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。     

喷砂射孔技术及其在立陶宛的应用

喷砂射孔并不是一项新技术，几乎快被人遗忘了，即使是最晚发表的这方面的ＳＰＥ文章也是１９７２年的事人。与炮弹射孔不同，喷砂射孔是通过喷嘴，高速喷射含砂液，切穿套管和水泥环，切割进入储层深处。喷砂射孔的穿透深度比炮弹射孔大得多，也比水力压裂更省钱，更安全，更有效。１９９５年，一些合资经营的石油公司开始在立陶宛西部的小油田应用喷砂射孔技术，这些油田发现于前苏联时代，但是与当时苏联东部巨型油田相比，这些油     

水力喷砂分段压裂优化设计与施工

依据水力喷砂分段压裂的技术特点结合常规加砂压裂设计方法,建立了水力喷砂分段压裂优化设计方法。通过数值计算,给出了喷嘴数量与施工排量的匹配关系曲线和环空压力与排量的关系曲线,借助实验手段,模拟现场油管与环空注入压裂液的比例研究了压裂液混合液的黏弹性恢复能力和耐剪切性能,为现场水力喷砂射孔喷嘴数量、排量和射流速度的设计,加砂压裂油管和环空排量的优化提供了参考。     

基于FLUENT的水力喷砂射孔器喷嘴优化设计

针对水力喷砂射孔器上常用锥直形喷嘴射流性能不佳以及冲蚀磨损严重问题,基于锥直形喷嘴能量损失机理,对喷嘴入口收缩段结构进行了优化设计;借助FLUENT软件,通过射流特性和耐冲蚀磨损2方面对比分析,优选出性能最佳的喷嘴结构。分析结果表明:喷嘴射流性能不高的关键在于入口收缩段处的局部水头损失;在相同来流条件下,等变速形喷嘴射流能量损耗低,耐冲蚀性能佳,综合性能最优。综合射流特性和喷嘴冲蚀考虑,等变速形喷嘴的最佳结构参数为:出口直径6 mm,入口直径12 mm,圆柱段长度18 mm,收缩段长度10 mm。所得结论对喷嘴结构优化具有一定的指导意义。     

喷砂射孔降破技术在超深海相碳酸盐岩的应用

川西气田雷口坡组海相碳酸盐岩储层具有超深、低渗、高应力等特征,面临异常高破裂压力、储层压开难度大、常规降破措施效果差的难题。针对以上难题,开展了高温高围压射孔打靶试验,明确了射孔孔眼穿深不足是降破效果有限的重要原因;引入喷砂射孔降破技术,通过工艺优化,优选20/40目石英砂为磨料,确定了喷砂参数(喷砂质量浓度100 kg/m3、喷嘴直径5 mm、喷射排量1.8～2.0 m3/min、喷砂时间25～50 min),采用了基液、冻胶、清水液体组合携砂。现场试验表明,常规降破措施无法压开的井,在喷砂射孔后,成功实现了酸压改造。喷砂射孔降破技术具有显著的降破效果,可为同类超深、高破裂压力储层改造提供借鉴。     

水射流射孔对套管冲击压力的数值模拟

为了进一步认识水力喷砂射孔过程及射孔成孔的形态,分析了靶距、砂粒体积分数和喷射速度对套管射孔压力的影响。采用射流理论、材料冲蚀理论和计算流体力学,利用计算机仿真软件,对不同靶距、砂粒体积分数和射流速度下的喷砂射孔进行数值研究。研究结果表明,随着靶距的减少,套管壁上的射孔压力增加; 随着靶距的增加,套管壁上产生的射孔压力面积增加; 射孔压力随着砂粒浓度和喷射速度的增加而增加。该研究结果可为水力喷砂射孔及套管射开孔型的优化研究提供参考。     

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。     

水力喷砂射孔参数实验研究

通过室内模拟实验，对影响水力喷砂射孔能力的7个参数（射流压力，射流排量，射流磨料性质，磨料体积分数，磨料粒度。岩性和围压）进行了系统研究。初步得出了各参数对射流破岩能力的影响规律，实验表明，水力喷砂射孔能力随压力和排量的增加而增加；磨料粒度和体积分数都存在着一个最优值。磨料体积分数为6%-8%，磨料粒度为0.4-0.6mm；磨料的性质对水力喷砂射孔能力有一定的影响；岩石的性质和围压对射孔能力有很大影响；固定条件下存在着最大射孔深度和最优喷射时间。     

直井水力喷砂射孔排量波动对井壁开孔形状的影响

地面高压泵组排量波动不可避免,水力喷砂射孔管柱会随着排量波动而轴向运动,这使得射孔井壁开孔形状并非圆形,而是以井轴方向为长轴的椭圆形。基于线弹性变形和磨料射流切割理论,建立了水力射孔井壁椭圆孔形状评价模型。该模型通过确定各时刻喷射点坐标和射流切割深度来判断射流是否穿透套管形成有效孔眼。假设排量在波动范围内取值服从均匀概率分布,可得排量波动范围对椭圆长短轴的影响规律。结果表明,直井水力射孔排量波动范围与椭圆长轴呈线性递增关系;当排量波动范围低于±0.04 m3/min时,椭圆孔长短轴之比小于2.0,能够保证定点射孔要求。