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石油机械
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贺会群

月刊

1001-4578

syjxzz@vip.sina.com

0716-8121243/8127778/8121008

434000

湖北省荆州市沙市区豉湖路12号

石油机械/Journal China Petroleum Machinery北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是国内石油机械学科唯一的技术类月刊。《石油机械》是全国中文核心期刊，中国石油天然气集团公司优秀期刊，也是湖北省一级刊物。经过30余年的不断发展，《石油机械》已成为目前国内石油石化装备行业最具影响力和知名度最大的刊物之一。
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    基于VC-SVM与粒子群算法的卡钻智能预测方法

    刘子豪宋先知朱硕叶山林...
    1-11页
    查看更多>>摘要：在油气钻探过程中,由于井下条件复杂、地层认识不清等因素,导致卡钻事故频发,严重制约钻井效率.目前国内外学者所研究的卡钻预测方法在准确性、时效性及迁移性等方面仍存在不足.为此提出了一种融合集成学习思想与智能优化算法的卡钻智能预测方法.该方法根据实际井场的卡钻数据,基于合理的标签标定方法,将标签准确定位于卡钻发生前而非卡死点;通过参数相关性分析、表征意义分析、时效性以及可信性分析优选了 7 个输入参数;使用了随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和BP神经网络3 种算法建立了卡钻预测模型,并对比了各模型在卡钻与非卡钻样本比例严重不均时(卡钻与非卡钻比例 1∶117)的表现;然后使用投票分类器(VC)将多个模型集成,并分类预测,优选SVM模型作为卡钻预测基模型,使用集成学习的思想加以改进,并采用粒子群算法同时对多个SVM分类器进行超参数优化,简化了调参过程的同时实现了耦合寻优.最终以某区块10 次卡钻样本进行训练测试.测试结果表明,改进后的模型可有效寻找不同类别卡钻的超平面,迁移预测虚警率可控制在 9%,漏警率不到 7%,有效预测了每一次卡钻的大部分数据点.研究结果有望提高现场钻井风险预警效率,为保障油气井安全高效钻进提供支撑.

    卡钻智能预测支持向量机BP神经网络投票分类器粒子群算法迁移能力测试耦合寻优

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    双目视觉下钻杆接口定位的实现

    张奇志唐凡懿
    12-19,73页
    查看更多>>摘要：智能机器人技术的快速发展推动了石油钻机装备自动化和智能化的提升.针对目前石油钻机上卸扣作业中,传统的钻杆接口定位存在困难,无法实现完全自动化的问题,提出了一种基于改进YOLOv5x算法的智能钻杆接口检测方法,并在双目视觉下建立了钻杆接口定位模型.模型基于卷积神经网络提取钻杆接口的图像特征,从而实现自动识别;融合 CBAM(Convolution Block Attention Module)注意力机制以提高模型的特征提取与表达能力,引入更大尺度特征图作为小目标检测层,减少了钻杆接口图像中小目标的误检和漏检情况;结合SGBM(Semi-Global Block Matching)算法,实现双目视觉下钻杆接口的精准定位;通过网络训练检验改进算法的性能,并在模拟试验环境下开展了钻杆接口的定位试验.试验结果表明:改进YOLOv5x算法平均精度达到98.6%,比原始YOLOv5x算法提高了3.0%;上下接口平均定位误差分别为 7.64 和 6.56 mm,符合工程误差要求,具有一定的工程应用价值.所得结论可为钻杆接口的准确检测和精准定位提供技术参考.

    钻井钻杆接口注意力机制立体匹配算法小目标检测双目视觉定位

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    基于多尺度残差注意力域适应的轴承故障诊断

    唐友福姜佩辰李澳丁涵...
    20-27页
    查看更多>>摘要：针对滚动轴承待监测样本在跨机器任务中诊断困难的问题,提出一种基于多尺度残差注意力域适应的滚动轴承故障诊断方法.该方法将滚动轴承振动信号直接作为多尺度注意力残差网络模块的输入,为更好提取源域与目标域的共同特征,该模块引入多尺度卷积提取特征信息、注意力机制的压缩激励网络解决数据差异性与残差网络的跨层连接,域自适应部分采用局部最大均值差异度量准则,并选择滚动轴承公开故障数据集进行对比与消融试验.试验结果表明:提出的多尺度残差注意力域适应的滚动轴承故障诊断方法在跨机器任务下平均识别精度达到 99.1%,相比于其他方法具有较好的泛化性能.所得结论可为滚动轴承故障监测与诊断提供理论依据.

