通径式喷砂器伞键流场仿真与防冲蚀设计

低渗透致密油藏在水力压裂施工中需要大排量和长时间的作业,往往导致压裂管柱冲刷磨损严重而使其强度降低。伞键作为冲刷磨损最为严重的部位,其抗冲蚀性能决定了整套管柱的抗冲蚀能力。为此,以通径式喷砂器伞槽滑套为研究对象,采用有限元软件建立了流场仿真模型,研究了混砂液在伞槽内部的流场分布规律,找到伞键发生冲蚀的原因,并对其进行改进设计。在其内部增加挡板结构,使其内部流场发生改变,进而降低了伞键的冲蚀。优化设计后,伞键冲蚀率密度降低为原结构的1%,冲蚀质量降低了90.31%,使伞键在压裂施工全程具备导向功能,键尖得到有效保护。研究结果可为压裂管柱及工具的设计提供理论依据。     

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...     

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。     

深层气井大砂量分层压裂工艺管柱

大庆深层气井压裂改造规模大,常规压裂工艺管柱无法满足长时间、大砂量压裂施工的要求.应用Fluent软件中的Eulerian模型,对压裂管柱内流场的流态进行分析,得到了不同参数条件下管柱内流场的分布规律;确定了压裂管柱易磨损部位.根据数值模拟的分析结果,对工艺管柱的结构进行优化,研制了大砂量分层压裂工艺管柱.该工艺管柱具有加砂量大、针对性强、安全性高等特点.现场应用5口井,工艺成功率100%,最大加砂量达到140 m<'3>,在深层气田的勘探开发中取得了良好的效果.     

气井井下防砂工作筒冲蚀性能研究

为降低气井压裂后出砂对生产管柱及地面设备造成的危害,延长气井生产管柱使用寿命,提高生产安全性,研发了气井井下防砂工艺技术。研制的工作筒作为防砂筛管井下定位的关键部件,在压裂过程中受高速支撑剂颗粒冲蚀作用而磨损,其定位可靠性存在风险。为研究工作筒的冲蚀规律,运用数值模拟软件对工作筒在不同排量、砂比、粒径条件下的冲蚀情况进行分析。研究结果表明：支撑剂对工作筒的冲蚀磨损主要发生在筒内变径区域;随着施工排量的增加,工作筒的冲蚀速率随之增加,且成近似指数关系;在施工排量及砂比一定的条件下,颗粒直径变大,冲蚀磨损呈现出先增大后减小的趋势。分析结果可为防砂工作筒结构的优化设计提供依据。     

徐深气田分层压裂、排液一体化工艺管柱研究

徐深气田的勘探开发．为大庆油田的资源接替提供了物质基础。针对单压、填砂、打桥塞等压裂工艺不适应该气田分层压裂需要的问题，通过对封隔器、水力锚、活动节流嘴等井下工具的优化设计，研制了单压下层和Y443封隔器插入分层压裂工艺管柱。该工艺管柱具有针对性强、安全性高、工艺效果突出等特点。在庆深气田勘探、开发井中应用收到了良好效果。     

川渝高压致密气储层多段压裂管柱关键技术

川渝地区致密气储层老井需要通过油管多段压裂工艺提高开发潜力,现有工艺管柱不能满足高压、大砂量冲蚀、钻井液条件下坐封及压裂后可取等复杂要求,为此开展了高压致密气储层多段压裂技术攻关。自主研制了Y344型导压喷砂封隔器,集喷砂和封隔功能于一体,缩短了工具尺寸,提升多层压裂管柱通过性;利用有限元分析软件优化封隔器喷砂体和胶筒结构,优选42CrMo高强度材料,提高承压性能;开展了材料耐冲蚀和磨蚀研究,数值模拟方法分析流态,优化硬质合金零件布局,解决喷砂口等区域磨损大的问题;水力锚等工具均设计“进液防砂”结构,满足钻井液环境使用要求。室内实验表明,整体工艺管柱满足90MPa高压要求,现场单层加砂量达到160 m3,为解决类似储层高压多段油管压裂问题提供了有效的技术手段。     

