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石油机械
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月刊

1001-4578

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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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    天然气水合物固态流化开采井筒多相流动模型

    欧阳勇张更黄洪林李军...
    1-9,63页
    查看更多>>摘要：为了研究水合物浆体输送过程中水合物分解规律与井筒多相流动特征,基于气-液-固三相的质量、动量和能量守恒方程,考虑水合物分解引起的相间传热和传质,结合双层连续管开采水合物的工艺特点,建立了水合物相变条件下全瞬态非等温气-液-固多相流动模型.基于MWD实测温度数据对模型的准确性进行了验证.利用模型分析了水合物浆体输送过程中,井筒温度、井筒压力、水合物分解速率与各相体积分数随开采时间变化的规律.模拟结果表明:在开采前2 h内,水合物分解速率较为缓慢,管内各相体积分数变化较小;随着开采时间的延长,管内各相体积分数发生显著变化;在开采约 5 h后达到稳定状态,此时井口气相体积分数约为 40%;此外,在井下举升泵位置处,固-液相体积分数均发生显著突变.研究结果对深入了解水合物开发过程中的多相流动规律具有一定的参考价值,有助于水合物开采技术的进一步发展.

    天然气水合物多相流动模型水合物分解速率双层连续管相体积分数

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    天然气水合物近井储层渗流规律模拟装置

    李响刘艺倬李冰吴子言...
    10-18页
    查看更多>>摘要：为了模拟天然气水合物开采过程中近井储层内的渗流过程,分析不同开采参数下井周温压场的变化规律,研究二次水合物饱和度的时空变化规律,设计了模拟天然气水合物近井储层渗流规律的试验装置.该装置包括数据采集系统、反应釜系统、真空系统、高压系统和低温恒温系统5 个部分.模拟试验结果表明:反应釜系统可以模拟近井储层中二维径向流,能实时、完整地检测温度场和压力场的变化;真空系统在提高真空度以降低反应釜与外界环境热传导,实现外界对水合物试验系统无传热等方面具有关键作用;该装置可以较好地模拟近井周天然气水合物储层在开采过程中物质传递和水合物相变的过程.研究结论可为天然气水合物降压开采技术的改进提供理论依据.

    天然气水合物近井储层渗流模拟装置反应釜节流膨胀效应

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    考虑盐度影响的深水水合物地层钻井井筒流动规律

    郭庆丰蔡骁刘伟张景田...
    19-27页
    查看更多>>摘要：水合物分解的气-液-固多相流动问题是深水水合物地层钻井面临的一个新问题.考虑钻进过程中井筒内的多相流动、传热和水合物分解三者之间相互耦合关系,建立了考虑海水盐度影响的含水合物相变气-液-固多相非等温瞬态流动模型.采用室内试验数据与现场实测数据验证了模型的准确性.案例井计算结果表明:随着海水盐度的增加,井筒内水合物分解区域和分解速率逐渐增大.同时,海水盐度越高,钻井过程中井底压力降低的幅度越大,井口气体含量也越高.井口回压和注入流体温度可以有效控制井筒内水合物的分解量.为了保证井口安全,降低水合物分解速率,井口回压应大于4.5 MPa.当入口流体温度在 15～30℃范围内时,海水盐度应控制在0.8%～1.9%之间,这将保证井口最大气相体积分数小于10%.研究结果可为深水水合物的开采提供理论支撑.

    水合物地层气-液-固三相流海水盐度水合物分解

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    超临界CO2管道止裂韧性预测模型研究

    曹宇光甄莹刘媛媛张振永...
    28-35页
    查看更多>>摘要：碳中和目标下,超临界态CO2 管道输送已成为碳捕集利用与封存(CCUS)技术发展的必然趋势.然而,目前超临界CO2 管道止裂控制体系尚未构建,管材止裂韧性难以预测,成为限制其广泛应用的瓶颈问题之一.针对该问题,通过归纳国内外相关文献及规范标准,对超临界CO2 管道止裂控制研究进展及最新标准体系进行了简要综述;在系统收集已开展CO2 管道全尺寸爆破试验信息及数据的基础上,对现有止裂韧性预测模型适用性进行了讨论,由此确定了CO2 管道止裂韧性预测模型修正形式,并对不同模型适用范围及预测结果进行了讨论.研究结果表明,建立的修正模型解决了传统止裂预测模型过于激进的问题,同时降低了DNV推荐方法的保守性.建议将修正模型与DNN预测方法相结合,以使管材韧性值处于止裂区域;同时开展高效准确的CO2 管道裂纹动态扩展数值模拟.所得结果可为我国CO2 管道止裂设计提供指导.

    超临界CO2管道输送延性断裂双曲线模型断裂韧性夏比冲击功止裂控制

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    高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验研究

    王大勇马红滨李欣龙熊超...
    36-44页
    查看更多>>摘要：深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率.采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性,揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律.研究结果表明:在高压水射流辅助破岩条件下,锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大,射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好;在研究条件下,喷距范围为5～10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳;当喷嘴直径为 2 mm时,切削力离散系数最小;喷射角度为 30°时,锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值;喷射角度为20°时,切削力离散系数最小,切削力最稳定.研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑.

