提高钻柱振动识别与预测的准确性和可靠性;②随着数据采集和处理技术的不断进步,地面与井下多源数据融合方法将多种数据共同分析处理,可以最大程度地发掘地面和井下数据特征,有望成为解决井下问题的重要途径;③随着钻井工程与人工智能技术的不断融合与发展,振动缓解与钻井提速联合优化,将为钻井工程提供更为可靠的指导和决策。结论认为,机器学习在钻柱振动识别与预测方面的应用和发展进一步缓解了超深井井下钻柱振动这一复杂问题,提高了钻井工程的效率和安全性,推进了钻井过程的高效化和智能化发展步伐。

关键词：钻柱振动深层油气钻井机器学习分类算法识别预测

P110钢冲刷腐蚀预测模型的构建及其机理研究

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表面技术 2024年第10期53卷 110-123页

作者：马文祺王勤英宋宇辉符昌友张兴寿罗晓芳西宇辰董立谨张华礼张智西南石油大学新能源与材料学院成都610500 西南石油大学石油与天然气工程学院成都610500 中国石油西南油气田公司工程技术研究院四川广汉618300

目的探究高温高压环境下P110钢在不同冲刷速度和角度下的腐蚀行为规律,揭示其冲刷腐蚀机理,建立腐蚀预测模型,以期指导油气田材料腐蚀防护与腐蚀预测。方法采用电化学工作站和高温高压反应釜,开展高温高压冲刷腐蚀实验。采用金相显微镜... 详细信息

目的探究高温高压环境下P110钢在不同冲刷速度和角度下的腐蚀行为规律,揭示其冲刷腐蚀机理,建立腐蚀预测模型,以期指导油气田材料腐蚀防护与腐蚀预测。方法采用电化学工作站和高温高压反应釜,开展高温高压冲刷腐蚀实验。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对冲刷腐蚀前后材料的微观组织结构、化学成分及物相进行表征。此外,通过调研文献数据,基于随机森林(Random Forest,RF)算法构建了P110钢的冲刷腐蚀预测模型,并开展了预测准确性研究。结果在3m/s的冲刷速度下,随着冲刷角度的增加,自腐蚀电流密度由30°的2.19×10^(-4)A/cm^(2)降低到90°的1.449×10^(-4)A/cm^(2)。在30°的冲刷角下,随着冲刷速度的增加,自腐蚀电流密度由0m/s的6.30×10^(-5)A/cm^(2)增加到3 m/s的2.19×10^(-4)A/cm^(2)。腐蚀产物具有双层膜结构,外层主要由FeCO_(3)组成,内层主要为Fe_(2)O_(3)。腐蚀预测模型分析结果表明:温度对P110钢的腐蚀速率影响程度最大,其次是CO_(2)和冲刷速度。结论在高温高压环境下,P110钢能够产生Fe_(2)O_(3)和FeCO_(3)的双层腐蚀产物膜,随着冲刷速度的增加和角度的降低,腐蚀产物膜完整性破坏,腐蚀加剧。腐蚀预测模型具有良好的性能,能够有效预测腐蚀速率。

关键词： P110钢冲刷腐蚀高温高压机器学习随机森林

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