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目前,常規(guī)射孔作業(yè)工藝從射孔到油井投產(chǎn)需要多次重復(fù)起下管柱,浪費(fèi)人力物力;而且,如果射孔層段存在異常高壓層,射后易發(fā)生井噴,不僅給電纜射孔施工帶來(lái)安全隱患,也給地面環(huán)境造成極大污染;另外,后續(xù)施工中的壓井,對(duì)地層又造成了二次污染,從而影響油氣井產(chǎn)能。 以往設(shè)計(jì)井下作業(yè)管柱時(shí),只是憑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷,缺少科學(xué)的理論計(jì)算依據(jù)。實(shí)際的井眼軸線不是理想的直線,而是一條任意曲率的空間螺旋線,因此井下管柱和井壁的接觸問(wèn)題是一種隨機(jī)接觸的非線性力學(xué)問(wèn)題,用一般的材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方法是不能解決這類問(wèn)題的。鋁及其合金材料在有機(jī)羧酸混合體系中電化學(xué)陶瓷成膜表面強(qiáng)化處理的工藝、膜層性能、膜層組成成分、形貌、結(jié)構(gòu)及膜層的成膜過(guò)程和成膜機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并初步探討了電化學(xué)沉積陶瓷膜(EDCF)技術(shù)中試的實(shí)驗(yàn)裝置和工藝。 工藝研究結(jié)果表明：在絡(luò)合成膜劑7.5～30g／L、成膜添加劑1.25～2.25g／L、Na_2WO_40.5～3g／L組成的混合體系中，峰值電流密度為6～15A／dm~2時(shí)，采用弱攪拌，利用電化學(xué)沉積陶瓷膜技術(shù)，可獲得10～60μm，硬度為400～600HV，具有優(yōu)異耐蝕性能的黃色、咖啡色、紫黑色類陶瓷膜。鑄鋁、硬鋁在以有機(jī)羧酸為主鹽，配以活化劑組成的電解液中，可獲得光滑、均勻的灰色、黃色類陶瓷膜，膜厚為15～40μm，硬度為300～517HV。其最佳工藝規(guī)范為：有機(jī)羧酸3～15g／L，成膜添加劑2～4.0g／L，Na_2WO_4 0.75～3.5g／L，活化劑0.2～1.0g／L，峰值電流密度為10～18A／dm~2，脈沖頻率3～5HZ，占空比1：3～4，時(shí)間8～9分鐘，弱攪拌，30～40℃。 EDS研究結(jié)果表明，鑄鋁膜層組成元素為O、Al、C、P、S、Si。XRD分析表明鑄鋁、硬鋁膜層均呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。鋁的氧化物、氫氧化物及它們的水合物是膜層的主要組成物相，同時(shí)還有少量含P、S、C的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物及合金中二次相如Si等與P、S、C形成的復(fù)雜化合物。膜表面及截面SEM分析表明，膜由大量直徑為0.1～0.3μm的圓球顆粒凝聚、沉積而成。膜層可分為緊密層和疏松層，緊密層厚約20～25μm，外部疏松層厚度約10μm。緊密層利用基體金屬顯微不平整而與基體牢固結(jié)合，并且緊密層中存在大量溝狀微裂紋。 電化學(xué)和SEM共同研究結(jié)果表明，鑄鋁成膜過(guò)程可以分為四個(gè)階段，即沉積初始階段、膜層快速增厚階段、膜層緩慢增長(zhǎng)階段、膜層沉積-溶解平衡階段，類陶瓷膜層生長(zhǎng)主要集中在第二階段，生長(zhǎng)速度約8μm／分。對(duì)成膜機(jī)理，作者認(rèn)為，在由絡(luò)合成膜劑、成膜添加劑、Na_2WO_4、活化劑組成的特殊電解液中，由于化學(xué)、電化學(xué)及界面焦耳熱的聯(lián)合作用，鑄鋁／電解質(zhì)溶液界面形成陰離子凝聚物顆粒在陽(yáng)極表面沉積、濃縮、高溫脫水和快速冷卻，形成具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的非晶態(tài)類陶瓷膜。 初步研究了電化學(xué)沉積陶瓷膜技術(shù)中試的實(shí)驗(yàn)裝置，各工藝參數(shù)，如前處理、電解質(zhì)組分、濃度、峰值電流密度、時(shí)間等，并對(duì)中試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施進(jìn)行初步地探討。為此,本文應(yīng)用空間靜力多向接觸摩擦間隙元理論和有限元法, 建立了管柱力學(xué)分析模型,編制了管柱力學(xué)分析軟件。根據(jù)軟件分析結(jié)果,可以準(zhǔn)確的判斷出管柱的中和點(diǎn)位置、管柱與管壁的接觸狀態(tài)、管柱的變形情況,為管柱的工程設(shè)計(jì)和施工決策提供了有力的理論依據(jù)。 軟件經(jīng)檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明,理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好,說(shuō)明提出的間隙元理論是正確的。該工藝技術(shù)可以使各種射孔槍與采油管柱或注水管柱相配套,可適用于油田內(nèi)部各種注采井的新井投產(chǎn)中,該工藝的研究成果不僅可以在大慶油田應(yīng)用,而且可以在全國(guó)各油田各種開(kāi)發(fā)井中推廣應(yīng)用。應(yīng)用該項(xiàng)成果可以減少作業(yè)工序,提高作業(yè)效率,有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。