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石油矿场机械

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2025年04期

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专题研究 | 特深井钻机关键设备预测性维护探索与实践

专题研究 | 特深井钻机关键设备预测性维护探索与实践

摘要：为助力深层超深层油气资源高效勘探开发，及时有效的设备维护是确保油气开采安全性、可靠性的重要环节，需建立特深井自动化钻机在线监测与预测性维护系统。以用于SDCK-1井的特深井自动化钻机为研究对象，利用EISC平台建立设备信息系统，收集统计目标设备易损件的寿命；采用状态监测模型、故障预测模型与易损件采集的实时运行状态数据进行交互，实现井架载荷监测、绞车运行监测、钻井泵运行监测及顶驱振动监测。通过在SDCK-1井实践应用，设备故障率下降80% ，非计划停机检修率为0，应用效果良好，验证了预测性维护方法的有效性。
专题研究 | 超高压酸性气井井筒压力预测模型研究

专题研究 | 超高压酸性气井井筒压力预测模型研究

摘要：四川盆地西北部气田部分气井存在井口超高压、含酸性气体等特点，酸性气体改变了流体组分并影响混合物密度，导致井筒压力的计算精度下降，同时井筒的超高压远远超过大多数井筒压降模型的预测范围,因此各模型的适用性还未可知，不利于准确预测井筒压降,对于工程设计产生负面影响。通过实例井分析超高压对井筒流动的影响，超高压气井中存在温度占主导因素的情况，与常规气井有所差异。评价并优选计算偏差因子、黏度的模型和酸性气体修正方法，可使用Wa修正的Hall-Yarbough方法作为井筒偏差因子计算方法，杨继盛修正的L-G方法作为黏度计算方法。对4口超高压含酸性气体井进行压力模型评价与优选，Gray模型的平均相对误差为 0.91% ，精度最高，对生产动态预测具有指导意义。
专题研究 | 深海采矿系统采矿车路径优化及立管性能研究

专题研究 | 深海采矿系统采矿车路径优化及立管性能研究

摘要：针对深海采矿系统关键技术研究存在采矿车路径优化不清晰和立管安全隐患多发等问题,利用计算对比和模拟仿真的方法，验证了采矿车转弯方式及协同作业方式，并对立管性能进行研究。通过采矿效率和富矿区利用率的计算分析,证实富矿区域外转弯的方式对矿物质开采更有利。对比分析了四台采矿车协同作业方式的优缺点，确定纵向联动式协同作业保障了采收效率。采用Matlab遗传算法对采矿车路径优化，当采矿车偏离既定轨迹时，可以自动生成两段半径为 15m 的圆弧路径，进行精准高效矫正。在立管性能分析中，设置固液两相相对速度差为 0～10m/s ,结核竖直方向合力为0,能够实现结核的提升；采用Ansys对立管绕流模拟仿真，得到脱落频率约为 2.5Hz ，斯特劳哈尔数为0.2，验证了立管的安全性。
试验研究 | 可溶压裂球受力模拟及性能对比分析

试验研究 | 可溶压裂球受力模拟及性能对比分析

摘要：针对目前油田使用的2种不同结构的可溶压裂球，采用计算静态结构力学方法对2种可溶压裂球进行受力模拟。在球座锥角 20^°～60^° ，压裂球受力10\~80MPa的工况下研究压裂球的受力差异。基于有限元分析，采用标准接触模型建立了数值仿真模型，分析了2种可溶压裂球在不同工况下的受力分布规律，根据应力应变分布情况探究静压分布出现的原因。绘制压裂球的外特性曲线，包括应力、应变与球座锥角和压力的关系，发现压裂球特性出现变化的工况点与模拟受力分析结果相对应。根据模拟受力结果分析了2种压裂球所适用的工况。分析结果表明,在相同压裂工况下，可溶压裂信息球的性能与传统压裂球的性能接近。由于可溶压裂信息球的内部具有电路装置，外形尺寸受限，传统压裂球在尺寸方面的选择范围更宽，对于井下压裂阶段的数据采集需求，可溶压裂信息球具有较大优势。
试验研究 | 分支井双管封隔器胶筒密封性能研究

试验研究 | 分支井双管封隔器胶筒密封性能研究

摘要：为解决分支井双管封隔器密封失效的问题，以分支井双管封隔器胶筒为研究对象，运用有限元软件模拟双管封隔器胶筒的密封过程，提出有效密封系数评价胶筒的密封性能，从胶筒硬度、摩擦因数等方面对桶形、蝶形和楔形胶筒的密封性能进行研究。结果表明，建立的有限元模型可有效模拟封隔器胶筒的密封过程，通过试验对比，模型能够满足工程要求；双管封隔器胶筒周向接触压力分布不均匀，密封时会导致压力局部集中，降低了整体的密封性能;胶筒硬度越大，摩擦因数越大，密封性能越低;楔形胶筒方案的胶筒之间有一定重叠，可在一定程度改善硬度和摩擦因数对密封的影响，相对效果较好。研究成果可为双管封隔器的设计及应用提供参考。
设计计算 | P110钢级套管抗挤强度受几何形状及磨损位置影响研究

