基于流场分析的Y型对接式压裂管汇布局研究

为提高压裂管汇的使用寿命,在传统的直角对接式布局基础上,设计了一种Y型对接式压裂管汇撬。运用Eulerian-Lagrangian方法与流体分析软件,分析获得不同结构参数下Y型对接式压裂管汇的流场压力、流场速度、冲蚀分布规律,并对Y型对接式布局进行优化。研究表明,随着对接角的增大,Y型对接式压裂管汇的流场压力、速度分布越不稳定,最大冲蚀速率随之减少,平均冲蚀速率随之增大; 在对接四通拐角处设置过渡倒圆后,随着倒圆半径的增大,最大冲蚀速率及平均冲蚀速率随之减小; 在对接角45°、倒圆半径20 mm时,最大冲蚀速率减小37.6%,平均冲蚀速率减少49.7%; Y型对接式压裂管汇的冲蚀速率比直角对接式结构有显著减小,提高管汇使用寿命。     

连续管压裂冲蚀磨损性能研究

鉴于连续管压裂冲蚀失效的研究较少,且不全面,采用欧拉-拉格朗日方法以及Finnie冲蚀磨损理论,研究了压裂液对螺旋段连续管冲蚀磨损机理。采用控制变量法分别研究了支撑剂质量浓度、携砂液流量以及支撑剂粒径对螺旋段油管冲蚀磨损率的影响。研究结果表明,压裂液对螺旋段连续管的冲蚀磨损主要发生在油管外侧,除油管入口段外,其余部分冲蚀情况几乎相同;随着压裂液流量及支撑剂质量浓度的增加,螺旋段连续管的冲蚀速率增加,其中压裂液流量对冲蚀速率的影响尤为显著;随着支撑剂粒径的增大,最大冲蚀速率呈现出先减小后增加大的趋势,但是其平均冲蚀速率变化不大。研究结果对连续管压裂技术的现场应用具有一定的指导作用。     

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。     

SJX5270TYG压裂管汇车的研制

在对原压裂管汇车的软管框固定方式、高压管汇及直管管架的结构、液压系统和整机尺寸进行改进设计的基础上,研制了新型SJX5270TYG压裂管汇车。新型管汇车在移运性、安全性和吊装方便性等方面都有较大的提升,能更好地满足油田压裂现场的作业需要。室内试验情况表明,该管汇车试压作业安全、吊装方便;能很好地适应各油田的路况,可经受恶劣工况的考验,运行性能稳定;可节省管汇连接时间,减轻工人劳动强度,降低作业成本。     

高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测数值分析

压裂作业中长周期运行的高压管汇在恶劣工况下极易产生冲蚀损伤,高压管汇的在线检测对保障安全生产尤为重要。为此,针对高压管汇冲蚀缺陷,基于脉冲涡流检测技术,采用Maxwell软件对高压管汇下表面缺陷检测模型进行数值模拟,分析磁感应强度矢量法向和切向分量,探究冲蚀缺陷脉冲涡流检测规律。研究结果表明：一定条件下,脉冲涡流检测高压管汇冲蚀缺陷时,激励电流为1.5 A,激励频率为500 Hz,线圈内径为10 mm时具有较高灵敏度;对于不同角度冲蚀缺陷,可根据差分信号梯度云图中的亮斑形状获得缺陷形状信息;法向检测信号差值与缺陷半径和缺陷深度呈三次多项式关系;线圈中设置铁芯可增加检测信号幅值,一定范围内,铁芯半径对检测效果影响较小。所得结论可为高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测装置的研制提供参考。     

加氢高压空冷器全流场数值模拟和冲蚀预测

针对加氢装置的实际工况,运用ASPEN软件计算空冷器入口多相流的物性参数.运用Fluent软件中的Mixture模型、标准k-ε湍流模型和近壁面低Re模型,对空冷器入口管道、法兰、管箱、管束进行全流场数值模拟,对上、下两排空冷管束的流速和水相分率进行综合分析,实现冲蚀预测.计算结果表明:多相流流经空冷管箱时,会在法兰两...     

