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。     

油气井水力喷射射孔压裂管柱及配套工具

油气井水力喷射射孔压裂管柱及配套工具适用于油气井储层的分段射孔和分层改造,它是依据水力喷射射孔及水力压裂工艺原理而研发的。该管柱在直井和水平井中均可使用,尤其在水平井中优势非常明显。     

水力喷射压裂工具存在问题及完善

水力喷射压裂技术是集水力射孔、压裂、封隔一体化的增产改造新技术,井下工具是该技术成功实施的关键。江苏油田利用该技术已经压裂44口井、89段,成功率达96.7%。对于不成功的井,或技术实施成功、中途遇到异常的井,对井下工具进行重点分析,总结工具的磨损规律,对滑套密封不严、喷嘴磨损严重、保护盖板脱落、本体外表反溅伤害严重、施工压力异常等情况进行举例分析,结合理论研究,提出工具改进措施,有效提高了工具的使用寿命和水力喷射压裂的成功率。     

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。     

水力喷射射孔工具的研制与应用

简述了水力喷射射孔的基本原理 ,介绍了喷管式、对称割缝式和 3孔固定式三种不同射孔工具的基本结构、工作原理和技术特点。在地面对喷管式和三孔固定式两种射孔工具做了试验 ,表明水力喷射射孔是一种高效的射孔手段 ,可满足油水井射孔需要。从 3种工具的现场施工效果看 ,大部分井经射孔后有明显的增油效果 ,有少数井效果不够理想的原因是 :对地质情况分析不透、工作介质选择不当 ,以及工艺设计不合理等。建议对水力喷射射孔工具的结构进行优化改进设计 ,合理选用工作介质 ,优化工作参数 ,认真研究井况 ,确定最佳射孔部位。     

水力喷射射孔技术研究与应用

水力喷射射孔技术依靠高速流体来冲击破碎岩石，在地层中形成清洁的液流通道，降低油井表皮系数，提高油井完善程度、地层渗透率及采油速度。分析了水力射孔的破岩原理、参数计算以及适用范围。3种水力喷射射孔技术的地面试验研究表明，水力射孔技术可快速射穿套菅和水泥环，能够满足油水井射孔需要；现场应用表明，大部分油水井见到了明显的增产增注效果。     

新型水力射孔工具改善了水平井的压裂效果

一种新型水力射孔工具改善了水平培压裂启缝的成功率。该工具可在地层中射出径向孔槽，使裂缝精确对准射孔孔眼而得以改善产液流动性能；该工具还在这后射成径向的扇形切缝，同时射成的套管孔口足够小而不破坏套管的整体性，从而消除或降低了通往井筒的裂缝通道的弯曲程度，改善了增产措施，清除地层损害以及分段压裂的效果。     

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。     

新疆油田成功实施水力喷射压裂

由中国石油勘探开发研究院廊坊分院提供井下工具和设计、新疆油田公司组织实施的BJHW601井，分3次进行了分段水力喷砂压裂，获得日产37．2m^3高产油流。     

水力压裂工况对活动弯头冲蚀行为的影响

目的探究压裂施工参数对活动弯头冲蚀的影响,厘清不同工况条件下活动弯头冲蚀行为及冲蚀速率的演化趋势。 方法使用CFD软件建立通径为69.85 mm的双弯弧活动弯头模型,结合压裂实际工况,分别针对不同安装角度、支撑剂质量流量、压裂液流速及黏度条件下活动弯头冲蚀行为进行仿真计算。 结果不同工况条件下弯头最大冲蚀速率均出现在第二弯弧外拱侧出口处。在其他参数相同的条件下,活动弯头最大冲蚀速率在安装角度75°时出现极小值;支撑剂质量流量在4.2～25.2 kg/s 范围内,最大冲蚀速率呈线性增大,当支撑剂质量流量达到 33.6 kg/s 后,由于“屏蔽效应”导致冲蚀速率增速较略有降低;冲蚀速率随着压裂液流速增大呈近似指数型增长趋势;压裂液黏度在 10～40 mPa·s 范围内时,活动弯头最大冲蚀速率较为平稳,随着黏度逐渐增大,最大冲蚀速率也随之增大,并在 120 mPa·s 后趋于平稳。 结论研究结果与现场实际基本符合,可为压裂现场活动弯头布局及施工参数优化提供有效参考。      

