钻井工况冲蚀试验机喷嘴结构参数数值模拟

喷嘴是冲蚀试验机的关键部件之一,其设计参数的合理与否将直接影响到冲蚀试验机试验结果的准确性及试验效率。应用计算流体动力学数值模拟技术,以钻井液作为喷嘴的射流介质,建立钻井冲蚀工况所用锥直形喷嘴的有限元模型,对喷嘴的收缩角、长径比、直径、冲蚀距离等参数进行优化,为喷嘴的参数设计提供依据。     

水下应急封井装置内部冲蚀磨损数值模拟

水下应急封井装置是一种应急抢险设备,用于水下井控失败后的抢险救援。为了解水下应急封井装置在不同工作状态下的磨损情况,对不同工况下应急封井装置的内部流动进行了CFD数值模拟。通过分析5种工况下内部管道的磨损率分布,确定磨损较严重的位置,并对其结构进行了优化。分析结果表明:主垂直管开启(工况1和工况2)时,最大磨损率较小,磨损主要分布在主垂直管的分流孔附近;主垂直管关闭时,最大磨损率明显增大,磨损严重的位置位于直角管下游管道外侧壁面,以及直角管内侧拐角处;将直角管结构改为盲三通可以显著减小该处的磨损率。所得结果可为水下应急封井装置的结构设计和优化提供一定参考,有助于加快我国水下应急装备的研究进展。     

加氢高压空冷器全流场数值模拟和冲蚀预测

针对加氢装置的实际工况,运用ASPEN软件计算空冷器入口多相流的物性参数.运用Fluent软件中的Mixture模型、标准k-ε湍流模型和近壁面低Re模型,对空冷器入口管道、法兰、管箱、管束进行全流场数值模拟,对上、下两排空冷管束的流速和水相分率进行综合分析,实现冲蚀预测.计算结果表明:多相流流经空冷管箱时,会在法兰两...     

空气钻井井眼净化与冲蚀效应模拟分析

空气钻井环空气固两相流场分布、工艺参数设计方面的研究较少。笔者基于流体动力学与空气动力学理论,采用有限体积法对气固两相流动控制方程进行了离散求解,模拟分析了不同注入参数条件下环空内的压强和流速分布,着重分析了＂关键点＂处的流场分布,并结合井眼净化和冲蚀效应评价方法,选取了合适的注入参数。模拟所得压强、流速分布均与实际情况吻合较好,并为实际工程参数设计（比如注入压力及井口回压确定）提供了依据,研究成果已用于指导川庆钻探公司空气钻井施工。     

螺旋管内油水分离流场数值模拟分析

利用Fluent软件,采用Realizablek-ε模型对不同流速、不同开孔条件下螺旋管内部流场进行了数值模拟分析。入口流速较高时,螺旋管内油水界面为向内侧管壁倒伏的"V"字形,"V"字形内侧为油相,外侧为水相;螺旋管横截面上流体速度与压力沿径向由内侧管壁向外侧管壁逐渐增大。根据模拟结果提出了螺旋管开孔优化设计方法:在高入口流速下,螺旋管外侧管壁开孔位置应选择在螺旋管横截面水平位置及其上、下一定角度处(同时开孔),从而提高油水分离效率;在保证管内压力为正值的前提下,可考虑在内侧管壁开孔释放分离出的油。为降低系统压损,应尽量降低入口流速。     

海上风电开孔单桩承载特性数值模拟

为分析开孔对单桩基础水平方向和轴向承载特性的影响规律,采用Abaqus数值分析软件建立大直径单桩基础桩身开孔数值模型。结果显示：桩身开孔对大直径单桩基础的水平承载特性有一定的影响,当水平载荷为1 050 kN时,开孔桩桩顶的水平位移为0.030 m,无孔桩桩顶的水平位移为0.026 m,两者相差13.3%;桩身开孔对大直径单桩基础的竖直承载特性影响不明显,当轴向载荷小于12 000 kN时,开孔对桩的竖直承载特性的影响可忽略不计;桩身开孔导致应力集中现象,竖直载荷和水平载荷作用下的应力集中系数分别为4.2和1.1。研究成果可为海上风电施工建设提供参考依据。     

超深井变径连续管冲蚀磨损规律研究

针对超深井变径连续管的冲蚀问题,基于冲蚀理论和固液两相流理论,对变径连续管的井下水平段和滚筒缠绕段进行冲蚀模拟分析,研究变径连续管不同壁厚和变壁厚段的冲蚀情况,采用控制变量法研究排量、含砂比、颗粒直径以及颗粒密度对变径连续管的冲蚀影响规律。研究表明：随着壁厚的减小,变径连续管内壁的冲蚀逐渐减小,变径段的冲蚀要比不变径段的冲蚀小,而且滚筒缠绕螺旋段的冲蚀集中在连续管外侧。此外,随着排量、含砂比、颗粒密度的增加,最大冲蚀速率呈增大的趋势;随着颗粒直径的增加,最大冲蚀速率呈减小的趋势。研究结果对变径连续管的应用具有一定的指导作用。     

