新型带压作业防喷装置

针对目前带压作业防喷装置存在承压低、胶心寿命短以及安全性差的问题,研制了一种新型带压作业防喷装置。该装置在接箍探测器和压力平衡装置的配合下,通过2个闸板防喷器倒换开、关,使管柱接箍通过井口,在带压密封状态下完成管柱的起下操作。接箍探测器在起下油管柱偏离中心小于10mm时,能够准确探测出油管接箍通过时的位置,并能发出声光报警信号。大庆油田3口高压水井的现场试验结果表明,该装置能够满足高压注水井的带压作业需要,可实现缓冲条件下的卸压和升压,并且操作安全、方便。     

新型防喷吊卡不压井修井作业过程仿真分析

为了提高不压井修井作业时油管内封堵的可靠性,针对低压油水井的作业需求,设计出新型的不压井防喷吊卡。该机构是将油管内封堵位置调整到井口,在油管接箍卸扣处进行动态密封。应用三维软件建立吊卡模型,导入流体仿真软件及运动仿真软件进行分析,获得了吊卡的力学和动力学数据。结果表明该机构安全、稳定。为现场使用提供了理论支持,为进一步改进防喷吊卡提供了参考依据。     

带压作业技术在吉林油田的应用

带压作业是利用并控设备控制井口压力,对高压油水井在不压井、不泄压的情况下进行修井作业的一项技术,技术的关键是要解决油管内部堵塞、油套空间动态密封和欠平衡状态下管柱的控制问题,防止施工作业时油管内、油套空间喷液和管柱上窜.油管内防喷通过堵塞器实现,油套空间密封和管柱控制通过带压作业机实现.近几年来,带压作业技术在吉林油田得到快速发展,特别是2010年,加大力度发展带压作业技术,集中解决问题区块遗留难题,累计实施514口并,减少泄压放水89×104 m3,综合创效超过2亿元,有效地控制了注水并排放,减少了环境污染,社会效益明显.     

低矮型不压井作业井口装置的研制与应用

常规型不压井作业装置存在井口装置高、不能与小修作业设备配套和施工效率低等问题,为此研制了低矮型不压井作业井口装置。通过外置式防喷管、低矮型环封及独立的液压控制系统等可使这种井口装置与小修作业设备配套,达到安全、高效、快速和低成本不压井作业的要求。1 502井次的现场应用表明,这种井口装置可满足油田不压井作业工艺的要求,能产生显著的经济效益和社会效益。     

带压修井装置在胜坨油田的应用

胜坨油田由于放溢流造成砂卡交大修的井很多。为此,开发了带压修井装置。该装置采取修井机与带压作业井口装置各自独立、分体运行的方式,可以在油气水井井口带压的情况下实现管柱安全、无污染起下作业,解决了高压水井、自喷油井、压裂井和高压低渗井的作业难题,提高了注水时效和水井利用率,可避免因压井对地层造成的伤害,进而提高了油井的产能。截止到2010年7月,带压修井装置在胜坨油田共实施38井次修井作业,施工一次性成功率100%,合格率、全优率均达到100%,获得了较好的经济效益和社会效益。     

作业起管液压防喷装置

液压自封防喷装置由低压系统和高压系统两个部分组成,在正常起下油管作业时,液压自封防喷装置利用下端自封封井器的自封胶筒弹性进行油管的刮油和低压密封。当发生井涌或井喷时,利用远程控制的液压系统给装置施加液压源,推动活塞下行,压缩防喷胶筒抱住油管,实现高压密封和井口防喷;同时,由于防喷胶筒与油管之间有摩擦力,可阻止油管的上顶,实现安全控制。该装置已经在油田300多口井进行起下油管、冲砂、钻塞以及带压反洗井现场应用,创造经济效益620万元。     

一种新型不压井作业自动卡瓦设计与分析

卡瓦是不压井作业装置的核心设备,不压井作业要求卡瓦具有管柱处于“管重”或“管轻”状况下快速、可靠的卡紧和松开管柱的功能.论文为满足不压井作业对卡瓦的要求,提出了新型不压井作业自动卡瓦结构.文中详细地介绍了新型不压井作业自动卡瓦的结构和工作原理.新型不压井作业自动卡瓦由上下两组卡瓦组件对称安装,采用液压缸做动力,实现了管柱在“管重”或“管轻”状况下自动卡紧、松开管柱,在起下管柱作业过程中将大大减轻井口操作工人的劳动强度,且具有起下管柱速度快、作业效率高的优点.论文通过卡瓦力学模型建立和受力分析得出了卡瓦牙均布力计算公式,依据美国API工程实用算法的卡瓦卡紧管柱力学分析模型得出了卡瓦高度计算公式,为进一步设计出可靠的不压井作业自动卡瓦提供了设计理论依据.     

