旋转喷头射流工具水力参数优化及结构参数优选

旋转喷头射流工具能产生高速射流，并且在射流反冲力作用下推动喷头旋转，形成复杂的旋转射流，可实现油管和套管高效清洗。以7 000 m井深条件下?73 mm油管为例，设计了与?44.5 mm连续管配套的?54 mm系列旋转喷头射流工具，开展了旋转喷头射流工具水力参数优化，并利用计算流体力学方法对工具结构参数进行优选。研究表明:当排量为270 L/min时旋转喷头射流工具的射流速度约为170 m/s，系统总压耗约为42 MPa，可以满足清洗要求；随着侧向喷嘴偏移半径增加，侧向喷嘴产生的反冲击力矩近似线性增加，其对壁面冲击压力先降低后升高；随着倾斜角度的增加，倾斜喷嘴对油管内壁冲击压力增加；转速在60~360 r/min内，倾斜喷嘴对壁面冲击压力变化不大；最优的结构参数组合为侧向喷嘴偏移半径12 mm、倾斜喷嘴倾斜角度75°、前倾喷嘴角度15°。该研究可为旋转喷头射流工具现场施工和参数优化提供指导。     

连续管多孔喷嘴射流工具研制与清洗参数优化

连续管尺寸与喷嘴射流参数、泵车参数不匹配导致清洗效果较差，针对该问题，模拟了连续管、喷嘴组合及泵车水力参数的匹配关系，通过试验分析了射流速度、喷嘴直径、喷嘴数量、移动速度和除垢剂对油管清洗效果的影响，基于分析结果研制了新型多孔喷射清洗工具，并进行了清洗参数优化。研究表明，在管柱安全和管内空间允许的条件下，选择大尺寸连续管，可降低管内摩阻和提高流体返出速度；针对井深不超过3 000 m的井?73.0 mm油管除垢，选用?50.8 mm连续管，柱塞直径114.3 mm、泵冲90/min、功率580 kW的泵车，可获得最优施工排量。针对七个泉油田油管除垢，采用清水+5%盐酸+1%除垢剂，射流除垢工具安装5个?3.5 mm喷嘴，施工排量550～600 L/min，移动速度为5 m/min时，除垢效果较好。连续管射流除垢技术具有安全、环保、无污染等特点，应用前景广阔。     

大尺寸旋转水射流解堵工具的研制及特性测试

目前的自振空化旋转水射流井下解堵装置的最大使用井眼直径仅为178.0 mm,不满足现场使用要求;喷头的旋转速度随排量和驱动压力的增大而线性增大,大排量和高压条件下喷头旋转速度过快,易导致射流雾化。为此,设计了一种适用于244.5 mm井筒的大尺寸旋转水射流解堵工具,并通过地面试验研究了工具的旋转特性和冲击压力特性。该工具结构简单,易于机加工,既可用于水力解堵,也可用于酸洗解堵,喷嘴数量可根据地面设备情况自由组合。试验结果表明,在泵压一定的情况下,随着喷距的增大,射流冲击压力逐渐减弱,在所试验的驱动压力下,射流处理深度可达700 mm;在相同的驱动压力下,径向解堵喷嘴使喷头旋转速度降低,有利于延长径向喷嘴清洗炮眼的作用时间,增强处理效果。     

连续管套管除垢空化射流喷头优化设计与应用

采用常规方法解决大庆油田油水井结蜡、结垢严重的问题,以及其射孔层段炮眼附近堵塞等引发的单井产液量下降、水井不吸水等问题,具有施工效率低、费用高、作业周期长的缺点。为此,通过优选空化射流喷嘴类型,开展空化射流靶距和角度的优化研究,计算喷嘴使用参数,再通过数值模拟的方式验证该喷头在小直径连续管套管除垢空化射流的效果;同时,制定炮眼除垢选井原则,优化连续管除垢工艺参数。通过结垢结蜡套管除垢、射孔层段炮眼除垢等现场应用表明,连续管套管除垢空化射流喷头在套管内和射孔层段炮眼除垢效果明显。所得结论可为解决油水采出井套管除垢工具研制与工艺参数优选提供借鉴。     