水力喷砂定点射孔力学机理

为了解决目前水力喷砂射孔施工设计准确率较低的问题,寻找实用可靠的水力喷射力学参数设计方法,进行了水力喷射与储层岩石力学作用的机理研究。根据能量守恒原理和冲量定理,建立了水力喷砂定点射穿套管、水泥环及地层系统能量方程,推导了水力喷砂定点射穿套管、水泥环及地层各阶段临界冲击力、临界冲击速度和射孔时间等关键力学参数计算模型,据此建立了水力喷砂定点射孔工艺力学分析图版。研究结果表明,水力喷砂定点射穿套管、水泥环及地层所需能量大幅度增加,射孔时间随之增大,但冲击力和冲击速度却相应降低,降低幅度比最大值分别为5.7%和8%。分析认为,建立的水力喷砂定点射孔工艺力学图版能较好地反映水力喷砂定点射孔过程,射孔时间误差为6.8%,为水力喷砂定点射孔力学参数设计与优化、水力压裂起裂基准提供了新的力学模型和理论依据。     

水力喷砂射孔在油气田开发中的应用

喷砂射孔技术集射孔，解堵于一体，适合于处理复杂井况条件，通过现场试验和理论研究，形成了一套喷砂射孔现场方案的设计方法，可以根据不同的油气井井身结构，喷射层位，喷射工具，设计喷射过程的施工排量，喷射时间，预测施工过程的压力及喷射深度，优化施工时间。     

水力射孔射流压裂工艺在长庆油田的应用

水力射孔射流压裂集水力喷砂射孔和射流加砂压裂于一体，是一项重大革新型的增产工艺。该工艺采用水力喷射专用工具，首先依靠高速射流作用实现套管射孔，并在射流状态下直接进行压裂作业，既可用于水平井多段压裂改造，也可用于直井单段或多段压裂改造。现场应用表明，对于水平井，该工艺可缩短施工周期、降低施工费用、提高作业安全性；对于直井，除具有传统压裂的作用之外，可在近井地带产生高导流缝穴，有利于增产和稳产。该工艺具有施工高效性、经济性、安全性以及明显的增产能力，对于低渗透油气田的开发意义较大。     

水力射流深穿透射孔产能分析及参数优化

水力射流深穿透射孔工艺及增产机理与常规射孔有很大差异,影响产能的因素更加复杂。基于势叠加原理和微元线汇渗流理论,考虑各射孔孔眼之间流动干扰作用、射孔段变质量不规则管流以及油藏渗流和孔眼耦合流动作用,建立了水力射流深穿透射孔井产能评价分析模型,对影响深穿透射孔油井产能的主控因素及规律进行了研究。结果表明,孔眼数量、射孔深度、孔眼在平面上的分布和纵向射孔密度是影响产能的主要因素,对这些参数进行了优化,为水力射流深穿透射孔工艺方案设计提供了理论依据。     

淹没条件下星形喷嘴射流流动特点的实验研究

对近期清洗行业出现的星形喷嘴射流进行了淹没条件下的实验研究。利用粒子成像速度场仪对星形喷嘴射流的速度场进行了测量,分析了星形喷嘴的射流衰减机理。实验发现,星形喷嘴射流与普通圆射流相比,其射流初始段较短,但基本段内速度随喷距衰减的速率较低。在7倍于喷嘴直径的喷距以内,星形喷嘴射流的速度低于圆射流速度。随着喷距的进一步增加,星形喷嘴射流的速度高于圆射流速度。在10～12倍于喷嘴直径的喷距范围内,星形喷嘴射流的最大速度和最大动压力分别提高了约20%和44%。该项研究为星形喷嘴射流在石油钻井工程中的应用提供了依据。     