压裂管汇无损检测方法改进

按照现有无损探伤检验标准检验合格的压裂管汇在压裂作业时出现了管件刺漏、爆裂等情况。分析了压裂管汇中管件结构的特点和现有的无损检测方法的适用性。增加了管件的检测部位,改进了检测方法,并研制出了能检测不同形状和尺寸管件的超声波探头和比对试件。采用改进的无损检测方法,检测出不合格管件数增加44.9%。新增加检测部位后,检测出不合格管件数增加63.7%。目前已应用改进的无损检测方法1a多,在压裂作业时未出现高压管件刺漏或爆裂情况。     

超深井变径连续管冲蚀磨损规律研究

针对超深井变径连续管的冲蚀问题,基于冲蚀理论和固液两相流理论,对变径连续管的井下水平段和滚筒缠绕段进行冲蚀模拟分析,研究变径连续管不同壁厚和变壁厚段的冲蚀情况,采用控制变量法研究排量、含砂比、颗粒直径以及颗粒密度对变径连续管的冲蚀影响规律。研究表明：随着壁厚的减小,变径连续管内壁的冲蚀逐渐减小,变径段的冲蚀要比不变径段的冲蚀小,而且滚筒缠绕螺旋段的冲蚀集中在连续管外侧。此外,随着排量、含砂比、颗粒密度的增加,最大冲蚀速率呈增大的趋势;随着颗粒直径的增加,最大冲蚀速率呈减小的趋势。研究结果对变径连续管的应用具有一定的指导作用。     

140MPa压裂管汇车的研制

为适应我国大型油气藏开发需要和油田道路的特点,研制了140MPa压裂管汇车,将替代同类设备的进口,打破国外压裂设备制造厂家的市场垄断;140MPa高压管汇系列产品的国产化可降低我国油田的开发成本,更好地满足油田的压裂施工需要。     

气体钻井对井口四通冲蚀磨损规律研究

气体钻井中携岩气体冲击四通内壁是导致四通失效的主要原因。基于气固两相流和冲蚀理论,运用CFD软件对四通本体流体域进行数值计算,分别研究了实际钻井工况下钻杆偏心的情形和不同钻井工艺对四通本体的冲蚀规律。研究结果表明,随着偏心距的增大,岩屑的轴向速度逐渐增大,局部冲蚀速率也呈现增大的趋势;由于偏心造成的岩屑粒子轨迹偏转向四通宽流道一侧冲击,容易在局部造成严重的冲蚀缺陷,导致四通承压能力下降;在不同钻井工艺下,冲蚀速率峰值和流体速度峰值都随注气量和岩屑质量流量的增加而基本呈线性递增趋势,而与岩屑粒径成反比关系,四通出口压力对冲蚀速率的影响不大。因此,在实际钻井中应尽量减少钻杆的偏心作业,合理控制注气量、岩屑质量流量,以保证钻井作业的安全进行。     

高压管汇冲蚀磨损规律研究

针对高压管汇在压裂作业时内壁受冲蚀作用导致磨损破裂失效的问题,基于固液两相流和冲蚀磨损理论,利用FLUENT软件研究了高压管汇内壁的冲蚀磨损率和冲蚀离散量分布规律,分析了高压管汇的弯管段曲率半径、弯曲度和管汇内壁直径对管汇冲蚀磨损规律。研究结果表明:高压管汇的弯管出口处发生冲蚀磨损最严重,离散量集中分布在弯管处至直管出口处,而在直管段冲蚀磨损率很小;随着管汇的内壁直径、弯管曲率半径和弯管段弯曲度的增大,管汇的最大冲蚀磨损率和平均冲蚀磨损率减小;随着进口流速的增加,管汇的最大冲蚀磨损率和平均冲蚀磨损率增大。研究结果可为高压管汇的失效、预防以及安全防护提供参考依据。     

节流管汇冲蚀磨损研究及结构改进

提高节流管汇的抗冲蚀能力、减少节流管汇的失效概率,对于成功控制溢流、实现井控安全有重要意义。从冲蚀磨损机理、数值模拟仿真和结构改进等方面开展了节流压井管汇防冲蚀磨损研究。模拟结果认为,随着开度的增大,钻井液冲蚀速度在不断降低,但钻井液速度仍高于临界冲蚀速度,冲蚀区域主要发生在下游管路入口和出口附近的管壁上。针对数值分析结果,提出了节流管汇结构改进方案。改进后的节流管汇现场试验时,防冲刺短节内部无明显的冲蚀现象,防刺效果较好,满足现场使用要求。     

基于支持向量机的压裂效果预测方法研究

压裂效果受多种因素的影响,不同的井况参数和施工参数对压裂效果的影响具有许多非线性的规律。运用基于统计学习理论的支持向量机方法,建立了影响因素与压裂效果之间的预测模型,利用其训练算法对模型进行训练,然后对检验样本进行预测,结果表明支持向量机方法能够达到较高的预测精度。把支持向量机的计算结果与灰色关联分析法和模糊神经网络法结果进行对比,显示其预测精度高于后两种方法。实践证明,该方法用于压裂效果预测具有良好的适应性和实用性,可以用来指导压裂选井选层和压裂施工工艺。     

