磨料射流切割多层套管技术的试验研究

在淹没条件下对旋转磨料射流切割套管的规律进行了试验研究,重点分析了射流压力、喷嘴转速、喷距、磨料质量分数和磨料粒径等因素对切割深度的影响规律,目的在于研制一套切割海洋废弃井口的磨料射流工具,并获得影响切割效率的各种参数规律、切割工艺,从而形成一套可靠的、新的海洋废弃井口处理方法,以便较好地解决海洋环境保护与废弃井口处理的问题.     

磨料射流切割套管的实验研究

针对石油工程生产需要,在非淹没、淹没以及有围压存在的条件下,对磨料射流切割油井套管进行了实验研究。结果表明,淹没条件下磨料射流切割套管的深度低于非淹没条件;随着围压的增加,磨料射流切割套管的能力先增强后减弱,当围压在0.5～1.0MPa时,其切割效率最佳;而当磨料质量百分比在30%～35%之间、射流喷射角在110°～115°之间时可以获得较佳的切割效果。     

磨料射流切割金属套管机理研究

磨料射流是近年发展起来的高新切割技术，可在远低于水射流的工作压力下切割同样的材料。通过分析磨料射流切割金属套管的机理，认为磨料颗粒在水射流携带下，与被切割材料相接触，由于接触面积小，可以产生极高的接触剪应力，使接触区域破碎成微粒从母体上脱落，从而实施切割，并根据弹性力学中接触理论建立了力学模型。该模型的建立有助于提高磨料射流油井割缝关键技术的试验认识，为井下切割参数的设计提供可靠依据。     

水力参数和磨料参数对前混式磨射流切割套管的影响研究

水力参数和磨料参数对前混式磨料射流切割套管的效率有着极重要的影响，实验表明，前混式磨料射流切割套管的效率随着泵压的增加而增加，当喷嘴直很为ф3．0mm时，其切割效率最高，在磨料颗粒的直径为ф0．3mm左右，磨料百分比较浓度为31％时，可获得最佳的切割效率。     

旋转磨料射流冲蚀套管的实验研究

针对磨料射流用于油井射孔存在的射孔直径小、深度浅的问题,利用旋转射流射孔直径大的优点,对旋转磨料射流冲蚀套管进行了实验研究。结果表明,在射流压力28MPa,喷嘴直径φ2.8mm,5－8d喷距,磨料重量17%,淹没和非淹没的条件下,冲蚀2.0-2.5min,即可将壁厚为9.17mm的φ177.8mmN80套管穿透,孔眼直径可达喷嘴直径的7倍多。     

磨料射流切割套管技术研究及在海上弃井中的应用

为安全有效地从泥线以下切割海上废弃井套管和管桩,研究开发了磨料射流切割技术。基于高能磨料射流从套管串内部一次冲蚀切割多层管材的技术思路,设计了液压马达驱动式和水力自旋式切割装置,经过室内试验优化喷嘴、泵压、转速和磨料类型等参数,形成了配套的磨料射流切割多层套管工艺。地面综合切割试验及在曹妃甸 1-6-1 井的现场应用表明,该切割装置约在6 h内即可割断4层(φ244.5~φ762.0 mm)被水泥固为一体的套管,满足现场应用的要求,而且可利用工程船作业,能节省海洋钻机作业费用。实践证明,磨料射流切割技术具有切割能力强、效率高、环保无污染等特点,为国内海上油气田弃井作业提供了新的技术手段。      

磨料射流切割套管过程中工作参数和流体介质影响的实验研究

影响磨料射流切割套管效率的因素很多,着重研究了磨料射流的工作参数以及流体介质性质对切割套管效率的影响。结果表明,磨料射流的喷距越小,切割得越深;当射流的喷射角度在110°～115°之间时,可获得最佳切割效果;而当采用高分子聚合物溶液作工作介质时,可进一步改善切割效果。     

旋转磨料射流套管开窗技术研究

径向水平井套管开小窗技术是油气开发领域的一项热点技术,提出了利用旋转磨料射流进行套管开窗的思想,并针对工程需求,在淹没条件下进行了套管开窗的实验研究。结果表明,喷嘴压降的增加导致开窗深度变大,而对开窗直径基本无影响;叶片数、叶片出口角以及喷距的变大导致开窗直径变大、深度减小;喷嘴直径增大导致开窗直径与深度均变大;围压增加则导致开窗直径与深度均迅速减小;并通过实验优选出了适用于开窗作业的叶轮参数、喷嘴参数与工作参数,能够为现场应用提供一定的指导。     