    高压水射流锥形PDC齿联合破岩花岗岩切削力破岩特性

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    冲旋步进钻井提速方法的井底裂纹拓展特性

    刘永旺刘嘉雄管志川王华健...
    45-53,106页
    查看更多>>摘要：针对深部地层井底岩石硬度高、强度大和应力集中现象导致的岩石可钻性差、破岩效率低和使用寿命短的问题,提出旋冲钻井和差压步进破岩方法相结合的冲旋步进钻井提速新理念.为了研究冲击作用下差压步进钻头破碎地层岩石的裂纹拓展规律,采用有限-离散元(FDEM)方法建立了球齿冲击三维薄板模型,开展了球齿在不同冲击能量、冲击位置及岩石种类等条件下的冲击破岩过程模拟,获得了阶梯型井底岩石在冲击作用下的裂纹扩展规律.研究结果表明:由于阶梯面的存在,球齿在冲击作用下对阶梯型井底造成的预损伤区域比常规井底更大,冲击位置靠近阶梯面的裂纹扩展效果更好;双球齿冲击阶梯井底容易形成较大范围的岩石破碎区,降低了破碎阶梯井底地层岩石的难度;球齿冲击过程中对青砂岩造成的预损伤区域比花岗岩大,在冲击能量相同的情况下球齿冲击破碎花岗岩更为困难.利用冲旋步进钻井方法理论上可以进一步提高难钻地层钻井速度,但具体效果需要经现场试验及优化.所得结论可为深部难钻地层钻井速度的提升提供新的思路.

    冲旋步进钻井方法阶梯井底差压步进钻头有限-离散元耦合裂纹扩展

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    高强度柔性钻杆研制及试验

    马涛张万栋方胜杰吴江...
    54-61页
    查看更多>>摘要：随着超短半径钻井水平距离逐步延伸,对其中重要工具柔性钻杆的力学与密封性能不断提出更高的强度要求.针对现阶段柔性钻杆结构强度要求高、寿命短、密封难的问题,研制了一种高强度柔性钻杆,采用球铰结构连接钻杆短节,使节与节既可以弯曲一定角度,又可以传递扭矩和钻压.利用有限元软件建立了该柔性钻杆单节三维有限元模型,采用应力分类法对柔性钻杆结构强度进行校核.开展了三节柔性钻杆的抗拉、抗压、抗扭结构强度以及承载后的密封性能的室内试验.试验结果表明:所研制的高强度柔性钻杆单独受载时,在承受 31 kN·m极限扭矩,1 120 kN拉伸载荷,270 kN压缩载荷时仍能满足强度要求.所得结论可为油田高强度柔性钻杆的研制提供理论依据.

    柔性钻杆超短半径有限元分析等效应力室内试验

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    空化射流水力振荡器研制与试验

    郑文龙张飞王小鹏张元峰...
    62-69页
    查看更多>>摘要：为解决油井井筒存在结垢现象后导致卡钻的风险与石油产出率降低的问题,利用淹没射流产生剪切空化,设计一种空化射流水力振荡器,与高压旋转射流除垢装置配套使用提升井筒除垢效率,利用数值模拟对空化射流水力振荡器内部相关结构参数进行优化,得到最优结构参数和振荡频率、幅值.通过开展现场试验,检验空化射流水力振荡器的具体参数是否符合井筒除垢要求.通过正交模拟得到射流喷嘴到喉管距离L=13.52 mm、喉管长度D=64.47 mm和射流喷嘴角度α=156.92°的最优参数,且该参数下的振荡频率为9.92 Hz.现场试验结果表明,空化射流水力振荡器与旋转冲洗器配合使用比传统水力振荡器与旋转冲洗器除垢速度最高提高 16.2%.这表明空化射流水力振荡器对除垢装置的除垢效率有明显的提升,空化射流水力振荡器内部结构无相对运动部件使得振荡器运行稳定且装置维护成本低.所得结论可为水力振荡器的研究与工程应用提供技术指导.

    水力振荡器空化效应高压射流井筒除垢

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    基于TFN-AHP熵权的铁钻工工业设计方案评价

    王维旭夏博昌刘旬吕志鹏...
    70-77页
    查看更多>>摘要：针对铁钻工工业设计方案评价综合性强、存在一定主观性、评价影响因素多的问题,提出一种基于三角模糊数层次分析法和熵权法主、客观方法相结合的铁钻工方案评价模型.该模型在层次分析法框架下,根据专家意见构建铁钻工工业设计方案评价指标体系,划分 4 项 1 级指标和12 项2 级指标,以模糊决策矩阵为评价信息载体,引入三角模糊数优化传统层次分析法不能准确表征带有模糊不确定性特征的评价信息的问题,并使用客观方法熵权法组合赋权确定综合权重.将此评价模型运用于实际铁钻工设计项目方案评价,将评价结果与相关传统评价法进行对比,并将筛选出来的方案进行深入优化设计,证明了评价模型的有效性.研究结果能够有效辅助企业进行铁钻工工业设计方案决策.

    铁钻工层次分析法熵权法三角模糊数综合评价方法

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    PDC高速切削水泥塞机理研究

    辛永安朱峰付悦胡璠...
    78-85页
    查看更多>>摘要：针对连续管在钻井作业时因钻压高、转速低导致钻头磨损严重和钻磨水泥塞效果不佳的问题,基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager 准则作为固井水泥强度准则,通过单轴和三轴试验得到固井水泥弹性模量、泊松比、内黏聚力和内摩擦角等参数,建立固井水泥本构模型,并用ABAQUS软件建立高速切削水泥塞二维有限元模型,在此基础上分析了倾角、切削深度和切削速度对破碎比功的影响.研究结果表明:高速下切削水泥塞产生细小且均匀的碎屑,较低的速度切削水泥塞产生块状或者带状的碎屑;倾角(5°～25°)和切削深度(1.0～2.5 mm)与破碎比功呈正相关,而破碎比功随切削速度的增大而减小,当切削速度为2.26 m/s时破碎比功最小,破碎水泥塞的效率最高.研究结果可为PDC钻头切削水泥塞提供理论支撑.

    PDC钻头低钻压高速切削破碎比功倾角切削深度切削水泥塞

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