压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律研究

压裂液返排期间,由于支撑剂的回流返吐导致放喷油嘴磨损严重,不仅增加了更换油嘴的成本,而且影响压裂施工效果。为了延长放喷油嘴的使用寿命,基于光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元(FEM)的耦合方法,对压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律进行数值模拟研究。以磨损速率为判断标准,优化设计了放喷油嘴的内流道结构,优选了油嘴材料,探讨了支撑剂质量分数和粒径对油嘴磨损程度的影响。研究结果表明:放喷油嘴收缩段与直线段的过渡段和出口处的磨损最严重,优选油嘴的内流道结构为流线形,收缩段长度为25 mm,整体长度为42 mm,材料为陶瓷;随着支撑剂质量分数和粒径的增加,放喷油嘴的磨损速率均呈现先增大后减小的规律;优化的放喷油嘴耐磨性强,使用寿命长,可保证压裂液返排施工高效进行。研究结果可为高压高含砂条件下的耐磨油嘴设计提供参考。     

灰色拓扑预测方法在评价压裂效果中的应用

应用 灰色拓扑预测方法,由压裂前的油井日产油数据,建立了GM(1,1)模型群,并预测了在压裂有效期内该井不压裂时的产量动态,从而可真实地评价压裂的增产效果。该方法尤其适用于压裂前产量波动比较大的情况。经矿场资料验证,可信度较高,可作为科学评价压裂效果的重要依据。     

基于流固耦合技术的压裂液管流特性研究

运用固体力学与流体力学理论,在考虑流固耦合效应下,采用有限元法研究了压裂液在压裂管路内流动时结构和流体的瞬态响应,实现管路与流体间的双向耦合,得到了压裂液流经管路后流体特性的变化规律,并将直管路内流体的压降规律与现场实测的压降进行对比,误差率为2.93%,证明了该方法的正确性和可行性。据此可指导水力压裂施工工艺的制定,以提高压裂效果,对油田长期有效开采具有重要的意义。     

压裂气井产能模拟研究

非达西效应在压裂气井生产过程中必然存在 ,引入与气水流动速度相关的非达西流动校正系数 ,建立了一套压裂井气水两相数值模拟模型 ,考虑了地层非均质性以及裂缝导流能力随位置和时间变化 ,并研制了预测压裂气井生产动态的数值模拟软件。应用研制的软件对影响压裂气井产能的地层及裂缝参数进行了大量的实例对比计算 ,模拟结果对于气井压裂方案优化设计具有重要的指导意义     

地应力对爆炸压裂影响规律的数值模拟研究

为了揭示地应力场对井内爆炸压裂作用下裂缝形成及分布的影响规律,进行了井内爆炸压裂室内模拟试验。基于弹塑性损伤理论建立了井内爆炸压裂数值计算模型,在借助试验结果验证模型准确性的基础上,研究探讨了地应力场对爆炸压裂作用下裂缝扩展规律的影响。研究结果表明:试验条件下,炮眼内炸药爆炸后并未对炮眼造成粉碎性破坏,且裂缝沿曲线扩展;爆炸压裂作用下井壁围岩中将产生长而宽的主裂缝和短而细的次裂缝;主裂缝扩展方向受地应力场控制,垂直于最小水平地应力方向;不同地应力场条件下,裂缝扩展范围及密度亦随之发生改变。 研究表明,准确掌握地应力大小及方位,有利于控制主裂缝的扩展及分布形态。      

超级13Cr钢冲蚀数值模拟与试验研究

在油气田压裂等储层改造过程中,高速携砂液流动会使管柱壁面受到冲刷腐蚀影响,造成材料流失,威胁井筒安全。为此,结合数值模拟与喷射式冲蚀试验,分析超级13Cr不锈钢材料受冲刷腐蚀影响规律,利用DPM离散相模型追踪固体颗粒撞击材料表面的速度与角度,为研究不锈钢表面受撞击后的抗腐蚀特性提供流体力学参数。研究结果表明,不锈钢材料在含Cl-纯液相介质中能够生成钝化膜以保护基体材料;超级13Cr材料在流速9 m/s常温条件下流动水介质中,开路电位稳定,材料在高速流动液相中具有较强的抗腐蚀能力。当颗粒撞击超级13Cr材料表面后,材料表面钝化膜破裂致使新基体金属暴露于腐蚀介质,部分材料参与电化学反应,同时发生钝化反应与活化反应,而新钝化膜又会受到后续粒子撞击难以生成,材料表面松软且粗糙,由此造成超级13Cr不锈钢再钝化能力降低,抗腐蚀能力不足。研究结果可为油管失效评估及服役寿命预测提供理论依据。