基于CFD的高压水射流喷嘴流场仿真分析

目前高压水清洗技术在油管清洗领域占据了非常重要的位置,喷嘴作为高压水射流清洗系统的核心元件,其结构直接决定了射流清洗效果,因此选择和设计合理的喷嘴结构是非常重要的。基于计算流体动力学,建立三种常用喷嘴射流计算模型,以射流核心速度的衰减快慢、射流清洗的有效宽度、射流基本段长度作为喷嘴结构优劣的评价指标,通过计算分析得到:锥直型喷嘴最适宜作为高压水射流清洗喷嘴。     

高压水射流清洗油管旋转喷头的设计及应用

针对目前现场使用高压水射流技术清洗油管存在的问题,结合设计理论,研制出一种新型旋转喷头。该喷头由上部套体、心轴、下部套体、轴承、喷头体和喷嘴等组成,内部设有间隙密封和阻尼限速机构;喷头可在30~80 MPa压力下工作,转速稳定在140~300 r/min,可方便地清洗固定油管的内壁。前后3批清洗4.78万m油管的试验应用表明,旋转喷头清洗效果好,效率高,工作状况稳定,满足油管清洗作业线的需要。     

旋转射流流动规律研究

在前期证明导向叶轮式喷嘴所产生的旋转射流具有较强的破岩成孔能力的基础上,本文对旋转射流的运动规律进行了实验研究。结果表明:旋转射流的速度及压力分布特性明显不同于普通圆射流,在近喷嘴范围内其速度剖面、压力剖面和轴向速度剖面均呈现"M"形分布的特点,切向速度剖面呈现"N"形分布的特点;随着射流向前喷射,射流的横断面不断向外扩散,其速度和压力剖面变得越来越平缓,衰减较快;旋转射流截面最大轴向速度和切向速度与喷距的负指数成正比关系衰减。表明该旋转射流相对于普通圆射流具有较强的横向扩散能力和较弱的轴向传递能力,为合理设计和利用旋转射流提供了依据。     

用空穴射流技术对三元管线除垢

空穴射流除垢技术是物理清洗除垢技术,无需消耗化学原料,无害、无污染,不会发生化学腐蚀现象,单次清洗时间短,影响产量小,施工灵活方便。2011年5月17日,选择对某口井到1#计量间的单井掺水(热洗)和集油管线进行除垢试验,管线规格均为60 mm×4mm,集油管线平均垢厚2 cm,掺水管线平均垢厚1 cm。经空穴射流除垢后,集油、掺水、热洗干线管道畅通,用肉眼观察可见管道内壁光滑,除垢效果较好。     

径向水平井旋转磨料射流套管开窗技术研究

针对旋转磨料射流套管开窗的工程需求,进行了套管开窗室内实验。结果表明,磨料参数对开窗直径的影响很小,但对开窗深度有着较大影响。在喷嘴压降25MPa,喷嘴直径3mm,喷距21mm条件下,最优磨料体积分数应控制在 10%～15%之间,磨料粒径应控制在0.4～0.8 mm之间,铁砂的开窗效果最好,而石榴石具有最高性价比。在淹没条件下,冲蚀 14min 即可在壁厚9.17mm、139.7mm 的N80套管上开出直径35mm的圆形窗口,体现了旋转磨料射流套管开窗技术的优势。     

连续油管喷射工艺技术的进展

采用连续油管喷射工艺技术清除井下沉积物 ,具有操作简便易行、速度快和经济性好等优点。设计了用于对喷射系统工况特性要求并不严格的处理作业的地面喷射喷嘴系统 ,以及对整个井筒进行处理的高效旋转喷射工具。通过对喷射工具内壁液流通道、喷嘴几何形状、喷射工具与被清除物的间距等的合理设计 ,工具效率得到显著改善。而一种井下分离器的研制成功 ,则保证了两相流体喷射清垢效率的进一步提高。