护套式压裂喷砂器的研制与应用

直井分层压裂是低渗、特低渗油气藏提高单井产量的重要手段,其中喷砂器是分层压裂管柱的主要组成工具之一,随着压裂规模的不断增大,高速携砂液对喷砂器和油层套管的冲蚀磨损日益严重,甚至造成管柱断脱、套管破损等事故。针对上述问题,设计了护套式压裂喷砂器,携砂液从喷砂口喷出后经过护套转向平行进入井筒,减小了对套管的直接冲蚀;通过导流结构优化设计和表面强化处理,提高了喷砂器本体抗冲蚀性能。该喷砂器在新疆油田现场应用超过300井次,施工成功率100%,最大施工排量由3.5 m³/min提高到4.5 m³/min,最大过砂量由35 m³提高到51 m³,压裂后喷砂器喷砂孔和护套未见明显损伤。应用结果表明,护套式压裂喷砂器抗冲蚀性能强,在实现储层充分改造的同时提高了压裂管柱安全性和井筒完整性。     

分层压裂改造技术研究与配套应用

吐哈油田是多层系开发低渗油田，储层平面、剖面非均质性非常严重，层间差异大，以往舍层压裂造成的不均衡改造和砂堵问题已经严重制约着近年来的改造效果。针对吐哈油田储层特点，通过对以往压裂工艺技术的研究，结合目前分层封隔及配套工具的性能参数，研究开发了适合吐哈油田的分层压裂工艺技术，配套和完善了分层压裂工具及管柱结构，形成了分层压裂选井选层原则和施工参数优化设计技术。通过现场应用。取得了显著的效果。     

一种注水井大通径分层防砂工艺管柱

越来越多的海上油田步入开发中后期，储层压力衰减严重，致使产量递减率大，严重影响油田开发效益。注水开发是补充地层能量保障油田稳产的最佳手段。针对海上油田出砂严重及大注入量需求问题，研究了一种适用于海上注水井的大通径分层防砂工艺管柱，通过管柱关键工具的优化设计，使得防砂管柱全通径由?120.65 mm提高至?152.4 mm；分层注水管柱中心管由?88.9 mm增大至?114.3 mm。该管柱可以提高单井的最大注水量，解决海上油田存在的井口压力受限导致注水量受限和无法满足油藏配注要求等问题，同时也利于后期的修井、弃井作业，为分层防砂工艺管柱设计提供参考。     

应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究

钻遇高产气层时,气体大量侵入井内,应急放喷施工使得井下管柱面临严重冲蚀。为分析大放喷量、高携砂率下井下管柱的冲蚀情况,开展了应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究。应用有限元法,利用ANSYS-Fluent数值模拟软件,针对钻杆水眼和钻杆-套管环空内的流场特性、颗粒轨迹和冲蚀行为开展了模拟分析,得到了日放喷量和日出砂量对冲蚀的影响规律。结果表明：当通过钻杆水眼放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头内壁缩径面;当通过环空放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头外壁迎风坡;从环空放喷时的冲蚀程度比从钻杆水眼放喷时更为严重。基于研究结果,建议通过钻杆水眼进行放喷,在放喷初期采用小排量放喷,待井筒内泥浆、岩屑和砂粒几乎放喷完后再增大放喷量,可有效降低管柱冲蚀。该研究成果为高压高产气井应急放喷施工方案的制订提供了依据。     

小井眼及套变井压裂工艺研究与应用

小井眼及套变井压裂与常规井眼压裂不同,需要配套相应的小直径井下工具和抗高压的井口装置,对压裂液的携砂性、抗剪切性及降摩阻性能都有更高的要求。为解决小井眼及套变井的压裂难题,针对小井眼及套变井的特点和目前小直径工具的实际情况,研制和改进了Y341-70和K341-98小直径封隔器,完成了 89 mm、 127 mm套管小井眼井和 139.7 mm套变井的压裂工艺管柱设计与配套,优化了压裂液体系和压裂工艺,成功完成了40多井次的现场施工,见到了良好的压裂效果。     

基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术

针对水平井多级压裂双簇水力喷射效果不佳、上下游喷射器冲蚀不均匀和水平井筒内携砂流体中砂粒易沉降等问题,研究了基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术。根据阿基米德双螺旋线原理,设计了双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器,并采用可视化试验方法对双螺旋特性进行了室内携砂评价试验;根据牛顿第二定律建立了水力喷射压裂工况下等径直管和双螺旋管柱内携砂流体中砂粒运移的动力学方程,得出了等径直管和双螺旋管柱内砂粒的运动速度计算模型。研究得出,双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器能起到螺旋旋流作用,均衡双簇水力喷射压裂效果和降低上、下游水力喷射器冲蚀的非均匀性;等径直管内砂粒的运动规律符合恒定加速度运动方程,双螺旋管内砂粒的运动规律符合变加速度运动方程。研究结果表明,采用双螺旋结构水力喷射压裂管柱及喷射器是可行的,在均衡多级水力喷射压裂效果和提高水平井筒内携砂流体携砂能力方面具有显著作用。      

