连续油管水力喷射压裂技术

川渝地区多数油气藏纵向上存在多个产层，且部分产层跨距较大。为解决逐层压裂的技术难题，在研究连续油管水力喷射压裂技术机理的基础上，提出利用伯努利原理，连续多层段完成水力射孔和压裂，实现水力封隔无需机械封隔。设计研制了连续油管水力喷射分层压裂井下工具，经射穿套管和喷嘴耐磨性室内实验证明，所研制的工具可以有效地射穿套管和岩石，喷嘴耐磨蚀和本体抗返溅能力强。连续油管水力喷射多层压裂工艺技术在四川试验成功，研制的工具能满足现场工艺要求，试验井取得了显著的增产效果。     

连续油管水力喷射压裂关键参数优化研究

连续油管水力喷射压裂是集不压井作业、水力喷射射孔、分段压裂于一体化的高效增产改造技术。为此，介绍了该技术中的连续油管压降参数、工具参数、工作液性能等关键参数的实验研究。应用其研究成果，优化了连续油管水力喷射分层压裂设计参数，即喷嘴个数、大小。在不同喷嘴组合的泵压预测中实验了4种喷嘴组合，在接近喷嘴压降的情况下，优选出3个6 mm喷嘴，获得了最大排量。在四川油气田进行了国内第一口井连续油管水力喷射分层射孔及压裂现场试验，并取得了成功。     

连续油管水力喷射环空压裂技术

连续油管水力喷射压裂是解决我国纵向多层压裂难题的有效手段,为深入了解国外连续油管技术,提高国内现有尺寸连续油管应用范围,在连续油管传输压裂与环空压裂两种方式对比分析的基础上,对连续油管水力喷射环空压裂技术的原理、施工工序、摩阻计算、优越性与局限性等进行了全方位的分析。结果认为这种环空压裂方式通过喷砂射孔与环空加砂配合可以拓宽连续油管应用深度,提高国内现有小尺寸连续油管设备利用率,提高喷嘴寿命,增大施工排量,从而具有更高的现场适用性及可操作性。研究成果为引入国外连续油管解决国内多层气藏分压改造难题,以及转变观念进行连续油管水力喷射环空大规模压裂奠定了基础。     

水力喷射工具射孔过程液固两相流冲蚀数值模拟

鉴于国内外运用多相流数值模拟方法对水力喷射工具冲蚀研究有待深入的现状,基于多级水力喷射工具单级喷枪,采用颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日离散相模型,对水平井水力喷砂射孔过程进行流场分析及冲蚀速率计算。分析了单级喷枪上、下游喷嘴流场分布的不均匀性,以及这种不均匀性导致的工具内部各个喷嘴冲蚀速率的差异。分析结果表明,水力喷砂射孔过程中,水力喷射工具单级喷枪上、下游喷嘴流场呈现不均匀性,上游喷嘴单位时间通过的液体多于下游喷嘴,下游喷嘴的砂浓度高于上游3个喷嘴;水力喷射工具单级喷枪内壁面和外壁面都会受到液固两相流体的严重冲蚀,最大冲蚀速率发生在喷枪内壁下游喷嘴入口区域。     

复杂油藏连续油管水力喷射射孔技术研究与应用

本文对连续油管水力喷射射孔技术在复杂油藏中的使用进行了研究。     

连续油管水力喷射压裂管柱下入过程力学分析

水力喷砂射孔分段压裂工艺与连续油管配合,极大地提高了水力喷射压裂作业的工作效率。在压裂过程中,封隔器能否准确下入到指定位置对压裂生产起着至关重要的作用。传统人工地面测量方法成本较高、影响因素多、曲线解释困难。为了解决连续油管水力喷射压裂管柱下入过程中封隔器定位不准确问题,对管柱下入过程中受力以及变形进行理论分析计算,并对测量井下工具下入位置的关键工具——机械定位器进行分析研究,使其能准确测量井下工具的下入位置。通过测量值与计算值对比证明,其偏差小于9%。通过两种方式的结合可以准确定位井下工具位置,为后续压裂施工提供了可靠的技术支持。     

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.     

连续油管水力喷射逐层压裂技术首次在国内获得重大突破

2007年7月27日，四川白浅110井现场传来喜讯，西南油气田公司采气工程研究院连续油管水力喷砂逐层压裂工艺技术在该井成功实施，首次实现了应用2英寸连续油管与水力喷砂联作、一天时间内连续加砂压裂三层的成功，填补了该项技术在国内的空白，打破了国外公司对该项工艺技术的垄断。     

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。     

连续油管喷射技术的进步

连续油管（ＣＴ）喷射技术与以前常用的除去井下沉积物的几种方法相比具有许多优越性。详细设计内部液体流径、喷嘴几何形状、喷射距离和泵速，可使工具效率比以前提高好几倍。本文针对以上几方面对连续油管喷射技术的优势进行了分析与讨论。     

水力压裂对油管头四通冲蚀磨损分析

页岩气水力压裂对井口装置的冲蚀破坏性较大,且油管头四通为永久性连接装置,一旦破坏将带来较大风险。基于喷射型冲蚀磨损机理及计算流体力学,结合冲蚀磨损试验及模拟计算,研究水力压裂下油管头四通材料的冲蚀磨损特性以及分析计算固-液两相流冲蚀下油管头四通冲蚀磨损程度。结果表明,冲蚀角度对油管头磨损影响较大;冲蚀介质的形状及表面因素决定油管头材料冲蚀磨损量;陶粒较石英砂冲蚀磨损率大;粒度对基材的冲蚀磨损满足"尺寸效应"。基于CFD预测水力压裂下油管头的减薄率,满足作业安全要求。     