磨料射流切割工具设计及在弃井切割套管串中的应用

介绍了磨料射流切割工具的设计,并将此工具在渤海湾老旧平台弃井切割套管串作业现场进行了应用,取得了良好效果。     

链条式高压磨料射流外切割执行机构研究

为进一步推广高压磨料射流切割技术在海上弃置作业中的应用,满足大尺寸管柱的切割作业需求,采用三维软件Solidworks对链条式高压磨料射流外切割执行机构进行设计,针对管柱竖放和横放工况进行链条所需张紧力及张紧余量计算分析,并给出推荐使用的管径范围;同时运用动力学分析软件ADAMS对机构进行动力学分析。分析结果表明:2种工况下链条所需张紧力均随被切管柱管径增大而增大,链条张紧余量随管径增大而减小;横放工况下链条所需最大张紧力大于竖放工况。随着被切管柱管径的增大,链条最大张紧力出现位置与水平线之间夹角呈减小趋势,并且逐渐趋近于16.7°;切割机构沿管柱周向运动,没有发生滑动,运行平稳,满足切割要求。所得结论可为高压磨料射流外切割执行机构优化提供参考。     

径向水平井旋转磨料射流套管开窗技术研究

针对旋转磨料射流套管开窗的工程需求,进行了套管开窗室内实验。结果表明,磨料参数对开窗直径的影响很小,但对开窗深度有着较大影响。在喷嘴压降25MPa,喷嘴直径3mm,喷距21mm条件下,最优磨料体积分数应控制在 10%～15%之间,磨料粒径应控制在0.4～0.8 mm之间,铁砂的开窗效果最好,而石榴石具有最高性价比。在淹没条件下,冲蚀 14min 即可在壁厚9.17mm、139.7mm 的N80套管上开出直径35mm的圆形窗口,体现了旋转磨料射流套管开窗技术的优势。     

超高压磨料射流碎碎切割实验研究

利用300MPa超高压射流切割实验，针对影响高压磨料水射流切割破碎效果的不同因素，对不同性质的材料进行了后混合磨料射流切割实验研究。实验表明：射流的驱动泵压与切割效果成正比，随磨料直径减小，切割深度增加。喷嘴横移速度和喷距增加将导致切割深度降低。高聚物聚丙烯酰胺添加剂会导致超高压后混合磨料水射流切割效果的降低。对大理石、花岗岩和标准铝板等材料的实验表明无空隙材料的切割深度低于有空隙材料。     

可变喷距磨料射流多级切割头研制与试验

应用磨料射流切割技术切除海上采油多层废弃井口时,面临的一个突出问题是切割外层套管和隔水管时喷距变大引起作业时间增加,导致作业成本高昂。基于缩短喷距的思路,设计了一种可变喷距磨料射流多级切割头,切割头上布置有固定喷嘴和长、短伸缩杆喷嘴,每种喷嘴具有相互独立的供液流道,因此切割头可提供3种工作模式,即固定喷嘴切割模式、短伸缩杆切割模式和长伸缩杆切割模式。施工作业时,采用投球的方式依次进行3种工作模式的转换。理论计算表明,使用φ3 mm喷嘴时,长、短伸缩杆工作模式可分别将无因次喷距减小至使用固定喷嘴时的1/27与1/16.7,有效提高了射流的能量利用率。地面试验表明,可变喷距多级切割头使用方便,流道转换可靠,比普通固定喷嘴式切割头切割效率显著提高,可大幅度缩短作业时间,降低作业成本。      

超高压磨料射流破碎切割实验研究

利用 30 0 MPa超高压射流切割实验系统 ,针对影响高压磨料水射流切割破碎效果的不同因素 ,对不同性质的材料进行了后混合磨料射流切割实验研究。实验表明 :射流的驱动泵压与切割效果成正比 ,随磨料直径减小 ,切割深度增加。喷嘴横移速度和喷距增加将导致切割深度降低。高聚物聚丙烯酰胺添加剂会导致超高压后混合磨料水射流切割效果的降低。对大理石、花岗岩和标准铝板等材料的实验表明无空隙材料的切割深度低于有空隙材料。     