高压油水井带压作业工艺研究

高压油水井带压作业工艺适用于油套压力在20MPa以下的油、水井带压施工作业，不压井、不放喷、带压安全起下管柱。该装置由油管堵塞器、井控密封系统、加压举升系统、附属配套系统、液控操作台及相应工具组成。该装置成功地解决了油套环空及油管内部的密封问题，实现管柱带压作业。该工艺技术在大庆、吉林等油田成功地完成了450口井的带压维修作业，取得了较好的经济效益。     

气井带压作业关键技术与展望

气井带压作业技术是目前国际上气田开发中一项重要的完井和修井技术,可避免常规压井作业造成的储层伤害,具有保护储层、降本增效等突出的技术优势。针对气井带压作业中环空动密封耐磨件使用寿命短、管柱内密封工具压力等级低、管柱飞出及压弯风险高的突出技术难题,通过开展环空动密封压力控制技术、管柱内密封压力控制技术、防管柱飞出技术及防压弯管柱技术四方面研究,研制了井口压力35MPa下使用寿命超1200m的动密封耐磨件及70MPa管柱内密封工具,建立了管柱受力中和点的计算公式及极限抗弯长度计算模型。研究成果成功突破了环空动密封、管柱内密封等技术瓶颈,形成了气井带压作业关键技术,在中国石油长宁—威远、长庆油田及中国石化涪陵等区块累计应用逾千井次,极大提高了气井带压作业技术能力及作业效率,增产效果明显。研究认为,形成的气井带压作业关键技术为常规气井修井、页岩气井大规模完井提供了有力的技术支撑。     

FTJ-2型抽油泵防喷脱接器的研制与应用

针对目前抽油机井检泵作业中,应用帽形活门作为油管内防喷工具不具备二次作业防喷的问题,研制了FTJ-2型抽油泵防喷脱接器。该防喷脱接器集防喷、对接、脱锁3种功能于一体,常规作业不增加起下管柱次数,二次作业时采用上提抽油杆柱的方式密封油管,实现不压井作业。大庆油田50口井的应用情况表明,该防喷脱接器能够满足不压井作业的需要,具有对接、脱锁率高和二次作业密封性好等特点,并可避免修井作业中压井液污染地层和地面环境的问题,具有较好的推广应用前景。     

连续管水力喷射压裂机理与试验研究

面对我国日益增加的"多井低产"问题,连续管水力喷射压裂技术作为一项能够有效提高单井产量的新技术而备受关注。依托国家863计划的重点课题,探索了连续管水力喷射压裂机理;基于孔内压力分布的数值模拟,验证了水力射流射入孔内的增压作用与水力封隔作用导致孔内压力升高的作用机理,分析了主要参数对孔内压力分布的影响;以连续管管径为重要特征参数,提出了连续管水力喷射压裂3种作业方式。基于试验研究,验证了连续管水力喷射压裂机理和数值模拟计算结果,认为在相同喷嘴压降下,孔内压力随着围压增加近似于呈线性增大;在井眼垂深较大、地层破裂压力较高时,推荐使用高一些的喷嘴压降,以获得更好的增压作用与水力封隔效果;对于连续管水力喷射压裂,通常采用管径不小于50·8mm(2英寸)的连续管。     

An Experimental Investigation of Hydraulic Jet Fracturing Technology with Coiled Tubing

To solve the increasingly serious problem of "many wells,but low productivity"in China,the hydraulic jetting fracturing technology with coiled tubing,as a new measure for effectively improving the production rate of individual well and enhancing oil and gas recovery,merits much attention nowadays.On the basis of study of the hydraulic jetting fracturing mechanism with coiled tubing and numerical simulation of pressure distribution inside the pores,the mechanism of pressure rise inside the pores caused by the pressure boost action within the jetting pore and the hydraulic isolation action is examined,and the influence of main parameters on the pressure distribution inside the pores is analyzed.3 kinds of operating methods of hydraulic jetting fracturing with coiled tubing are raised with the tubular diameter of coiled tubing as an important feature parameter.According to the experimental study,the fracturing mechanism and computational results of numerical simulation are both examined.It is considered that under the same pressure drop of jet nozzle,the pressure inside the pores increases with the confining pressure nearly at a linear state.When the vertical depth of the borehole is rather big and the rupture pressure of the formation is higher,it is recommended to use higher pressure drop of jet nozzle for achieving better pressure boost and hydraulic isolation effect.For the hydraulic jetting fracturing with coiled tubing,the coiled tubing with tubular diameter not less than 50.8 mm(2 in.) is usually used.     

水力压裂裂缝三维扩展ABAQUS数值模拟研究

油井岩石的水压致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程。建立了水力压裂流体渗流连续性方程与岩石变形应力平衡方程,引入了二次正应力裂纹起裂及临界能量释放率裂缝延伸准则,考虑流体在裂缝面横向、纵向流动,采用有限元计算软件ABAQUS中的Soil模块模拟岩石水力压裂的三维复合裂缝起裂与扩展。通过其黏结单元设定裂缝延伸方向,编写用户子程序并嵌入ABAQUS主程序中,以确定初始地应力场、渗流场、随深度变化的孔隙度及随时间变化的滤失系数。从数值模拟结果可以得到水力压裂泵注不同时刻裂缝几何形态、缝内压力分布、岩石变形及其应力分布、孔隙压力分布、压裂液滤失量以及压裂液流体特性、排量、上下隔层应力差、滤失系数等参数对裂缝几何尺寸的影响。     

