测试井口固定油嘴内的流体流动特性

采用RNG k-ε湍流模型及Sutherland Viscosity Law可压缩流体黏度修正模型,对测试井口的一种固定节流油嘴内的流体流动过程进行了数值模拟研究。通过数值模拟得到的节流油嘴内质量流率变化规律与理论计算结果对比,验证了所采用的模型和计算方法的准确性。分析了不同节流压力对油嘴内流体流动特性的影响规律。计算结果表明,由于油嘴节流降压,气体体积膨胀出现超音速流动,所形成的高速射流促使油嘴外壁附近出现漩涡流动; 油嘴内部压力变化趋势为先下降后升高,然后又缓慢降低的过程; 由于节流降温效应,气体流过油嘴时温度下降,油嘴内出入口压力比小于临界压力比时,最易形成天然气水合物,出现堵塞管路的风险。     

气井针型节流阀失效因素模拟分析

在气井中可调针型阀节流时常因高压高速及含砂出现阀杆脱落断裂、针阀冲蚀、水合物冰堵等失效现象,影响测试和生产地面流程安全。利用Fluent数值模拟,建立针型节流阀数值模型,通过模拟计算,得到节流前后速度、压力、温度流场,认识针型节流阀节流规律;分析水合物冰堵潜在成因,认为温度最低部位在锥形油嘴芯后半部分;分析阀杆受力情况,得到阀杆脱落原因主要在于对阀杆及阀芯的直接冲击、进入节流段前绕流引起的横向振动、进入节流段后锥面上漩涡脱落引起的横向和纵向振动;结合冲蚀离散模型计算,得到针阀冲蚀速率分布规律,冲蚀部位主要为针形阀芯中部及阀座突缩处。模拟计算得到的冲蚀损伤部位与实际损伤部位较符合。该分析适用于类似流场和冲蚀速率分布规律研究。     

旋转射流冲蚀天然气水合物试验及数值模拟研究

为探究适合南海天然气水合物特点的高效开发模式,对比分析了淹没围压条件下锥形射流和旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物的成孔规律。首先,利用 LS-DYNA软件,建立了旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物的拉格朗日–欧拉（ALE）流固耦合模型,分析了淹没、围压条件对旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物效率的影响;然后,利用自主设计研制的天然气水合物生成及射流冲蚀可视试验装置,进行了天然气水合物沉积物生成及冲蚀试验,天然气水合物二次生成后,在冲蚀坑中注石膏,测量冲蚀孔孔深及孔径。对比分析数值模拟和室内试验结果发现:围压在增强天然气水合物沉积物强度的同时,抑制了射流扩散能力,降低了射流冲蚀天然气水合物沉积物的效率;在无围压和围压5 MPa条件下,旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物体积分别是锥形射流的1.8和1.7倍。研究结果表明,对于泥质粉砂储层天然气水合物沉积物,旋转射流在保证冲蚀孔孔深的同时,具有比锥形射流更强的扩孔能力,这为固态流化法开采天然气水合物提供了依据。      

高压高产气井屈曲管柱冲蚀损伤机理研究

天然气在油管内高速流动对管柱造成冲蚀损伤,严重威胁气井生产和作业的安全。装有封隔器的管柱在井下各载荷作用下易发生屈曲变形,此时高压气体对管柱的冲蚀作用将更加严重,易造成井下管柱失效甚至井场事故。为此,根据发生屈曲后正弦弯曲和螺旋弯曲管柱内流道特点,以天然气流体动力学理论为基础,针对克拉2气田一口高压高产气井建立了油管的计算流体动力学模型（CFD模型）和气井出砂时砂粒对屈曲油管的冲蚀模型。对天然气在螺旋弯曲和正弦弯曲流道内流动规律进行了数值模拟,研究了砂粒对油管内壁的冲蚀速度和剪切力,得到天然气对弯曲油管的作用力以及屈曲管柱内的冲蚀规律,为实时准确地预测高产气井管柱的冲蚀损伤状态提供了依据,为管柱冲蚀损伤预防措施的提出提供了理论基础。 引用格式:练章华,魏臣兴,宋周成,等.高压高产气井屈曲管柱冲蚀损伤机理研究［J］.石油钻采工艺,2012,34（1）:6-9.     