有杆泵携砂采油井筒配套技术

针对采油井大范围出砂, 砂埋油层, 砂堵井筒, 频繁冲砂检泵致使有效采油时间缩短,油层污染加速, 常规采油工艺和“三抽”设备不能满足采油井在复杂地质条件下的生产需要等问题, 研发了有杆泵携砂采油井筒配套技术。该技术以提高系统采油时效为目标, 在井筒内配置双柱塞抽油泵, 液力冲砂器和管柱沉砂器等机具, 通过与抽油机和抽油杆等杆管附件进行合理匹配,集冲搅砂和携砂为一体, 提高采油井有效生产时间, 达到增油和降低系统总体生产成本的目的。系统性能型式试验和工业生产试验说明, 该井筒配套技术通过在泵上实现存、携砂, 泵下冲搅砂等有效措施, 能使油井延长正常采油时间, 降低检泵作业次数, 减少油层污染并提高采油时效。     

两层压裂井下管柱力学分析及其应用

不动管柱两层压裂技术是环保施工、提高劳动效率的新型工艺。为保证该工艺的科学有效实施,对井下管柱及各种压裂工具进行了屈曲分析、变形分析、轴向受力分析、应力与强度分析,确定管串的危险截面为井口和封隔器上截面,并编制了应用软件。通过输入油井的井眼轨迹、井身结构、油管柱组成、摩擦系数、油管内流体性能、温度、注入方式、井口油管内压力、锚定状态等各项参数,给出了井口与井下封隔器处的内外压、轴力、应力强度、安全系数及轴向变形情况。在实际井上进行了应用,有效地指导了压裂管柱设计及工具的选型,从而保证了压裂施工的顺利进行。     

周边脱砂压裂模型优化设计

周边脱砂压裂技术是压裂技术从常规压裂到脱砂压裂,再到端部脱砂压裂技术之后发展起来的一种新的技术,只有该技术才可能在压裂中形成相对较短、较宽裂缝。目前对于脱砂压裂裂缝扩展模型的研究大都忽略了裂缝纵向流动。为此,在前人的研究基础上,针对周边脱砂压裂的特点将带缝高压降影响的拟三维模型引入到脱砂后裂缝扩展模型,在脱砂后模型中考虑缝宽方向压降对裂缝扩展的影响,推导了适合周边脱砂压裂的脱砂后新模型;并在此基础上开发了适合周边脱砂压裂扩展的模拟软件,模拟结果与现有商业软件(三维)模拟结果相吻合,证明建立的脱砂后模型考虑因素全面,对脱砂后缝宽预测更符合实际。     

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。     

胜利油田注水管柱腐蚀机理与防治技术

针对油田注水开发过程中井下油管和配套工具普遍存在的腐蚀现象以及所带来的问题,在对胜利油田近年来注水管柱腐蚀状况进行统计分析的基础上,认为注水管柱的腐蚀机理主要是溶解气腐蚀和垢下腐蚀。结合胜利油田在延长注水管柱工作寿命方面所采取的一系列防腐措施,对各种防腐管柱的防腐效果进行了分析。分析结果表明,镍磷镀油管的防腐效果较好且经济,因而注水开发油井推荐采用镍磷镀油管,并建议注水工具全部进行镍磷镀防腐处理。指出注水管柱防腐技术的下一步发展方向是玻璃钢防腐技术和玻璃钢内衬防腐技术。     

不动管柱多层压裂及排液一体化工艺技术研究与应用

为满足探井试油需要,研究了不动管柱多层压裂及排液一体化工艺技术.该技术包括3种形式：压裂两层及排液一体化管柱、选择压裂一层及排液一体化管柱及选择压裂两层及排液一体化管柱.该技术利用一趟管柱,对一个或两个层实施压裂,并在不动管柱的前提下,实现压后排液求产;同时通过管柱的结构设计与井下工具的合理设计,实现井下压力监测与压后井温测试,形成了集压裂、排液、求产、测压、测井温等于一体的完整配套的工艺技术.应用该技术在大庆外围油田及海拉尔地区的5口井中进行了现场试验,成功率100%.该技术使试油工序衔接得更加紧密,既可减少压裂液对储集层的浸泡时间,降低储集层的损害程度,又可降低作业成本,改善作业环境,实现绿色施工,具有广泛的推广应用前景.图6表4参8