井下低频脉动注水工具设计及仿真计算

分析了油田稳压注水开发中存在的问题和井下低频脉动注水技术机理。在调研国内外低频脉动注水工具的基础上,设计了一种新型井下低频脉动注水工具,可不改变现有注水工艺在井下自动运行。根据设计参数进行了建模仿真,仿真结果与理论计算数值能够较好地吻合。     

低频脉冲注水工具的结构设计与计算

利用低频、高幅的振动波处理油层,可以拓宽波及范围、提高流体的注入速度和产油率。现有的工具多为地面增压方式,不能与常规注水管网相连,且对注水管柱的强度要求很高。为此设计了一种井下增压的低频脉冲注水工具,叙述了该工具的组成与工作原理。综合考虑系统要求与作业环境,对该工具关键部件的主要参数进行了设计计算。建立了系统的动态仿真模型,分析了各部件的工作性能。仿真结果表明,压力脉冲的峰值可达5.7 MPa,脉冲频率为0.042 Hz,满足了系统对油层进行低频率、高振幅振动波处理的设计要求。     

钻完井工具冲蚀试验平台设计及性能测试

为了能够更好地模拟海洋石油开发实际工况,进而研究不同环境压力和流速情况下钻完井工具的冲蚀试验规律,基于磨料射流原理设计研发了钻完井工具冲蚀试验平台。该试验平台能够方便地控制冲蚀试验的环境压力、流速和含砂量,进行环境压力0～20 MPa,流速0～100m/s,角度0°～90°,颗粒直径0～2 mm条件下的冲蚀试验。测试结果表明:在42 m/s的流速下,喷嘴出口压力瞬时波动仅为±0. 02 MPa,不超过当前压力的2%,流量波动为±0. 2 L/min,砂比误差为±0. 2%,验证了冲蚀试验平台具有较好的压力、流量和砂比的稳定性,间接验证了冲蚀试验平台具有较高的流速稳定性;采用316L金属试件进行了3次重复性测试,测试结果误差均在5%以内,验证了冲蚀试验平台试验数据具有很好的重现性。钻完井工具冲蚀试验平台的成功研制并投入试验应用,对开展井下工具的冲蚀特性研究和提高海洋石油开发效率具有重要意义。     

QPQ表面处理技术及提高工具耐冲蚀性能试验研究

为了提高海洋石油用井下工具的耐磨和耐冲蚀性能,采用理论和试验方法,开展了4145材质的QPQ表面处理技术的应用研究和耐冲蚀性能试验研究。结果表明:在模拟现场压裂作业工况(高砂比、大排量)下,QPQ处理工具的平均冲蚀厚度约3 mm,QPQ处理的工具较磷化处理的工具有较高的耐腐蚀性能和良好的自润滑性能。QPQ处理后的整套压裂工具在渤海油田某井成功应用,满足压裂作业的要求。     

一种新型负压脉冲钻井工具的设计及研究

在钻井作业中,为解决深井、超深井机械钻速慢的难题,设计了一种新型负压脉冲钻井工具。工具内装有高压机械自激交互式水力脉动腔,采用流速为50 m/s的高压泵对该腔进行初步的实验研究,实验结果表明,机械自激交互式脉动腔短节能够将稳定来流转换成脉动流体,形成初次振荡效果。为方便现场应用,提出了新型负压脉冲钻井工具在常规钻井中的使用方案。这种新型负压脉冲钻井工具有利于破碎井底岩石。     

裂缝性碳酸盐岩油藏脉冲注水研究

在裂缝性碳酸盐岩油田注水开发主要是利用毛细管的渗吸作用。注入水驱油时,毛管自吸作用使注入水进入基质系统并将原油驱替至裂缝系统。采用脉冲注水方式能够有效的利用渗吸作用来改善此类油藏的水驱开发效果,可以提高油藏的最终采收率。本文在实验室岩芯的渗吸规律与脉冲注水的分析基础上,论证合理的开发指标。实验研究表明,碳酸盐岩基质系统物性较差,从而在渗吸作用中驱油效率较低。相对自然渗吸作用,脉冲注水可提高0.61%~8.92%的驱油效率。在数值模拟与实际开发的验证中也表明脉冲注水能提高裂缝性碳酸盐岩油藏的采出程度。     

新型分层注水工具及配套技术

由于偏心配水器特定的结构，使得注水井在分层测试时只能采取差减法，而差减法测试存在许多弊病：     

数字式分层注水流动特性研究与分析

针对长庆低渗透油藏精细分层注水特点,常规分注技术存在实时监控难以及测调过程复杂等问题,提出了数字式分层注水技术。该技术应用配水器集成孔板流量计、一体化可调水嘴、电机、验封短节、井下电源、通信模块及控制芯片等部件,实现了配水器的自动验封、自动调节、数据实时录取与存储和无线通信的功能,极大地提高了注水过程的自动化水平。通过分析油管的沿程流阻、水嘴和流量计的阻力损失,建立了数字式分层注水井注水的流动特性分析力学模型。利用该模型可以计算得出井下各层的注水压力及水嘴开度关系,进而优化注水参数,提高分层注水效果。     