一种高抗冲蚀节流阀性能特点及现场应用

高抗冲蚀节流阀采用液压马达+蜗轮蜗杆方式传递动力并调节开度,由油嘴总成、动力总成和远控系统等组成,油嘴节流开度可以自由精确控制,可控性好,震动小,噪音低,具有较佳的CV流量特性曲线,耐冲蚀能力较普通节流阀提高数倍以上。高抗冲蚀节流阀目前广泛应用于页岩气等非常规气藏大规模加砂压裂后的连续排采作业中,安装于流程高压端直接节流降压,或安装于旋流除砂器排砂出口实现连续控压排砂,该节流阀集成了固定油嘴与常规节流阀的优点,具有更好的适应性和安全可靠性,有效降低了地面作业风险,是非常规气藏实现精确控压钻塞、连续排液、高效控压排砂的关键装备。     

节流器内液-固两相流固体颗粒冲蚀数值模拟

建立了考虑颗粒碰撞的颗粒冲蚀计算模型,该数学模型包括:在Eulerian坐标系下求解连续相流场;在Lagrangian坐标系下运用离散颗粒硬球模型求解颗粒碰撞;应用半实验关联式求解颗粒冲蚀速率。对水力加砂压裂施工中节流器内液-固两相流的固体颗粒运动和冲蚀特性进行了数值模拟。计算结果表明,固体颗粒密集于节流器入口到出口的一段狭长区域内,冲蚀速率随流体速度呈指数性变化。颗粒直径越大,冲蚀速率也越大。节流器内冲蚀最严重的位置发生在距离节流器出口上边缘10mm以内的局部区域。     

井下油嘴在深层高压凝析气井中的研究与应用

气井在开采过程中易在井筒、节流处及地面集输管线内形成天然气水合物,堵塞气井的生产通道,影响气井的正常生产。井下油嘴将气井地面节流转移至井下节流,使天然气的节流、降压、膨胀和吸热过程发生在井筒内,防止天然气水合物的形成。通过分析水合物生成的影响因素,研究井下油嘴的合理下入深度和油嘴直径,形成了凝析气井井下油嘴设计技术。并通过改进井下油嘴的密封材料和工具结构,提高了其稳定性和耐压差能力,克服了深层凝析气井含液量高、压差大的难题,并在凝析气田成功推广应用6井次,取得了良好的效果和经济效益。      

射孔工况下多喷嘴水力喷射工具冲蚀研究

大排量高砂比水力喷砂压裂的射孔过程中,高速流动的携砂液会对喷射工具表面产生严重的冲蚀损伤。根据喷射工具本体材料35CrMo钢的喷射式冲蚀实验,得到了半经验的冲蚀计算模型。结合DPM数值模拟方法获得射孔过程中工具内部的液固两相流场分布及壁面冲蚀速率,讨论了液相参数和固相颗粒参数对流经上、下游喷嘴颗粒含量及喷嘴入口区域冲蚀损伤的影响。计算结果表明,当工具内部流动达到稳定时,下游喷嘴的颗粒含量大于上游喷嘴的颗粒含量,下游喷嘴入口区域的冲蚀损伤更为严重,颗粒含量及冲蚀损伤的差异性在使用大排量、高黏度液体和大直径、高密度颗粒时更为严重。为防止因上、下游喷嘴颗粒含量差异较大影响射孔效率的情况,建议在实际生产过程中,使用携砂性较好的高黏度压裂液和低密度小直径的颗粒,在保证作业效率和工具寿命的同时控制施工排量。     

2015年第6期导读

<正>本期论文广场栏目中,油气田钻井节流管汇系统的技术发展一文,介绍了节流管汇系统的基本组成、技术现状和发展趋势,指出多级节流和精细控压是节流管汇系统未来的发展方向。焦化氨水槽开裂机理分析及防护措施研究、角转向位置安装旋转补偿器的支架受力计算方法、海洋平台上部组块一体化建造技术、高压天然气对油嘴冲蚀的流场分     

高压节流阀冲蚀机理研究

对油嘴工况条件进行了研究,计算了油嘴工作过程中的临界速度和冲蚀速度,经比较得出了油嘴冲蚀的基本流态,在此基础上,研究了油嘴的冲蚀机理,分析了油嘴冲蚀的冲蚀因素和冲蚀类型,描述了油嘴失效的机理。研究表明,油嘴冲蚀从表面上分析主要存在气流冲刷效应和应力集中及振动作用两方面的影响。从根本机理上看,油嘴的冲蚀磨损率随气流密度和冲蚀速度的增加而增大,并与冲蚀角的大小有密切关系;油嘴损坏是由于应力疲劳断裂和脆性断裂两种冲蚀机理复合形成的冲蚀机理造成的。     

高压液固两相流节流阀耐冲蚀特性研究

选择性能参数可靠的节流阀,对"三高井"(高压、 高含硫、 高产)合理控制井底压力起到关键作用,是成功建立二次井控的决定性因素之一.针对常用的筒式、 楔形和孔板3种节流阀,基于离散相模型开展了冲蚀数值模拟仿真,研究了不同节流阀的冲蚀损伤机制,分析了流体压力和颗粒运动速度等对阀芯冲蚀速率的影响,并利用现场试验对数值模拟结果...     

