目前,常规射孔作业工艺从射孔到油井投产需要多次重复起下管柱,浪费人力物力;而且,如果射孔层段存在异常高压层,射后易发生井喷,不仅给电缆射孔施工带来安全隐患,也给地面环境造成极大污染;另外,后续施工中的压井,对地层又造成了二次污染,从而影响油气井产能。 以往设计井下作业管柱时,只是凭实践经验和主观判断,缺少科学的理论计算依据。实际的井眼轴线不是理想的直线,而是一条任意曲率的空间螺旋线,因此井下管柱和井壁的接触问题是一种随机接触的非线性力学问题,用一般的材料力学和结构力学方法是不能解决这类问题的。铝及其合金材料在有机羧酸混合体系中电化学陶瓷成膜表面强化处理的工艺、膜层性能、膜层组成成分、形貌、结构及膜层的成膜过程和成膜机理进行了详细的研究，并初步探讨了电化学沉积陶瓷膜(EDCF)技术中试的实验装置和工艺。 工艺研究结果表明：在络合成膜剂7.5～30g／L、成膜添加剂1.25～2.25g／L、Na_2WO_40.5～3g／L组成的混合体系中，峰值电流密度为6～15A／dm~2时，采用弱搅拌，利用电化学沉积陶瓷膜技术，可获得10～60μm，硬度为400～600HV，具有优异耐蚀性能的黄色、咖啡色、紫黑色类陶瓷膜。铸铝、硬铝在以有机羧酸为主盐，配以活化剂组成的电解液中，可获得光滑、均匀的灰色、黄色类陶瓷膜，膜厚为15～40μm，硬度为300～517HV。其最佳工艺规范为：有机羧酸3～15g／L，成膜添加剂2～4.0g／L，Na_2WO_4 0.75～3.5g／L，活化剂0.2～1.0g／L，峰值电流密度为10～18A／dm~2，脉冲频率3～5HZ，占空比1：3～4，时间8～9分钟，弱搅拌，30～40℃。 EDS研究结果表明，铸铝膜层组成元素为O、Al、C、P、S、Si。XRD分析表明铸铝、硬铝膜层均呈非晶态结构。铝的氧化物、氢氧化物及它们的水合物是膜层的主要组成物相，同时还有少量含P、S、C的有机物或无机物及合金中二次相如Si等与P、S、C形成的复杂化合物。膜表面及截面SEM分析表明，膜由大量直径为0.1～0.3μm的圆球颗粒凝聚、沉积而成。膜层可分为紧密层和疏松层，紧密层厚约20～25μm，外部疏松层厚度约10μm。紧密层利用基体金属显微不平整而与基体牢固结合，并且紧密层中存在大量沟状微裂纹。 电化学和SEM共同研究结果表明，铸铝成膜过程可以分为四个阶段，即沉积初始阶段、膜层快速增厚阶段、膜层缓慢增长阶段、膜层沉积-溶解平衡阶段，类陶瓷膜层生长主要集中在第二阶段，生长速度约8μm／分。对成膜机理，作者认为，在由络合成膜剂、成膜添加剂、Na_2WO_4、活化剂组成的特殊电解液中，由于化学、电化学及界面焦耳热的联合作用，铸铝／电解质溶液界面形成阴离子凝聚物颗粒在阳极表面沉积、浓缩、高温脱水和快速冷却，形成具有特殊结构和性能的非晶态类陶瓷膜。 初步研究了电化学沉积陶瓷膜技术中试的实验装置，各工艺参数，如前处理、电解质组分、浓度、峰值电流密度、时间等，并对中试过程中出现的问题及解决措施进行初步地探讨。为此,本文应用空间静力多向接触摩擦间隙元理论和有限元法, 建立了管柱力学分析模型,编制了管柱力学分析软件。根据软件分析结果,可以准确的判断出管柱的中和点位置、管柱与管壁的接触状态、管柱的变形情况,为管柱的工程设计和施工决策提供了有力的理论依据。 软件经检测和现场应用证明,理论计算和现场实测结果吻合较好,说明提出的间隙元理论是正确的。该工艺技术可以使各种射孔枪与采油管柱或注水管柱相配套,可适用于油田内部各种注采井的新井投产中,该工艺的研究成果不仅可以在大庆油田应用,而且可以在全国各油田各种开发井中推广应用。应用该项成果可以减少作业工序,提高作业效率,有着明显的经济效益和社会效益。