控压钻井常用节流阀节流精度对比分析

节流阀作为控压钻井技术中控制井口回压的关键部件,其结构的不同会涉及到精确控压问题。以新疆油田常用的控压节流阀为分析基础,通过其结构分析和开度与节流面积关系研究分析,给出了不同节流阀的控压精度对比说明,以期为今后的节流阀使用提供一定的借鉴。     

基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法

为了提高控压钻井的控压精度,研究了基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法。分析了节流阀的节流控压原理,根据伯努利方程建立了表征节流阀物理特性的方程;利用采集的节流阀节流控压试验数据,通过Matlab软件进行线性回归,得到了可计算节流阀控压的四参数公式;根据试验选用的节流阀开度与当量直径的特性曲线,采用Matlab软件进行拟合,得到了节流阀开度与节流面积的关系方程;根据节流阀开关试验得到的节流阀开度与开关时间数据,利用Matlab软件拟合出了开度与开关时间的关系方程,将上述各方程相结合得到了节流控压的理论模型。利用Matlab软件的半实物仿真插件将模型转化为通用实时代码,并采用模块化建模方法,编制了控压钻井自动控制软件,形成了控压模型。循环模拟系统验证显示,控制系统的响应时间小于10 s,控制精度达到了±0.2 MPa,满足控压钻井精细控压的需求,这证明基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法是可行的。      

井控节流阀冲蚀机理及结构优化

节流阀是钻井井控管汇中的关键设备，它是否正常工作直接关系到压井的成败。为此，采用现代分析软件ANSYS对井控装置中的井控节流阀进行了流场分析，根据节流阀流场的特点，定性地研究了楔形节流阀现场使用中容易产生冲蚀的原因。对现有节流阀的结构进行了优化设计，即将楔形节流阀的平面改为弧面；在阀心上部仍采用楔形平面，但在阀心末端留一段平面使其平行于壳体的中轴线，楔形面与平面间采用圆弧过渡，保证流体出流方向不指向壳体，避免了流体对壳体壁的冲蚀。同时，阀心上端部的直线段满足了对压降的线性调节要求，更适合现场使用。     

线性调节节流阀技术研究

随着石油工业快速发展,钻井技术开始向着自动化方向迈进,控压钻井技术是自动化钻井的一个方面,节流阀是控压钻井系统的核心部件,其性能影响控压钻井实施效果。文章针对现有节流阀难以满足实时精细调控的难题进行研究,设计出了压降随开度线性变化的节流阀,打破了国外技术垄断。进行了整体结构设计与执
行机构选型,并通过性能试验验证了设计理论：在25%~85%的开度范围内压降随开度线性变化。结合现代计算机控制技术,节流阀自动调节过程控制精度高、可靠性强、反应灵敏,线性调节节流阀为控压钻井、井控节流等系统提供关键部件,为压力控制技术的应用奠定硬件基础,具有重要的理论价值和工程意义。     

钻井用节流阀抗冲蚀性能的实验评价

发生井喷事故时主要依靠节流阀来控制井内流体的流速,因而要求其具有较强的抗冲蚀能力,但目前的节流阀抗冲蚀能力评价大多都停留在有限元分析或流体流场模拟计算阶段,无实测数据,未进行定性、定量评价,给选型和使用都带来了较大的困难。为此,采取远程控制阀开启度调整实验压力和流体流速、氮气注入压力略高于实验压力来保证气体有效混入形成三相流体的实验思路,闭环模拟了不同流速、不同流体组分、不同压力条件下的井喷对孔板、圆柱和楔形3种节流阀的冲蚀情况。实验结果表明:①抗冲蚀能力依次为圆柱节流阀楔形节流阀孔板节流阀;②在实验压力范围内,楔形节流阀阀芯出现轻微蚀痕,下游短节发生单边冲蚀,抗冲蚀能力较弱;③当孔板节流阀开度约1/8时,实验泵压多次跌落回4 MPa,其阀芯后端受到严重冲蚀。进而依据实验结果,提出了改变楔形节流阀阀芯形状、优选材质、在孔板节流阀的阀芯侧面增加密封件等改进思路。结论认为,所形成的三相流体抗冲蚀评价方法可应用于类似结构节流阀的评价。     

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;在不同开度下,随着流速的增加,最大冲蚀率统一呈现上升趋势,并随着开度的增加,上升趋势更加明显;随着颗粒直径的增加,最大冲蚀率呈现上升趋势;随着质量流量的增加,最大冲蚀率不稳定,大体呈现上升趋势;节流阀通常在小开度下工作,小开度的不同工况下,节流阀最大冲蚀位置都处在节流阀阀芯上,将节流口处改为阶梯形结构,通过仿真结果对比,可有效降低节流阀最大冲蚀率。研究结果可为节流阀的进一步优化设计提供参考。     

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。     

高压井控楔形节流阀三维流场模拟及阀芯失效分析

井控节流阀是钻井井控管汇中的关键设备,直接关系到压井的成败。根据节流阀实际流场情况,建立了楔形节流阀三维有限元模型,并基于流体动力学理论,运用流体分析软件对高压井控节流阀内的三维流场进行了模拟,得出节流阀内部流场分布规律及特点。结果表明,由于内部流体的高速流动,阀芯在楔形面沿轴向处以及前端处会首先发生冲蚀失效。将该分析结果与现场阀芯失效的实际情况进行了比较,结果非常吻合。     

固定节流阀特性研究

钻井过程中为了平衡地层压力，需要井控节流阀向井底提供回压。但对于高压地层，靠一级节流阀不可能提供足够的回压来平衡地层压力，这就需要采用二级节流甚至多级节流来提供足够大的回压。在实际应用中可采用一级固定节流阀和一级可调节流阀相结合的方式来提供回压。固定节流阀主要是采用细长孔来实现降压，使得流入可调节流阀的液体压力低于50 MPa来保证可调节流阀在安全可靠的情况下调节对井底回压，实现成功压井。为此，应用流体力学理论和先进的流体分析软件ANSYS， 对井控装置中用于多级节流的固定节流阀的孔径以及长度大小对压降的影响进行了数值计算分析。结果表明，理论上得到的结论与数值计算结果基本一致。     

控压钻井节流阀阀芯轮廓曲线设计

控压钻井节流阀是钻井系统中控制压力的关键部件,控制系统通过一定策略来改变阀的开度从而快速、精确地控制井口压力,要求节流阀开度和阀两端压降呈近似线性关系。根据节流阀流量、压差与过流面积的数学关系,采用曲线包络的数学方法建立了控压钻井节流阀阀芯轮廓线的数学模型,绘制出开度-压降呈线性关系的阀芯轮廓曲线,并通过计算各个开度下的过流面积和压降对所建模型进行了验证。该数学模型可针对不同工况下的MPD节流阀设计提供理论依据,具有一定的工程实际意义。