旋转磨料射流套管开窗预测模型及应用

套管开窗径向水平井技术有助于提高低渗透储层的油气采收率,旋转磨料射流套管开窗方式是该技术新的发展方向,套管开窗直径和开窗深度是评价开窗效果的2个重要指标。由于无法实时监测井下开窗过程,需对开窗效果的预测进行研究。但套管开窗效果与旋转磨料射流参数之间存在复杂的非线性关系,使得传统预测方法的精度偏低。为此,文中提出了一种基于基因表达式编程建立套管开窗预测模型的新方法。通过遗传编码、遗传操作和适应度评估,建立了开窗直径和深度的直观数学表达式预测模型,利用套管开窗综合实验结果对该方法的准确性、实用性进行了验证。结果表明:该方法的预测精度较高,与检验样本相比,开窗直径和深度的平均误差分别为5.5%和4.4%;将预测模型的计算结果与套管开窗综合实验结果相比,开窗时间的误差为6.1%,开窗直径的误差为4.5%。因此,基因表达式编程算法能够更精确地推导出反映实际数据的最佳拟合函数,建立的预测模型可用于指导旋转磨料射流套管开窗现场施工。     

250MPa超高压磨料射流井下内切割技术

海上油气生产设施弃置需要配置高效、安全环保的切割处理技术及设备,高压磨料射流井下切割技术用于海上弃井作业优势明显。阐述了国内外磨料射流切割技术在海洋油气生产设施弃置领域的应用与发展现状,对比分析了国内外磨料射流井下切割设备及其性能参数,介绍了国内现有低压与250 MPa超高压磨料射流井下内切割核心技术及配套设备。现场应用结果表明,低压与超高压250 MPa磨料射流井下内切割技术及设备满足作业要求。     

磨料射流切割替代剪切闸板的可行性研究

在高含硫油气田钻井作业中,剪切闸板与H2S接触可能发生硫化物应力腐蚀开裂导致剪切闸板失效,不能快速剪断钻杆,将导致恶性事故发生.为避免这一现象,提出了采用磨料射流切割替代剪切闸板切割钻杆、钻铤的设想,通过分析磨料射流切割的机理及特点,得出此设想在理论上具备可行性的结论.只要选取适合的参数,将切割时间控制在闸板防喷器规定的关闭时间内,磨料射流切割就可以替代剪切闸板.     

磨料射流射孔增产技术研究与应用

介绍了磨料射流射孔机理、参数影响规律室内试验和油井射孔现场试验结果。研究表明，磨料射流射孔过程可分为脆性和延展性材料切割两个不同阶段，并得出了主要参数(包括压力、排量、磨料类别、磨料粒度、磨料体积分数、围压和岩石性质等)对射孔深度的影响规律和合理的参数范围。在地面模拟试验井，24～27MPa压力条件下射孔和割缝深度达0.50m以上；10口井11井次现场施工证明，磨料射流射孔工艺技术降低破裂压力5～10MPa，油井增产效果明显。     

深水套管切割装置数值模拟与试验研究

在海洋弃井作业中,浅水作业区域是依据扭矩骤降判断套管被切断;而在对现场深水套管切割资料研究中发现,即使套管被切断,扭矩也不会突然降低。针对以上问题,设计了一种深水套管切割装置,从理论和试验2个方面研究了该装置的水力特性。研究结果显示,在同一切割状态下,随着入口流量的增大,活塞前、后的压降增大;在相同流量下,工具在刚开始切割套管时的压降约为完全割断套管时的,理论分析与试验结果非常接近。研究结果验证了湍流模型的准确性以及工具设计的合理性,为现场判断套管是否被割断提供了理论依据和试验参数。     

井底岩屑磨料脉冲射流钻井技术磨损实验研究

采用自行研制的井底岩屑磨料脉冲射流工具及模拟井筒实验装置,通过磨料脉冲射流破岩实验,研究了磨料介质(岩屑、石英砂及钢珠)、自激振荡腔内碰撞壁以及喷嘴的磨损情况。结果表明,岩屑磨料在对岩石冲击磨削的同时,其自身强度也在衰减;石英砂的尖锐棱角被磨平,颗粒变得圆滑;钢珠质量在破岩实验的0～60min内减少比较明显,在60min之后减少的幅度降低,同时,其外表面和球度也发生改变,但未见明显的裂缝等微观特征;冲蚀严重的位置位于井底岩屑磨料脉冲射流调制工具自激振荡腔内的碰撞壁、喷嘴以及流道等处。