水力喷射多级压裂中水力封隔效果的数值模拟

在多级压裂过程中有效的层间封隔至关重要,水力喷射压裂技术利用水力射流形成的低压区来实现层段间的封隔,但是在井下复杂环境下很难通过试验来定量分析水力封隔效果。鉴于此,首先建立了包含喷嘴、射孔孔道和环空段等结构的CFD模型,模拟了多级水力喷射压裂过程中环空的特性,并将数值模拟结果与试验数据进行对比,验证了该数值模型的正确性;然后根据环空流动特性,提出了用2个出口的质量流量比来评价多级压裂中水力封隔效果;最后,分析了不同参数对封隔效果的影响规律。模拟结果表明:1在一定条件下,高速射流能产生有效的层间封隔;2水力封隔效果随层间压差、喷射相位角和喷距的减小而增强,随喷射流速和喷射层数的增大而增强,且喷射相位角对水力封隔效果的影响大于喷射层数的影响。研究结果可为多级水力喷射压裂水力参数、喷嘴布置和参数组合的优化提供参考。     

寄生管充气钻井环空多相流流动特性研究

针对寄生管充气钻井技术的特征,选用Hasan多相流计算模型,确定了井筒环空的流型和压降计算方法,给出了编程求解的计算流程。利用新疆某充气欠平衡井的数据进行计算,对井筒压力、流型变化、含气体积分数随注气量、钻井液排量、井口回压的变化规律进行了研究。在寄生管充气钻井的过程中,井筒环空压力随注气量的增大而减小,随钻井液排量的增大而增大,随井口回压的增大而增大。井筒环空中的含气体积分数随注气量的增大而增大,随钻井液排量的增大而减小,随井口回压的增大而减小。井筒环空中的流型转换点随注气量的增大而下移,随钻井液排量的增大而上移,随井口回压的增大而上移。     

水力喷射分段压裂密封机理

采用室内试验,结合计算流体力学方法,系统研究了水力喷射分段压裂过程中的密封机理,确定了影响射流密封性能的3个因素,即射流压力、喷嘴直径和套管孔眼直径,并获得了影响规律及计算模型。研究结果表明：高速射流周围存在低压区域,促使环空注入的高压液体流入喷射位置,然后在射流黏滞作用下被带入裂缝中,依靠射流实现密封;密封压力随射流压力和喷嘴直径增大而增加;套管孔眼能够防止孔道的高压液体影响密封压力,辅助高速射流,进一步增强其密封性能;水力喷射分段压裂技术应用于裸眼井时,射流密封性能有限。     

水力喷射孔内射流增压规律数值模拟研究

水力喷射压裂过程中,高压射流会使水力射孔孔道内压力高于环空压力,形成孔内射流增压.孔内射流增压值是进行地面泵压预测和套管压力控制的基础.由于受到实验条件的限制,地面很难获得实际工况下的孔内射流增压值,因此,文章采用计算流体力学(CFD)方法,建立了二维水力喷射流场物理模型,模拟得到了实际 工况下水力喷射孔内射流增压值以及喷嘴压降、环空围压和入口面积比对孔内射流增压的影响规律.结果表明,在实际施工参数条件下,孔内射流增压值可达10.7～12.5 MPa;喷嘴压降和入口面积比是影响孔内射流增压的两个主要因素,而环空围压对孔内射流增压没有影响.     

高压水射流深穿透射孔试验研究

在前期研究高压水射流深穿透射孔机理的基础上,研制了新一代高压水射流深穿透射孔井下装置,并结合江苏油田油井的实际井况,研究制定了现场选井条件、水力参数、井下施工管柱组合、工作液配方和施工工艺等,计算了油管伸长量,实现了现场施工作业设备和施工参数的配套。现场试验结果表明,该技术可用于井斜角达45°的井中深穿透射孔,射孔速度可达2m/h,射孔深度可达2m,增产效果良好。     

围压下磨料射流套管开孔形状和时间参数试验研究

水力喷射径向水平井和水力喷射分段压裂技术可为低渗透等难动用油气藏提供两种经济高效的开采途径,应用高压磨料射流喷射进行套管开孔是其中关键技术.在分析了磨料射流工作机理的基础上,采用专门的围压装置及相应的试验台架,对磨料射流在围压下射穿套管的形状和时间参数进行了试验研究.着重研究了喷嘴压降、围压、喷距和喷嘴直径对射穿套管时间的影响,得出以下结论:随着喷嘴压降的增大,射穿套管时间缩短;随着围压的增大,射穿套管的时间延长;随着喷射距离的增大,射穿套管的时间延长;随着喷嘴直径的增大,射穿套管时间缩短.在本试验条件下,磨料射流射穿套管的孔径在10～14mm,射穿时间在18～330s范围内.     

三维薄壁结构与流体相互作用数值模拟

基于通用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)求解器和自编制三维非线性壳体有限元程序,发展一种用于解决三维弹性薄壁结构与粘性流体相互作用问题的数值方法.用CFD求解器Fluent求解粘性流体流动,采用基于三维薄壳非线性理论建立的有限元程序来求解薄壁结构的变形,通过交错方法实现流体和结构的耦合.考察三维非线性壳体有限元程序在解决屈曲和后屈曲问题时的可靠性;通过求解可塌陷直管和粘性流体相互作用问题,检验流固耦合方法的可靠性;研究呼气过程中可塌陷分叉肺管和气流的相互作用问题.重点考察分叉结构中可塌陷管和不同雷诺数流动之间的相互影响.     

C—J爆轰和等压燃烧过程中介质做功能力研究

基于C-J 爆轰模型和等压燃烧模型,分析了预压缩C-J 爆轰和预压缩等压燃烧整个循环过程中介质的做功能力.研究结果表明,通过对介质进行预压缩,在2种过程中,其做功能力都可以得到显著提高;介质的比热比越小,其做功能力提高越大;当预压缩达到一定程度后,无论在C-J爆轰还是在等压燃烧过程中,继续提高介质的预压缩程度对介质的做功能力都没有显著改善.     

水平井防砂管内旋转射流冲砂解堵机理与试验

随着水平井数量的增加，对水平井段防砂管进行高效的冲砂解堵日益重要。论述了一种旋转射流水平井段防砂管冲砂解堵技术。作业时用油管下入该井下装置，利用作业机带动油管上下移动，由于喷头可按照既定速度旋转，返回流体在水平段由常规的平稳轴向流动变为旋转流动，既可实现对防砂管的全方位解堵，又能避免砂粒沉积；高效喷嘴产生的射流直接对着防砂管冲击，能量集中；工作介质为清水（或注气水），不会对地层带来二次污染。现场应用了4口井，成功率100％，具有良好的经济和社会效益。