    滚动轴承故障诊断模型迁移学习多尺度卷积核注意力残差块

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    固井水泥环内部缺陷超声波检测仿真研究

    赵彦淇周元华万继方李景翠...
    28-36页
    查看更多>>摘要：固井水泥环内部的各种缺陷会导致层间窜流、井口带压等事故.无损检测技术作为一种非破坏性的检测方法,可以对固井水泥环内部的缺陷进行检测.基于超声波在连续介质中的传播规律,采用COMSOL仿真软件模拟压电效应以及超声波在水泥环中的传播状态和反射规律,研究水泥环缺陷反射信号的相关特性.研究结果表明:选择 1.0 MHz 5 周期Hanning窗调制的超声正弦波作为激励信号,超声探头可以在 50 μs内接收到水泥环缺陷的反射信号;不同类型的缺陷中,矩形缺陷的检测效果最佳;当缺陷主方向与超声波入射方向垂直时,检测效果最佳.研究结果验证了超声波无损检测技术可以快速准确地确定固井水泥环内部缺陷的类型和位置,同时调整超声波入射角度有助于提升检测效果,可为超声波在水泥环内部缺陷检测中的应用提供一定的指导意义.

    固井水泥环缺陷无损检测超声波缺陷类型超声波入射方向

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    地面钻柱扭摆导向钻井的理论建模及应用研究

    丁恒易先中周元华马苏南...
    37-46页
    查看更多>>摘要：在滑动导向钻井中,钻柱的扭摆可以将钻井过程中井眼与钻柱的静摩擦改为滑动摩擦,可有效减少钻探摩阻,并缓解滑动钻井中普遍存在的"托压"情况.基于滑动钻井技术,分区域构建了钻柱扭摆运动控制方程,通过理论模型研究扭摆角度(100°～600°)和扭摆速度(20～80 r/min)对扭摆深度、钻压及工具面变化的影响,并利用钻柱扭摆试验装置进行了试验.研究结果表明:随着扭摆角度、扭摆速度的增加,扭摆深度不断增加,钻压趋于平稳,扭摆减阻效果更好;过度增加扭摆角度、扭摆速度会造成工具面波动,影响钻井效率.现场应用结果表明,工具面平稳度高符合率达到96%,防"托压"效果明显,能够满足现场作业要求.研究结果可为钻柱扭摆导向钻井技术提供技术参考.

    地面钻柱扭摆导向钻井导向控制模型扭摆角度扭摆速度减阻

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    超短半径水平井造斜钻进特性研究

    闫壮孙凯穆总结刘宝振...
    47-54页
    查看更多>>摘要：超短半径水平井技术是老井改造、油井增产和提高产能的重要方式,对实现油田老区块的二次开发具有积极意义.基于Drucker-Prager准则建立了三维砂岩模型,模拟柔性钻具侧钻造斜过程,研究不同曲率半径侧钻中表现出的受力规律,以明确柔性钻具在地层造斜钻进机理,厘清柔性钻具超短半径造斜机理.研究结果表明:超短半径水平井井眼曲率是柔性钻具所受侧向力、轴向力、滑动摩擦力、钻压传递及扭矩传递等因素共同作用的结果;柔性钻具所受侧向力与井眼曲率半径呈负相关,且井眼曲率半径越大,振动频率也就越明显,钻压消耗越大;轴向力与井眼曲率半径成正比,井眼曲率越小,摩擦和碰撞对扭矩损耗的影响越小;在超短半径水平井钻进中,应适当调整钻压、提高转速、增大排量和泵注压力,并提高井眼清洗效率,进而提高柔性钻具造斜效率及钻进速度.所得结果可为超短半径水平井钻井技术的现场应用及剩余油气和非常规油气开发提供理论支撑.