石油钻井工具用非标碟簧力学特性研究

石油钻井工具常使用非标碟形弹簧缓冲振动,基于大变形弹塑性理论,使用有限元法分析了118 mm非标碟簧在加载过程中的力学特性。分析结果表明,随碟簧压缩位移增加,VonMises应力、周向应力、轴向应力、轴向变形量、周向变形量和厚度t轴向变形量呈非线性增大趋势。压缩位移小于2.5 mm时,碟簧未出现塑性变形;压缩位移为2.5 mm时,周向应力、轴向应力、轴向变形量和厚度t轴向变形量剧增,且碟簧发生塑性变形。对碟簧进行了刚度试验,压缩位移小于0.47 mm时碟簧刚度约为0.66 kN/mm,压缩位移大于0.47 mm时碟簧刚度值约为2.74kN/mm。结合数值模拟结果,建议单片碟簧的工作载荷应小于6.02 kN。该项研究结果表明,有限元法和碟簧刚度试验测定相结合,可以分析非标碟簧的工作力学特性,确定非标碟簧的最大工作载荷,为其科学使用提供依据。     

低频水力脉冲延时先导阀设计计算及仿真

为产生低频脉冲采油技术中的低频脉冲波，设计了一种延时先导阀。阐述了延时先导阀的工作原理，并根据延时先导阀的工作过程，建立了其开启阶段的特性方程。分析了影响先导阀工作频率的相关因素。以控制流量输入进行了实例仿真，并对仿真结果进行了分析。     

古云集油田超前注水技术研究及应用

古云集油田为注水开发的低渗透油藏，利用数值模拟和矿场数理统计对该油藏的渗流规律进行了研究，对低渗透油田超前注水的机理和开发效果进行了分析，并优选了超前泣水期合理地层压力的保持水平、注水压力、注水强度、注水时机等相关参数。现场实践结果表明，超前注水技术应用后可取得较好的开发效果。     

水力脉冲强化压裂工具设计与分析

随着石油勘探开发力度不断加大,低渗透、超低渗透等非常规油气资源逐渐成为各国油气田的增产主体。超低渗地层使用常规水力压裂技术就会存在造缝程度低、泵注量大、能量利用率低等问题。针对上述问题提出了利用水力脉冲强化压裂的构思,并对水力脉冲压裂所用到的涡轮机构工具进行设计,分析并使用有限元数值模拟软件进行受力分析验证设计可行性以及所需材料强度。数值模拟结果表明：涡轮部件中部更易发生变形与断裂,需要选用材料强度较高的材料保证强度。工具采用涡轮驱动脉冲开关、止回阀防止回流、齿轮副调节脉冲频率,模块化程度高;设备组装便捷、可靠性稳定、耐酸耐高温,地层适应性强,能够满足水力压裂工艺需要。     

海上油田脉冲水力冲击解堵工具设计

研究了海上油田脉冲水力冲击解堵工具的结构和工作原理.计算了该工具产生的最大压力,分析了冲击室的抗挤毁能力及冲击片的结构和爆破压力的影响因素.结果表明,冲击室挤毁主要受弹性屈曲控制,冲击片的材料和厚度选择直接影响冲击片的爆破压力,计算得到30 MPa破裂压力的冲击片厚度为1.0 mm.设计的冲击室和冲击片满足水力冲击工艺...     

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。     

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。     

注水配套工具的研制与应用

多级分注工艺技术在沈阳采油厂进行了推广应用,但在Ф177.8mm套管注水井现场实施过程中出现了管柱变形问题.针对此问题,研制了多种配套工具,为注水井的正常注水及区块的稳产提供了有力支持.     

水平井喷砂射孔填砂压裂工具冲蚀规律

连续管携带的压裂工具串冲蚀十分严重,制约了水平井喷砂射孔填砂压裂工艺作业效率及推广应用.为此,通过观察现场压裂作业后井下工具串的冲蚀形态,确立了工具主要冲蚀区域的结构特征,通过数值模拟对3种易冲蚀结构进行冲蚀机理研究,找出了冲蚀速率的影响因素,提出了压裂工具的优化思路.研究结果表明:压裂工具在环空高速携砂液冲蚀下会在其...     

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。     

高含水油藏脉冲注水开发效果及其影响因素分析

脉冲注水作为油藏开发中后期一种有效挖潜措施,其增产效果受诸多因素影响。为了研究脉冲注水效果影响因素和增产效果,选取典型区块（港东二区四断块）开展脉冲注水数值模拟试验,并对试验结果进行分析总结,从而加深对脉冲注水技术的了解,为脉冲注水现场实施提供一定参考。通过研究发现,在合理的参数条件下,脉冲注水是一种提高油藏采收率的有效增产手段。