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。     

连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟

连续油管钻水平井过程中,井底岩屑在重力作用下容易沉积在井壁下侧,形成岩屑床;连续油管又受到排量小、钻柱无法旋转等因素限制,造成井眼净化效率较低。针对这一问题,在欧拉坐标系下考虑相间滑移速度和颗粒流的影响,建立了微小井眼水平井岩屑运移的混合物漂移模型,采用Realize κ-ε湍流模式及SIMPLEC算法进行数值计算,研究了钻井液排量、环空偏心度、岩屑直径、井斜角和钻井液黏度等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到了各种条件下环空岩屑速度和浓度的分布规律。研究表明:随着钻井液排量增大、环空偏心度减小、岩屑直径减小、井斜角减小及钻井液黏度提高,连续油管水平井岩屑运移效率提高。      

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。     

水力喷射压裂用喷嘴耐冲蚀试验方法研究

喷砂射孔所用磨料、压裂液和支撑剂均需通过喷嘴,并以较高的压力和排量被泵注到地层和裂缝中,导致喷嘴冲蚀严重及其内部流道变形,这将降低喷嘴的冲蚀切割能力,对压裂施工的顺利进行产生很大的影响。鉴于此,对水力喷射压裂喷嘴冲蚀程度随喷射时间变化的规律进行试验研究。设计了试验方案,分析了喷嘴冲蚀特性,确定了试验参数,并得到了喷嘴直径与时间的拟合模型。试验结果表明:在排量3 m~3/min、砂比10%的工况下,喷嘴内壁的破坏形式以微切削和疲劳损伤为主,喷嘴出口处脆性破坏明显;喷嘴直径及喷嘴质量与磨蚀时间具有明显的线性关系。研究结果对工具的合理使用和延长工具使用寿命有着重要的指导意义。     

连续油管拖动底封水力喷射环空加砂分段压裂技术

连续油管拖动底封水力喷射环空加砂压裂工艺是集射孔、压裂、封隔于一体的新型增产改造技术。针对常规结构Y211型封隔器或K344型封隔器及喷枪不完全满足工艺需求的问题,采用Solidworks、Ansys等软件对新型Y211型封隔器、喷枪等工具进行优化设计。创新设计特殊密封结构胶筒及其肩部保护机构,研制抗拉强度和延伸率高的胶料配方,降低了坐封力,提高了承压性能。优化卡瓦结构,设计防砂卡机构,提高了封隔器锚定及坐封可靠性。研制了内嵌整体式喷枪,提高耐磨性能,满足多段压裂需要。通过攻关研究,工艺管柱达到耐温120℃、承压70 MPa指标,单趟管柱可压裂14段,成本比国外降低50%以上。     

连续油管水力振荡器断裂失效分析

为了探究连续油管水力振荡器断裂失效原因,通过无损检测、理化性能检验及断口分析等方法,对失效样管进行了研究与分析。结果显示,失效样管的理化性能满足设计要求,样品表面存在缺陷。研究表明,失效的主要原因是连续油管水力振荡器定子在交变应力和含砂流体冲蚀的共同作用下产生疲劳和冲蚀缺陷,最终导致断裂失效。建议重视水力振荡器零部件在交变应力作用下的疲劳断裂失效行为,适当选材,并通过热处理方式提高材料的抗疲劳强度;提高工件表面光洁度,以减少应力集中;工具使用完后应加强无损检测,避免工具突然断裂造成的损失。     

水力喷射工具用35CrMo钢抗冲蚀性能研究

为了解水力喷射工具用35Cr Mo钢的抗冲蚀性能,模拟实际水力喷射压裂工况,用质量分数0.2%的羟丙基瓜尔胶溶液与石英砂固液混合溶液对35Cr Mo钢试样进行冲刷试验,并借助扫描电子显微镜(SEM)对试验后试样表面形貌进行分析,研究液体入射角和入射流速对冲蚀速率的影响。研究结果表明,上述混合溶液对35Cr Mo钢的冲蚀作用主要表现为机械冲刷磨损;损伤机理为微切削与冲击锻打,小角度入射时以微切削为主,大角度入射时以冲击锻打为主;当冲刷溶液的入射角度为45°时,试样表面冲蚀磨损最严重;入射流体流速的临界值约为8.2 m/s,当流速小于8.2 m/s时,随入射流速的升高,冲蚀速率增加较为平缓,当流速大于8.2 m/s时,冲蚀速率随入射流速升高而迅速上升。因此冲蚀速率与入射流速间的拟合关系应在低流速区和高流速区分段考虑。     

连续油管模拟试验方法

从直管模拟方法入手，详细介绍了连续油管的几种模拟试验方法。这些模拟方法可以准确预测出连续油管下井遇阻问题。分析了影响连续油管下井作业的各种因素后指出，连续油管的残余弯曲、瑞部载荷和井身结构是影响连续油管下井能力的重要因素。如果不采取措施减小端都载荷和残余弯曲以及加强对井身结构的预测，将会导致连续油管过早地“锁”在井中。模拟试验结果与现场应用情况的分析比较表明，采用模拟试验方法预测连续油管下井遇阻是十分准确的。