投球机的使用与选择

投球机是常温油气集输管道的配套清蜡装置。工作时，投球机定期向管道中投入比管道公称通径小２ｍｍ的聚氨酯球，球在液流压差推动下向前移动，刮去附着在管壁上的积蜡和杂质，减小集输阻力。在介绍了投球机的主要技术特性后，分析了移动球筐式、拨轮技推式、螺旋半强制式和排链驱动式四种投球机的使用特点和选择范围。     

单片机在管道强制输球清蜡装置中的应用

用AT89C2051单片机作控制核心，接口部分采用少量集成电路，使投球机除具有手动投球功能外，又能依据管道温度、自动改变投球间隔时间，具有一定的智能性，可靠性和实用性。     

一种新型多级分段压裂自动投球器

投球压裂是页岩气水平井分段压裂改造的常用技术,目前的投球器存在着压裂球尺寸小、投球数量有限、结构过于复杂、适用性差等问题,不能满足页岩气井大通径、小间距压裂作业的需求。为此,设计出了一种转板式大通径井口自动投球器,该投球器上端设置储球筒,下端的底座内部布置投球机构,通过驱动电机控制投球机构实现逐个投球的功能;采用FEM(有限单元法)对该投球器的投球过程进行碰撞分析,通过任意拉格朗日欧拉(ALE)网格自适应方法和耦合的光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)方法进行仿真模拟和样机实验。研究结果表明:①投球碰撞在转板上边缘处产生最大的等效应力、等效塑性应变和位移,产生的最大应力在600 MPa左右,小于42CrMo的屈服强度930 MPa,满足强度要求,并且具有一定的安全余量;②样机成功实现了投球直径介于64～108 mm、投球级差为4 mm的12级分段压裂连续投球测试。结论认为,该投球器操作简单、适用性广,可有效满足页岩气水平井多级分段压裂工艺的需要。     

YDDS-112型液压倒扣丢手工具的研制

鉴于目前油水井使用的油管多数是多次修复的旧油管，承压能力下降，过高的丢手压力会压爆油管，造成重复作业，以及现有液压丢手工具远不能满足现场应用要求的状况，研制出YDDS－112型液压倒扣丢手工具。这种丢手工具有液压丢手、投球丢手和倒扣丢手3种方式，丢手压差稳定，投球或不投球不影响丢手压差，易于现场操作控制，倒扣灵活；3种丢手方式有效组合，可满足不同工艺要求。现场试验应用68井次，丢手成功率100％，累计增油8．6万t，直接经济效益4529万元。     

投球控制机构的分析与研究

投球控制机构是一种特殊的变过流面积控制机构,广泛应用于井下控制工具中,但目前很少有专门针对投球控制机构的研究。投球控制机构可分为单次投球剪钉机构和多次投球弹簧机构,分别对这2种机构的结构与工作原理进行了分析;对小球的落体运动以及小球对球座的冲击力等问题进行了研究;对机构进行了动力学分析,建立了系统传递函数,研究了机构的控制特性,指出对于投球机构控制系统,若要提高系统的稳定性,应提高阻尼系数,或降低弹簧刚度和活塞机构质量;若要提高系统的快速性,应提高弹簧刚度或降低活塞机构质量。为保证系统的稳定性和快速性,需在实际工程设计中,找二者的平衡点。研究内容对井下控制工具中投球控制机构的设计具有指导意义。     

套变井投球选注工艺技术的研究及应用

投球选注技术已经成为稠油油藏开发的成熟配套工艺技术,在原有的投球选注工艺技术基础上,研发了一种可变直径、能够安全通过套变井段并能完成收球作业的套变井选择性注汽专用收球器及配套投球器和工艺管柱。该技术达到了高效开发的目的。     

水平井投球滑套密封结构研究

水平井分段压裂完井技术的核心工具之一是投球滑套。滑套在坐封面常出现球座表面被压溃而造成密封失效。为了有效解决投球和球座间的密封失效问题,基于Hertz接触理论,推导出适用于投球滑套的最大接触压力及接触长度的理论公式,并提出一种新型投球滑套密封结构。利用ABAQUS分析软件对比分析了常规和新型投球滑套密封结构在相同条件下的接触压力分布规律,研究了不同坐封力下投球与球座间的接触压力和Mises应力分布规律。研究结果表明,新型密封结构的表面接触压力由1 082 MPa减至976 MPa,降低了球座被冲蚀压溃的风险;球座接触面长度由1.37 mm增至1.76 mm,增大了接触面的接触面积,提高了投球滑套密封可靠性。     