井下节流气井的生产动态模拟新方法

为了防止天然气水合物的生成以及井底积液的产生,鄂尔多斯盆地苏里格气田很多气井在井底都安装了井下节流装置,此类气井的产气量和井底流压均随着生产时间的增长而逐渐下降,没有一个绝对稳定阶段,故如何利用数值模拟的方法来实现对安装井下节流装置气井的动态模拟,是当前亟待解决的问题。为此,从油藏流动模型和井下节流气嘴流动模型出发,以井底为求解节点,通过耦合处理,提出了定气嘴尺寸生产的新理念;建立了气藏渗流、井下节流装置嘴流的计算模型,推导了新的数值模拟源汇项方程,实现了气藏渗流与井下节流装置嘴流的相互耦合。实例计算结果表明:新的数值模拟方法能够更加准确地体现安装井下节流装置气井的生产动态特征,能有效地应用于产能预测和稳产期评价,同时也为类似气井的产能计算提供了技术支撑。     

大导流面柱塞型节流阀冲蚀规律研究

为了探究柱塞型节流阀在节流过程中因受到高速颗粒冲击和流体冲蚀而导致节流阀失效的问题,以PCG,2-9/16×15M型节流阀为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法和离散模型,研究了不同开度、 质量流量、 流体速度及颗粒直径对阀座和阀芯的冲蚀规律.研究结果表明:随着开度的减小,节流阀主要冲蚀区域从阀体内腔节流处转为导流面节流处;...     

聚合物在低剪切流量控制阀内的流态判别与数值模拟

通过流变性实验,认为聚合物溶液符合非牛顿流体幂率模式,建立了非牛顿流体在环形空间内的流态判别模型。运用FLUENT软件进行数值模拟,研究了聚合物溶液在低剪切流量控制阀内的流动规律和不同配注量下产生的节流压差。结果表明,低剪切流量控制阀具有较好的节流作用,产生的节流压差能够满足扩张式封隔器的坐封条件。实验数据表明,流量在33~62m3/d间的节流压差达到5.98 MPa,黏度保留率达到90%以上。     

泡沫排水采气井井下节流压降规律实验及模型修正

气井井下节流是气田低成本开发的一项关键技术,“井下节流+泡沫排水采气”工艺在适宜条件下可提高气井带液能力。采用传统气液两相嘴流压降模型开展泡排井井下节流气嘴尺寸设计不能满足气井配产要求,通过节流压降规律测试并建立或者完善数学模型有助于提高泡排井井下节流设计水平。设计并搭建了泡沫排水采气井井下节流物理模拟实验装置,利用泡排剂UT-11开展了在不同泡排剂质量分数情况下的节流压降规律测试,利用实验数据对4个常用气液两相嘴流机理模型(Sachdeva模型、Perkins模型、Ashford模型、滑脱数值模型)进行了嘴流流态过渡预测能力评价、质量流速及嘴前压力的预测能力评价。基于实验数据构建了泡沫流滑脱因子计算关系式,提高滑脱数值模型的准确性,质量流速的绝对百分误差从13.7%降至7.69%,嘴前压力的绝对百分误差从16.5%降至8.01%。该研究为泡沫排水采气井井下节流嘴径设计和嘴前压力预测提供了重要理论依据。     

新型双层笼套式节流阀分析

为提高节流阀的节流效果,提出了一种新型双层笼套式节流阀。该节流阀由2个开有小孔的笼套同轴线地嵌套在一起,在1个节流阀内有2个节流元件,可对流体进行2次节流,从而起到2次节流的作用。探讨了笼套上小孔轴线重合和小孔轴线成45°角的2种不同结构的节流阀的节流情况,并分别对2种结构的节流阀进行了流场仿真分析,分析结果表明,轴线不重合的结构要比轴线重合结构的节流效果好,笼套受冲刷程度也相对较严重。     

控压钻井节流阀液-固两相流冲蚀预测及验证

运用欧拉-拉格朗日法和离散相模型,预测了节流阀内部粒子运动和分布规律,利用半经验冲蚀模型求解了颗粒对阀芯的冲蚀率,并设计相关实验验证了数值模拟的准确性。结果表明,数值模拟能够较为精确地预测节流阀阀芯的冲蚀轮廓;5 h以内的预测冲蚀损失量与实验数据贴合度很高,5 h以后的预测数据经合理修正后与实验结果相近,随冲蚀时间增长,预测误差逐渐减小,最终达到1% 以下;该模型能够用于预测控压钻井节流阀复杂流场的冲蚀,有望为控压钻井节流阀的进一步优化设计提供参考。