设计计算 | P110钢级套管抗挤强度受几何形状及磨损位置影响研究

摘要：通过建立P110钢级 ?244.5mm×11.99m n套管磨损后的二维模型，研究椭圆度、壁厚不均度以及磨损位置对套管抗挤强度的影响。建立了多个不同椭圆度和壁厚不均度组合以及不同磨损位置的套管模型，利用Ansys软件进行分析，得到不同条件下磨损后套管的抗挤强度。结果表明，磨损后套管抗挤强度随椭圆度和壁厚不均度的增大而降低，当椭圆度和壁厚不均度分别达到 1% 和 10% 时，抗挤强度最多可降低 16.5% ，但个别情况下(如Ⅱ型厚壁处)会略微提升；不同磨损位置的套管剩余抗挤强度不同，应尽量将钻杆接头和套管内壁的接触面控制在短轴厚壁处，以提高相同磨损率下磨损后套管的抗挤强度；椭圆度和壁厚不均度主要影响套管抗挤强度，对挤毁位置影响较小。当套管磨损率很低，而椭圆度和壁厚不均度较大时，椭圆度和壁厚不均度将成为影响套管挤毁位置的主要原因。研究成果可为套管设计及现场应用提供参考，有助于提高油气井的安全性。
设计计算 | 基于多种失效模式下特高压防喷器分析方法

设计计算 | 基于多种失效模式下特高压防喷器分析方法

摘要：为适应国内超深层钻井技术发展，满足高性能井控设备需求，研究特高压防喷器在高温高压极端条件下的多种失效模式，为其设计与分析提供一套行之有效的方法体系，确保设备在实际应用中能够可靠运行，提高钻井作业的安全性和效率。通过借鉴国内外高温高压钻采设备设计规范与已知文献研究成果，针对超高温高压井控装备结构特性，深入剖析高温下金属材料性能变化，着重分析承压本体整体塑性垮塌、局部失效、棘轮效应等多种失效模式。运用线弹性和弹塑性分析方法考量材料在高压高温下的非线性行为，以及采用断裂力学工程方法，结合材料韧性指标建立结构寿命预测模型，可显著提高压力设备安全性与稳定性评估精度。在国内首台 175MPa 特高压闸板防喷器设计中开展应用，通过有限元模拟计算对承压本体进行多种失效模式分析校核，并通过测试验证。该方法可为特高压防喷器设计及相关设备研发应用提供支撑。
设计计算 | 现场样品抽油杆腐蚀分析和静力学仿真研究

设计计算 | 现场样品抽油杆腐蚀分析和静力学仿真研究

摘要;抽油杆作为油田机械采油系统中的核心部件，其可靠性直接影响油井的生产效率和安全。由于抽油杆长期暴露在复杂的油井环境中，易受到腐蚀和机械疲劳损伤，导致性能下降或断裂。通过现场样品分析和静力学仿真方法，探究抽油杆的腐蚀原因和工作状态下的力学行为，为抽油杆的设计、选材和防腐措施提供科学依据。对现场取回的D级抽油杆样品(材料为20CrMoA)进行了化学成分分析、金相显微组织检测、扫描电镜分析、能谱分析和离子光谱分析、采出液成分分析，以确定腐蚀原因。利用SolidWorks构建抽油杆三维仿真模型，在Abaqus软件中进行静力学仿真分析，模拟抽油杆在实际工作条件下的应力分布和形变情况。结果表明，抽油杆腐蚀的主要原因是高含量氯离子、水中溶解氧及硫化氢引起的氧腐蚀和硫化氢腐蚀。静力学仿真分析揭示了抽油杆在工作状态下的最大主应力分布，特别是在螺纹根部区域、台肩根部的过渡区域、扳手作用位置以及靠近镦粗凸缘的杆体部分存在应力集中。仿真结果还表明抽油杆沿轴向的形变控制在安全范围内，验证了设计的合理性。研究成果可为抽油杆的腐蚀控制和维护提供科学依据，对于指导抽油杆的设计和选材具有参考价值。
开发应用 | 渤海油田顶部封隔器失效后套铣打捞技术研究

开发应用 | 渤海油田顶部封隔器失效后套铣打捞技术研究

摘要：顶部封隔器作为防砂管柱的核心组件之一，在渤海油田广泛应用的同时也存在失效，影响作业效率的问题。对于少数未能通过专用工具完成顶部封隔器回收的油井，套铣打捞作业可最大程度清除井下残留管柱保障后续作业，但目前相关成功作业案例较少。介绍了渤海油田A1H井封隔器失效原因和套铣打捞作业实践，讨论了封隔器出现问题后的现场解决思路，总结了套铣作业中的难点及改进措施。作业期间A1H井整个套铣过程共计下入两趟钻，总套铣时间 19.5h ，转速40\~70r/min ，附加钻压 50～120kN ，套铣进尺 1.55m 。通过典型井套铣作业时效对比，提出了钻具选择和钻进参数优化经验。研究表明，套铣作业总耗时较长，不同作业部位的物理特性是钻进参数主要选择依据，为实现一趟完成套铣作业，钻进初期需要灵活调整套铣参数以降低铣齿磨损程度。通过优化作业参数和工具组合，可显著提高套铣作业效率，降低作业风险。顶部封隔器套铣作业的成功实施，可为后续相关作业提供借鉴依据和思路。
开发应用 | 海上油田水下增压泵电机冷却系统分析

