磨料射流切割偏心套管能力试验研究

随着海洋石油平台退役及老井弃置的逐渐增多,套管高效切割技术成为研究热点。磨料射流切割技术是井下套管切割的关键技术之一,然而,应用于偏心套管切割,该技术仍存在效率不高、切割成功率低等问题。为预测磨料射流切割偏心套管的能力,进行3层偏心套管切割试验,并对试验结果进行分析。结果表明,在偏心严重的井眼条件下,一趟作业无法完成762 mm(30英寸)导管切割。一趟作业完成3层套管切割,对井眼偏心距离要求较为严格。将试验结果与理论计算结合可知,磨料射流工具可对直径838.2 mm(33英寸)(以切割工具为中心)的区域进行切割。针对常规完井套管组合结构,可对最大偏心率为14.7%的套管进行切割。     

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。     

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。     

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。     

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。      

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。     

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。     

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。     

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。     

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。      

旋转磨料射流破岩钻孔试验研究

针对径向水平井钻井技术中旋转水射流在硬地层和深井中破岩能力低的不足,利用磨料射流破岩能力强的优势,对旋转磨料射流进行了试验研究。结果表明,旋转磨料射流破岩具有钻孔直径大和破岩效率高的双重优点,并随泵压增加,钻孔直径也增加。与非旋转磨料射流相比,同样条件下旋转磨料射流钻孔直径和破岩体积都比前者高出多倍。该试验研究为磨料旋转射流应用于径向水平钻井提供了基础     

Surface Experiment of Abrasive Water Jet Perforation

Abstract

This article presents the experiment process and results of abrasive water jet perforation. This experiment was conducted in Kalamayi, China, Xinjiang Oilfield in October 2004. Referring to explosive perforation experiment, we made two cement cylinder samples with a diameter of 2.4 m, 1.2 m high, putting a 139.7 mm (5-1/2″) and a 177.8 mm (7″) casing sub in them, respectively. The two cylinders were buried underground. During the experiment, we changed the following parameters: blasting time, nozzle diameter, and cement cylinder property. After experiment, we opened the cylinder and found that, compared with explosive perforation, the hole on the casing wall and the tunnel in the cement were much rounder and bigger than with that method. In addition, it can cause a fracturing effect, possibly forming micro-fractures on the tunnel wall. This effect can avoid forming impermeable crushed zone when using explosive perforating.     

Experimental Study On Rotary Abrasive Jet Drilling

针对径向水平井钻井技术中旋转水射流在硬地层和深井中破岩能力低的不足,利用磨料射流破岩能力强的优势,对旋转磨料射流进行了试验研究。结果表明,旋转磨料射流破岩具有钻孔直径大和破岩效率高的双重优点,并随泵压增加,钻孔直径也增加。与非旋转磨料射流相比,同样条件下旋转磨料射流钻孔直径和破岩体积都比前者高出多倍。该试验研究为磨料旋转射流应用于径向水平钻井提供了基础。     

Surface Experiment of Abrasive Water Jet Perforation

This article presents the experiment process and results of abrasive water jet perforation. This experiment was conducted in Kalamayi, China, Xinjiang Oilfield in October 2004. Referring to explosive perforation experiment, we made two cement cylinder samples with a diameter of 2.4 m, 1.2 m high, putting a 139.7 mm (5-1/2') and a 177.8 mm (7') casing sub in them, respectively. The two cylinders were buried underground. During the experiment, we changed the following parameters: blasting time, nozzle diameter, and cement cylinder property. After experiment, we opened the cylinder and found that, compared with explosive perforation, the hole on the casing wall and the tunnel in the cement were much rounder and bigger than with that method. In addition, it can cause a fracturing effect, possibly forming micro-fractures on the tunnel wall. This effect can avoid forming impermeable crushed zone when using explosive perforating.     

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。     

Application of Abrasive Water Jet Perforation Assisting Fracturing

This article presents a new technology of abrasive water jet perforation assisting fracturing on Well Zheng 408-8, Bin Nan Production Plant, Shengli Oilfield. First, the balsting tool, with 9 nozzles, was lowered down to the payzone and perforated 90 tunnels with abrasive water jet after being moved upward 9 times. Then the fracture work was conducted and 18 m³ sands were squeezed into the formations. After that the well production reached 11.6 t/d liquid and 8.7 t/d oil, respectively, and this continued for 9 months. But before the job, nothing was produced from this well.     

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。