合层水力压裂煤层投球数的确定

在单层较薄、煤层间距较小的多煤层发育地区进行合层水力压裂时,合理的投球数是保障合层水力压裂施工过程顺利进行、被改造的各煤层总体效果最佳的重要条件之一。煤储层与砂岩储层在力学性质等方面存在一定的差异性,若参照砂岩储层的投球数对煤储层进行改造,可能导致施工压力上升、煤层段压裂效果欠佳等问题。因此,准确得出不同地质情况下的合理投球数,可以解决以往投球数确定难、施工效果无法保证的问题。基于合层投球水力压裂原理,系统分析了合层投球水力压裂的影响因素,在此基础上,分别构建了软、硬煤交互和不同硬煤的合层水力压裂地质模型及投球数数理模型。应用该模型,对淮北芦岭矿8^#+9^#合层水力压裂的投球数进行了设计,现场施工结果表明,该方法能对不同煤层组合下的合层水力压裂的投球数确定提供理论依据。     

安全环保在线自动投球装置

安全环保在线自动投球装置主要由投球系统与控制系统组成。投球系统机构由阀体、活塞、活塞腔、O形圈、储球筒、拨轮、轴衬、涡轮箱、涡轮、涡杆和防爆电机等组成;控制系统机构由计数装置、集成电路板、控制面板和控制箱等组成。该装置于2009年4月在长庆油田采油七厂开展了现场试验。试验两个月,投球成功率100%,实现了自动定时投球,功能可靠,操作方便,节能环保,运行安全,为油田生产全过程数字化管理模式提供了技术保障。     

采油一厂红15区投球压裂井压开层位的判定

利用孔眼摩阻公式分析投球压裂曲线瞬时停泵时的压降落差以及投球压裂中投球所造成的压力上升幅度,建立相应关系式,计算投球是否压开新层。将此方法应用到采油一厂红15区,计算出的结果与压裂后井温测试结果相吻合。证明此方法经济、可靠,并且计算出的红15区裂缝延伸压力具有一定参考价值。为今后在采油厂没有测试井温曲线和产液剖面的情况下判断投球压裂井的压开层位提供参考。     

可反复开关投球滑套的研制

为满足一趟管柱分层试油联作及选择性投产作业工艺中的技术需求,研制了一种新型可反复开关投球滑套。介绍了可反复开关投球滑套的结构组成、工作原理以及主要技术参数,分析计算了投球滑套工具的关键元件,并对试验滑套进行高温环境下室内性能评价试验。试验结果表明,研制的可反复开关投球滑套在120℃高温环境下满足70 MPa密封承压性能,环空带压情况下可反复开关动作五次以上,为该滑套工具投入现场应用提供技术依据。     

侧钻井投球调剖技术室内模拟及方案设计

为解决侧钻井转注水后分层注水难度大的问题,将投球调剖技术应用到侧钻井注水中,实现资源的重新利用.介绍了投球调剖技术的工作原理和技术优点,阐述了调剖球的性能特征,通过实验室建立侧钻井仿真可视模型的方式,进行了侧钻井中投球调剖的物理模拟实验.实验验证了调剖球在侧钻井中封堵的可行性,依据大量数据分析了调剖球封堵炮眼的规律,确定了不同工况下投球位置、井筒内流量对封堵效果的影响.提出了靠近目标层投球和适当控制流量的方法,该方法可实现对调剖球在井筒中运动的控制,给出了不同注入位置及各层流量比下最优的投球方式、流量大小和投球数量,为现场施工提供了参考依据.     

可溶球智能压裂投球器的研制

在低渗油气藏的开发开采中,水平井分段压裂技术应用较为广泛,近年来常用的水平井分段压裂技术是投球滑套配合可溶球的压裂工艺。由于可溶球投球前不能与水接触,目前还没有适合投可溶球的投球器,针对此问题,研制了可溶球智能压裂投球器。该投球器可以在带压作业下通过自动控制实现连续投入24个直径28~76mm的可溶球,投球检测装置可以实时检测球的入井情况,确保压裂作业的连续性与可靠性。     

水平井投球分段压裂技术及现场应用

水平井的压裂改造技术是当前国内外研究的热点和难点之一,目前基本采用井下工具进行分段压裂,工艺复杂,可靠性较差,在已大段射孔的水平井中无法应用.针对已大段射孔、无法下井下工具的水平井,提出了水平井投球分段压裂技术.采用系统优化设计方法,在裂缝类型预测、储层地质精细划分、裂缝参数优化、压裂材料优选、投球批次及数量优化和施工压力预测等技术基础上形成了投球分段压裂整体技术,不需要特殊的井下工具.通过西柳10平1和西柳10平3井两口水平井的现场实施,该技术分段准确,增产效果显著.现场试验表明水平井投球分段工艺简单、可靠,是一种值得推广的技术.     