旋转射流冲蚀天然气水合物试验及数值模拟研究

为探究适合南海天然气水合物特点的高效开发模式,对比分析了淹没围压条件下锥形射流和旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物的成孔规律。首先,利用 LS-DYNA软件,建立了旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物的拉格朗日–欧拉（ALE）流固耦合模型,分析了淹没、围压条件对旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物效率的影响;然后,利用自主设计研制的天然气水合物生成及射流冲蚀可视试验装置,进行了天然气水合物沉积物生成及冲蚀试验,天然气水合物二次生成后,在冲蚀坑中注石膏,测量冲蚀孔孔深及孔径。对比分析数值模拟和室内试验结果发现:围压在增强天然气水合物沉积物强度的同时,抑制了射流扩散能力,降低了射流冲蚀天然气水合物沉积物的效率;在无围压和围压5 MPa条件下,旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物体积分别是锥形射流的1.8和1.7倍。研究结果表明,对于泥质粉砂储层天然气水合物沉积物,旋转射流在保证冲蚀孔孔深的同时,具有比锥形射流更强的扩孔能力,这为固态流化法开采天然气水合物提供了依据。      

套管压裂过程中射孔孔眼冲蚀数值模拟

套管压裂过程中,携砂液在射孔孔眼处产生节流,造成孔眼处发生冲蚀,使孔眼的几何参数增大甚至产生裂纹,影响施工的安全和效果。为此,利用数值模拟软件,采用欧拉-拉格朗日颗粒追踪理论,分析了不同排量和含砂量情况下射孔孔眼附近的流场、颗粒的运动轨迹及孔眼的冲蚀规律。分析结果表明,随着含砂体积分数的增大,射孔孔眼的冲蚀速率不断变大,当含砂体积分数为15%时,孔眼的冲蚀速率达到2.99×10-5m/s;当排量为9 m3/min时,射孔孔眼的冲蚀速率陡增为2.03×10-5m/s,是排量为8 m3/min时最大冲蚀速率的2倍多。研究结果可为现场射孔和压裂参数优化提供科学依据。     

套管固井滑套冲蚀磨损模拟分析与试验研究

为准确分析套管固井滑套长时间在固液两相流中冲蚀后的磨损情况及可靠性,在进行冲蚀理论分析和数值模拟的基础上,利用研制的冲蚀磨损试验装置,研究了特定工况下固井滑套带孔短节的冲蚀磨损情况,分析了滑套孔眼冲蚀磨损速率与孔眼数量、砂比及排量的关系,建立了冲蚀磨损速率新模型,研究了滑套带孔短节孔眼过流能力与冲蚀磨损速率的关系;同时,结合数值分析结果和试验数据,得到了A型材质滑套短节的冲蚀磨损系数。研究结果表明,当滑套孔眼为2个时,含砂流体对滑套孔眼周边的冲蚀磨损较为明显,且滑套孔眼冲蚀磨损速率与砂比呈线性关系,与排量呈指数关系。该研究结果可为套管固井滑套可靠性评估提供理论依据,且能够指导滑套压裂工具的现场应用。      

多功能分层压裂开关在分层压裂管柱中的应用

为解决多油层分层压裂作业管柱一旦砂埋封隔器难以解封的难题,研制了多功能分层压裂开关。该开关集喷砂节流器、补偿器和冲砂器三大功能于一体,具有结构简单,功能齐全的特点。重点解决了异常情况下砂埋封隔器的处理问题,实现了下1次管柱、用1趟压裂车组实施2层分层压裂的目的。该管柱包括两级可洗井封隔器和1个分层压裂开关等井下工具,较好地解决了压裂过程中砂堵和砂埋封隔器的问题,在吐哈油田3口井的现场应用中取得了理想的效果。     

锚定补偿式分层注水管柱研究及应用

针对常规分层注水管柱受温度效应和压力效应影响而产生蠕动 ,降低管柱使用寿命的问题 ,研制成具有锚定和补偿性能的新型锚定补偿式分层注水管柱。这种管柱采用由补偿器、水力锚和支撑卡瓦组成的锚定补偿机构 ,改善了封隔器的受力条件 ,有利于提高注水管柱的工作寿命。还新研制了与注水管柱配套的ZJK配水器 ,解决了压缩式封隔器坐封时需投捞死芯子的问题。锚定补偿式分层注水管柱已现场应用 50多井次 ,均正常注水 ,其中最大井深 34 0 0m ,最高注水压力 2 8 5MPa ,最长工作时间 30个月 ,是目前比较先进的分层注水管柱。     

高压气藏不动管柱分层压裂工艺研究与应用

川西低渗高压气藏具有多层系的特点,层间距离一般在十至百米左右。为了提高气井产量与开采经济效益,鉴于气井加砂压裂后压井会严重伤害储层,影响压裂效果,采用压裂管柱直接作为生产管柱,研究形成了以FCY211及Y241封隔器不同组合的两层不动管柱分层压裂工艺。同时,在成熟的两层分压工艺基础上,结合投球选压工艺,研究形成了以"工具分层+投球选压"不动管柱三层分层的压裂工艺。现场应用实践表明,分层压裂极大地增加了单井的产能,取得了明显经济效益,对类似气藏的多层压裂与开采提供了有益参考。     