深水钻井喷射下导管水力参数优化设计方法

针对目前现有深水钻井喷射下导管水力参数设计方法没有较强理论支撑的问题,以射流和岩土力学理论为基础,推导出了导管喷射下入临界出口速度及临界排量的计算公式,并据此提出了深水钻井喷射下导管水力参数的优化设计方法,给出了设计原则和设计步骤.分析了深水钻井喷射下导管常用钻头与导管组合采用不同直径喷嘴时的临界排量,对于φ660.4 mm钻头和φ762.0 mm导管的组合,喷嘴当量直径为24.0 mm时,临界排量为69.5 L/s;喷嘴当量直径为26.0~30.0 mm时,破土直径最大为762.0 mm.在排量一定的情况下,喷嘴当量直径越小,能够破碎地层的强度也越高.对西非深水JDZ区块深水钻井喷射下导管的水力参数进行设计,选用φ14.3 mm喷嘴时,设计排量与实钻排量对比,误差不超过10%,证明该优化设计方法的设计结果合理,可用于深水钻井喷射下导管水力参数设计,指导现场施工.      

压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律研究

压裂液返排期间,由于支撑剂的回流返吐导致放喷油嘴磨损严重,不仅增加了更换油嘴的成本,而且影响压裂施工效果。为了延长放喷油嘴的使用寿命,基于光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元(FEM)的耦合方法,对压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律进行数值模拟研究。以磨损速率为判断标准,优化设计了放喷油嘴的内流道结构,优选了油嘴材料,探讨了支撑剂质量分数和粒径对油嘴磨损程度的影响。研究结果表明:放喷油嘴收缩段与直线段的过渡段和出口处的磨损最严重,优选油嘴的内流道结构为流线形,收缩段长度为25 mm,整体长度为42 mm,材料为陶瓷;随着支撑剂质量分数和粒径的增加,放喷油嘴的磨损速率均呈现先增大后减小的规律;优化的放喷油嘴耐磨性强,使用寿命长,可保证压裂液返排施工高效进行。研究结果可为高压高含砂条件下的耐磨油嘴设计提供参考。     

多功能表面活性剂在致密气藏压裂中的应用

川西地区致密砂岩气藏低孔低渗、孔喉结构差、粘土含量高、水锁严重,且气田进入开发中后期,地层压力下降,造成压裂过程中储层易伤害,压后返排效果差。为此,在压裂液中加入了一种具有起泡性能优良、表面张力低、防膨性能好等诸多优点的多功能表面活性剂,大大降低了压裂液对储层的伤害,促进了液体的返排。该压裂液现场应用返排率和返排速度均有显著提高,增产效良好。     

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。      

煤层气降滤失工艺技术研究

目前煤层气开发主要是通过水力压裂[1]制造一条高渗通道,然后排水降压,当地层压力降低到煤层气解析压力以下的时候,气体从煤岩中解析出来通过裂缝流入井筒而被开采出来[2]。煤层气能否高效的采出来,关键是看裂缝造得好不好,可见水力压裂对于煤层气开采起着非常重要的作用。其中较关键的技术就是降滤失[3],只要解决好这个问题,就能造出满意的裂缝。本文主要针对煤层气压裂过程中压裂液滤失问题提出了一些工艺技术方面的改进,经过HC区块煤层气压裂现场试验研究表明此方法对于微裂缝较发育的煤层来说具有非常好的实用效果。     

水力喷砂分段压裂优化设计与施工

依据水力喷砂分段压裂的技术特点结合常规加砂压裂设计方法,建立了水力喷砂分段压裂优化设计方法。通过数值计算,给出了喷嘴数量与施工排量的匹配关系曲线和环空压力与排量的关系曲线,借助实验手段,模拟现场油管与环空注入压裂液的比例研究了压裂液混合液的黏弹性恢复能力和耐剪切性能,为现场水力喷砂射孔喷嘴数量、排量和射流速度的设计,加砂压裂油管和环空排量的优化提供了参考。     

水力压力波动注入压裂增产工艺的力学原理

为了提高水力压裂的改造增产效果, 解决连续油管环空水力压裂作业中高泵压的难题, 提出了一种新的水力压力波动注入压裂增产工艺。基于水力压裂原理, 解释了水力压力波动注入条件下井筒压力系统变化规律; 根据流体力学、弹性力学及波动力学理论, 建立了水力压力波动注入压裂增产工艺的基础力学原理。分析结果表明, 水力压力波动注入条件下, 井筒内流动流体发生了能量转换, 在井底附近产生了不稳定的压力波动, 这种由于不稳定注入排量产生的不稳定的压力波动在储层裂缝内以压力波的形式传播; 水力压力振动波沿缝长方向传播时并不是以恒定压力振幅传播, 而是呈现压力振幅衰减的规律; 水力裂缝的长度和宽度随着压裂泵工作转速的增大而增加。研究结果表明, 水力压力波动注入压裂增产工艺可以提高水力压裂的改造效果和油气井的产量, 建议将该工艺方法应用到现场水力压裂作业中。