连续分层压裂投球器的研制与应用

不动管柱连续分层压裂作业时没有高压大直径的投球器,投球打滑套时必须停泵从井口投钢球,存在施工和安全风险。鉴于此,研制了连续分层压裂投球器。该投球器可在带压70MPa条件下,通过远程控制投15个直径20~75 mm的钢球,测球器检测钢球投入情况,确保每次只能投入1个钢球,实现不停泵连续施工。现场6口井的应用结果表明,连续分层压裂投球器可按照预定的程序,顺利在每层压裂作业时准确投球,测球计球无误。该产品的成功研制提高了不动管柱连续分层压裂作业的安全性。     

投球压裂曲线分析及压开层位的判定计算

利用孔眼摩阻公式分析了投球压裂曲线的瞬时停泵时的压降落差以及投球压裂中投球所造成的压力上升的幅度,并建立了相应的关系式,可以计算投球是否压开新层以及压开的层位。此方法在新疆鄯善等油田得到了应用,其计算结果与压裂后井温,压裂后产液剖面测试结果及层间布孔匹配吻合得很好。     

井口自动投球清蜡装置

针对油井人工投球清蜡操作繁琐等问题,根据双活塞交替动作原理,研发了该自动投球装置,实现了自动定时投球清蜡作业。该装置集成度高,结构紧凑,无需放空泄压、冬季伴热,解决了储球筒进油的技术瓶颈问题,填补了国内自动投球技术空白,达到国内领先水平。经现场应用,投球动作准确率达100%,平均无故障运行率达99%以上,性能稳定可靠,可满足油田生产前端无人值守的数字化管理要求。该装置的规模化推广应用降低了运行成本,提高了生产效率,已成为长庆油田生产前端数字化管理的关键技术之一。     

6"阻流式投球接头

取心工具或打捞篮下入井底后,先要进行正循环以清洗内筒,后要求投球堵孔侧循环进行取心或打捞。而取心或打捞又要求在下钻时带回压凡尔。带回压凡尔就投不了球,要投球就不能带回压凡尔。为此笔者设计了用变排量控制投球的6"阻流式投球接头,解决了带回压凡尔也能投球的问题。经现场使用,效果良好。     

投球式多功能抽油泵研制与应用

稠油生产井在冲砂、堵水、蒸汽吞吐等措施作业中需多次起下管柱,存在措施成本高、生产时率低的问题。为此,结合现场实际需要,研制了投球式多功能抽油泵。在常规管式抽油泵的基础上,研制了开放式固定凡尔总成,对滑块套、支撑弹簧、固定凡尔座等核心部件结构进行优化设计,形成了3种规格的投球式多功能抽油泵。投球前带泵管实施油井相应措施,措施后投入固定凡尔球,下抽油杆及活塞即可直接转抽生产,省略了起管柱再次下泵这一作业环节,满足了油井注汽、冲砂、堵水等工艺一次管柱完成的现场需求。该工艺累计应用29井次,成功率为100%。投球式多功能抽油泵可有效简化作业施工工序,降低作业成本,提高油井生产时率,可为稠油油井高效生产提供技术支持。     

非均匀应力场影响下的裂缝扩展模拟及投球暂堵优化

水平井投球暂堵是实现致密油气藏压裂段均匀改造的关键技术,但目前针对压裂施工中实施不同投球暂堵工艺措施后多簇裂缝扩展形态的研究成果却较少,致使现场投球暂堵工艺措施的制订缺少相关的理论支撑,影响了该工艺在压裂施工现场的应用效果。为此,基于边界元方法建立了水平井"井筒—孔眼—裂缝扩展"全耦合模型,提出了暂堵球分配的计算方法,进而模拟在初始非均匀应力场条件下进行段内暂堵转向时暂堵球的投球数量、投球时机、投球次数及其对多簇裂缝扩展的影响。研究结果表明:(1)压裂过程中,射孔孔眼摩阻的限流作用会平衡诱导应力干扰带来的进液量差异,使得各簇裂缝中流体流动受到的阻力差距缩小;(2)当考虑初始应力场非均匀分布的影响后,各簇裂缝进液量发生明显的变化,高应力区域甚至出现不进液的无效射孔簇,而实施投球后,无效射孔簇会产生新的裂缝;(3)当初始最小水平主应力差(?σ_h)超过3 MPa时,在施工中期适当增加投球数量(大于单段总射孔数的一半),或者在中前期进行投球暂堵(包括在中前期分批次投球),有利于降低各簇裂缝的非均匀扩展程度;(4)当初始?σ_h低于2MPa时,应减少投球数量或在施工中后期投球,否则会加剧各簇裂缝的非均匀扩展。