高压主分层酸化管柱的研制和应用

针对宝浪油田油层非均质严重,不同油层启动压力相差很大的特点,研制了两种分层酸化管柱,一种为单层酸化工艺管柱;另一种为一次酸化施工先后对两层轮换酸化的管柱。高压酸化封隔器采用水力压缩式胶筒,胶筒设计有肩部保护机构,承压能力达80MPa,同时还设计有反洗通道,增加了管柱的安全性。高压水力锚利用酸化施工压力使锚牙张开锚定管柱,施工结束时依靠板簧弹力使锚牙收回,锚定、收回可靠。7井次的现场应用表明,最高施工压力78MPa,工艺成功率100%,累计增产原油2830t,增注水2.75×10     

卡封分层压裂工艺技术研究与应用

分层压裂工艺技术是改善Ⅱ、Ⅲ类油层的主要手段.针对目前采用的填砂、投球、桥塞与限流压裂及其组合等压裂方式,存在投球量难以确定,不能保证压开所有的目的层,油气层改造不彻底等问题.通过对水力锚、喷砂器、安全接头及封隔器等井下工具的组合优化,优选有机硼低伤害压裂液,研制出了卡单封和双封压裂工艺技术.该项技术克服了其他形式分压的弊端,油层改造针对性强,安全性强,工艺效果好.现场12井次试验表明,应用分层压裂技术,施工成功率100%,单井增油量7.8t·d-1,累积增油量24 824.7t.     

长庆油田带压作业分层注水工艺管柱

针对常规分层注水管柱带压作业下钻不能有效封堵油管,起钻前常规油管堵塞器因不能通过封隔器、配水器等小孔径工具封堵油管导致的投送不到位等问题,设计了带压作业分层注水工艺管柱,并研发出配套工具。该管柱既解决了带压下钻油管封堵问题,又能为再次带压作业封堵油管提供便利条件,解决了过封隔器、配水器等小孔径工具(准46 mm)封堵常规油管(准62 mm)的问题,实现了全程带压作业。现场应用表明,带压作业分层注水工艺管柱提高了施工效率,节约了施工费用,具有良好的推广前景。     

裂缝性油藏压裂井产能数值模拟模型研究与应用

研究的裂缝性油藏渗流介质包括人工压裂裂缝和天然微裂缝、大裂缝及基质，将大裂缝与基质的物质交换在微裂缝系统中加以描述，建立了含大裂缝的多重介质渗流数学模型，研制了裂缝性油藏压裂后生产动态模拟器，结合塔里木盆地塔河奥陶系裂缝性油藏参数，综合研究了天然裂缝、人工裂缝对压裂后产能的影响。研究表明：天然裂缝渗透率是影响压裂后产能的重要因素之一；人工裂缝的导流能力随生产时间递减对压裂后产量有重大影响。压裂可能导致天然裂缝污染，应采用低伤害压裂液体系。最大限度地减小对天然裂缝的伤害；增加人工裂缝长度可以改善流体沿裂缝向井底的流动性能，但随着压裂液滤失量的增大对天然裂缝的污染会加重、加深，应确定合理的压裂施工规模以获得合理的裂缝长度，避免导致裂缝长度增加而产量下降。裂缝系统连通差、渗透率较低的油藏，实施压裂也难以获得理想的增产效果；含有大裂缝的井压后产量明显高于不含大裂缝的井，但易形成水窜，可导致油井压裂后含水上升较快。图3表1参9     

压裂回接管柱的受力变形分析与计算

针对水力压裂过程中,回接管柱在自重、温度以及内外压差等作用下,其轴向受力和变形状态产生变化而影响压裂施工的问题,建立压裂回接管柱的力学计算模型,分析各类效应以及效应对管柱受力和变形的影响。通过计算实例与分析进行论证,并指出了管柱受力变形的变化规律,以求达到合理设计回接管柱,保障管柱安全有效的施工。     

分层压裂工艺优选的模糊综合评判方法

难动用储量在油气资源中所占比例逐渐增大,且大都表现出储层层系多、间距小及物性条件差等特点。分层压裂工艺已成为此类油气藏投产、增产的主要方法。由于影响分层压裂工艺选择的因素很多．而且因素本身也具有一定的模糊性和复杂性,所以分层压裂工艺科学选择的难度很大。传统的分层压裂工艺选择主要依据设计者的经验,具有一定的主观性和盲目性。根据模糊数学和系统工程学原理,在分析分层压裂工艺影响因素的基础上．引入模糊综合评判法和层次分析法,得到一种分层改造工艺选择方法。将选择出的方法应用于川西地区5口气井的分层压裂工艺选择中．取得了较好的效果。