水力喷射径向钻孔器的流场特性

水力喷射径向钻孔器的结构优化设计和破岩性能直接决定了钻进速度。文中利用CFX软件建立水力喷射径向钻孔器的有限元数值模型,开展了钻孔器内外流场的三维流动特性分析,研究了入口排量、井眼内径对流场特性的影响规律。结果表明:随着入口排量的增加,前、后喷孔的最大流速均有所增加,且后喷孔的最大流速大于前喷孔;随着井眼内径和入口排量的增加,钻孔器最大流速增大。同时开展的水力喷射钻水泥环实验研究发现,岩样硬度对钻水泥环的喷射效果有较大影响。若岩样硬度较大,形成的水眼较浅;若岩样硬度较小,喷射速度快,易于破岩,形成的水眼较深。研究成果可为优化钻孔器的结构参数、提高钻孔器的工作性能以及完善水力喷射径向钻孔工艺提供理论指导。     

底水油藏水力喷射钻孔产能及开发效果分析

针对陇东油田底水油藏特征,确定了水力喷射钻孔的合理位置;根据油田的实际油藏参数运用数学解析的方法,分析了影响水力喷射钻孔井产能的因素,研究了水力喷射钻孔技术对底水油藏的开发效果。结果表明,射孔孔深、射孔孔眼半径、射孔数和油层厚度等因素对油井的产能均有影响;水力喷射钻孔的孔深越深,射孔半径越大,射孔数越多,产能比就越大;且水力喷射钻孔技术在薄油层的开发效果好于厚油层。在底水油藏实施该项技术可以有效的控制底水锥进从而提高采收率。     

非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟

全面考虑三维、旋转、非对称多个喷嘴射流等多种因素,对垂直和倾斜射流分别进行了数值模拟,并详细分析了井底和钻头间各面上的数据。布置了非对称分布的4个喷嘴射流,明显地改善了井底流动状况。喷嘴倾斜射流能更好地加强井底流体的携带能力,彻底清除滞流或回流。但须注意在钻头表面上布齿时要避开涡,以减少流体对齿的冲蚀.     

水力喷砂射孔孔道形态研究

为了进一步认识水力喷砂射孔机理,检测水力喷砂射孔成孔的形态和孔深,考察岩性、排量和喷射时间等参数对水力喷砂射孔的影响,了解裂缝起裂特征,开展了水力喷砂射孔孔道形态研究。完成了露头岩样靶件和水泥靶件的设计与制作,优选了实验参数和配套工具,并完成了喷砂射孔实验和喷砂射孔起裂实验。为了获得真实、直观的孔形结构,配套专用切割工具完成了靶件的解剖、测绘。实验结果表明,水力射孔形成的孔道深度远低于前期室内实验所得出的深度;水力喷砂射孔孔道形态主要为正常射孔靶件的准纺锤形喷孔和正常起裂的纺锤形—剑形组合喷孔两种形态;水力射孔形成的两个喷孔在形态上几乎对称;当靶件起裂后,喷孔深度成倍增加,同时起裂靶件不同方向上喷孔形态和深度不一样。     

喷射泵气蚀现象试验分析

对喷射系试验模型进行了调节混合液流量大小及改变喉嘴距长短两种工况的试验。在调节混合液流量的大小时，动力液的流量也相应变化，动力液通过喷嘴时的速度也发生变化，从而造成随混合液流量的减少，气蚀现象由强变弱直至完全消除。由三种不同的喉嘴距试验得出，增加喉嘴距，可使喷嘴与喉管间的环形过流面积增大，等量流体通过较大面积时的流动速度将更低，压力将更高，气蚀现象就更不易产生。根据试验及分析，考虑到既能保证喷射泵工作效率又尽可能减少气蚀，可定性取喉嘴距0＜x＜d。