    超短半径水平井柔性钻具钻压传递井眼曲率侧向力仿真模拟

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    同心驱水力振荡器阀盘优化设计

    雷中清刘欣黄叶海于琛...
    55-60页
    查看更多>>摘要：大位移井和水平井的井斜角过大会使钻柱和井壁之间产生较大的摩阻,导致钻进速度降低,使用水力振荡器是解决上述问题的有效方法之一.为此,设计了一种同心驱水力振荡器,并对其阀盘系统的冲蚀情况进行仿真分析.仿真分析结果表明:动、静阀盘的交界处受到钻井液的冲蚀磨损,特别是动、静阀盘相对转角为 25°时受到的冲蚀磨损最为严重.对动、静阀盘进行结构优化和模拟试验,从模拟结果可以看出,当动、静阀盘的倒角同为 20°时,最大冲蚀率最小,优化效果最好.对优化后的同心驱水力振荡器进行现场试验,试验结果表明:同心驱水力振荡器能大幅提高钻井效率,相同条件下较常规水力振荡器的平均机械钻速提高33.62%,工具平均使用寿命延长27.46%.所得结论可为水力振荡器的设计与优化提供参考.

    水力振荡器动、静阀盘冲蚀倒角数值模拟优化分析

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    15000m顶部驱动钻井装置的研制

    张军巧王博齐建雄张红军...
    61-67页
    查看更多>>摘要：为满足超深层油气勘探开发对钻井装备的需求,结合北京石油机械有限公司系列顶驱的研发经验,研制了15 000 m顶驱.依据15 000 m钻机的技术参数确定了主要技术参数;根据钻井工艺要求,设计了总体结构方案;应用模块化设计、理论计算和有限元分析等方法,对关键模块进行了结构优化,分析了实时监测与维护技术、一键式协同控制技术和自动润滑技术.台架性能试验结果表明:该装置的各项性能指标均符合设计要求,启停、运行平稳,控制精准,装配合格,自动化和智能化水平高,能很好地满足15 000 m钻井工况要求,有效提升了钻井作业效率和安全性.研制结果可为超深层钻井技术与装备的进一步研究和应用提供技术借鉴.

    特深井钻机顶驱结构优化有限元分析台架试验协同控制

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    高效低压钻井液系统研制与应用

    张虎山徐小鹏罗小春黄治湖...
    68-73页
    查看更多>>摘要：为了满足科威特地区 9 000 m超深井钻机的作业需求,研发了高效低压钻井液系统.该系统比同级别系统安全性高、工艺流程复杂、环境更友好,可同时满足水基钻井液、油基钻井液作业工况.首次在9 000 m超深井钻机配套的低压钻井液系统上应用节能型搅拌器、多功能螺旋输送机、双机械密封离心泵,使得低压钻井液系统更加节能、环保.该系统采用双通道工艺流程,双层钻井液罐设计罐面通道更为顺畅.厂内试验结果表明,该系统噪声低于 82 dB,设备轴承温升不高于 32℃,工艺流程正常,满足设计要求.随钻机开展了2 h的设备运转试验和 2 h的联调试验,低压钻井液系统工作稳定正常.研究成果丰富了钻机产品的多样性,可广泛应用于科威特、阿联酋、沙特等中东地区超深井作业.

    超深井钻机低压钻井液系统搅拌器螺旋输送机离心泵混合漏斗钻井液罐

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    海底钻井用铁钻工机械臂的工作安全性分析

    秦赛博易先中张徐文蔡星星...
    74-82页
    查看更多>>摘要：随着石油勘探开采逐渐由陆地转向海洋,浅海转向深海、超深海,常规的陆地铁钻工已无法在深水海洋平台直接应用.针对该问题,提出一种新型海底钻井系统配套的铁钻工机械臂结构,运用数值仿真模拟的方法对铁钻工机械臂结构的强度、疲劳强度、刚度、稳定性、抗振性展开安全性分析.研究表明:海底钻井用铁钻工机械臂结构在危险姿态(伸出 1.8 m)时的最大von Mises应力为195.45 MPa(小于许用应力[σ]=320 MPa),疲劳强度安全系数n=4.63(大于许用安全系数[n]=2.0);危险姿态下机械臂结构的总弯曲刚度,x、y和z轴方向上的弯曲刚度分别为1.11×1010、1.62×1012、2.43×1013、7.34×1010 N·m2,符合机械臂结构的刚度要求;机械臂结构的屈曲临界载荷Pcr=915.80 kN,为实际受载的45.79 倍,满足结构稳定性要求;随机振动激励作用下机械臂结构有68.23%的概率最大von Mises应力不超过 179.77 MPa,满足材料强度安全要求.研究结果验证了新型海底钻井用铁钻工机械臂的结构设计安全可靠,可为海底钻井用铁钻工机械臂的结构设计提供一定参考.

    海底钻井铁钻工机械臂危险姿态结构强度疲劳强度安全性

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