开发应用 | 海上油田水下增压泵电机冷却系统分析

摘要：水下增压泵是水下增压系统的核心部件，广泛应用于深海油气开采，特别是在老油田提高采收率、长距离油气输送和深水作业中，由于处于水下较深、井口流体压力较低，且回接距离远，成为深水油气开发关键设备。其驱动电机通常采用高集成的永磁电机,电机内部空间狭小、散热困难，容易导致温升过高，影响电机性能和寿命。分析了水下增压泵电机冷却系统的构成，提出通过隔离液循环与外部海水热交换的方式进行冷却。采用数值方法对电机内部及外部冷却管路的热流耦合进行了模拟仿真，分析了电机主要部件的发热功率，评估了不同冷却方案的效果。结果表明，优化后的冷却系统能够有效降低电机温升，确保水下增压泵在深海环境下的稳定运行。研究成果为水下增压泵电机冷却系统设计提供了理论依据，为水下增压系统的国产化研制和深水油气开发提供了技术支持。
开发应用 | 电控分层注聚流量调节阀设计与结构优化

开发应用 | 电控分层注聚流量调节阀设计与结构优化

摘要：针对电控分层注聚工具核心部件流量调节阀中黏度损失严重的问题，以流量调节阀为研究对象，进行数值模拟仿真与结构优化。在深入剖析聚合物黏损机理的基础上，采用控制变量法对不同的阀芯结构、槽间距、槽深、阀节长度进行数值模拟研究。研究发现，圆弧形阀芯流量调节阀相较于其他形状的流量调节阀有较好的保黏效果；圆弧形阀芯在槽间距 30mm 槽深 3mm. 阀节长度1.0mm 时，其保黏性能达到最优。通过开展注聚工作筒的黏损试验研究，评估结构优化后的保黏效果。优化后的流量调节阀测得最大黏损率为 8.9% ，相较于其他油田 12% 的黏损率有显著下降。黏损率下降有力地证明了结构优化后的流量调节阀在保黏方面的良好效果，为分层注聚工具整体性能提升奠定了坚实基础。
开发应用 | 垂钻工具全尺寸立式试验测试台架研制及应用

开发应用 | 垂钻工具全尺寸立式试验测试台架研制及应用

摘要：为了验证静态推靠机械式自动垂直钻井工具的整体性能是否满足设计要求，研制了全尺寸立式试验台架，集成了机电液控一体化，可有效模拟实际钻井工况。通过液压推拉装置实现工具相对于垂线方向-4°至 4^° 的双向摆动，循环系统提供15\~45L/s的循环排量，压力调节装置提供 0～5MPa 的钻头水压差，推靠力测量装置测量 0～50kN 的推靠力。采用立式结构设计，模拟垂直钻井工况，并通过液压推拉装置模拟井斜变化。利用可变排量柱塞往复泵提供循环水，设计压力调节装置调节工具出口压差并测量。通过测量工具摆动弦长，间接计算工具倾角，设计推靠力测量装置实现不同工况下的推靠力测量。结果表明，全尺寸立式试验台架能够模拟井斜工况，测出不同井斜下的工具纠偏能力，其技术性能指标满足设计要求。试验结果验证了工具在模拟现场机泵排量及压差下的整机性能，确定了推靠翼肋的启动角度;验证了不同压差下的翼肋推靠力值范围及互锁功能实现。可按实际钻井参数进行室内试验，在相对真实的工况下进行性能测试，达到了测试目的，为工具改进及优化迭代提供了试验基础。

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目录

专题研究 | 特深井钻机关键设备预测性维护探索与实践

专题研究 | 特深井钻机关键设备预测性维护探索与实践

专题研究 | 超高压酸性气井井筒压力预测模型研究

专题研究 | 超高压酸性气井井筒压力预测模型研究

专题研究 | 深海采矿系统采矿车路径优化及立管性能研究

专题研究 | 深海采矿系统采矿车路径优化及立管性能研究

试验研究 | 可溶压裂球受力模拟及性能对比分析

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试验研究 | 分支井双管封隔器胶筒密封性能研究

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设计计算 | P110钢级套管抗挤强度受几何形状及磨损位置影响研究

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设计计算 | 基于多种失效模式下特高压防喷器分析方法

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设计计算 | 现场样品抽油杆腐蚀分析和静力学仿真研究

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开发应用 | 渤海油田顶部封隔器失效后套铣打捞技术研究

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开发应用 | 海上油田水下增压泵电机冷却系统分析

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开发应用 | 电控分层注聚流量调节阀设计与结构优化

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开发应用 | 垂钻工具全尺寸立式试验测试台架研制及应用

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