压裂工况下油气田地面管汇的冲蚀磨损研究

水力压裂施工时,携砂液中的高流速、高强度支撑剂颗粒会对地面高压管汇的内壁产生一定的冲蚀磨损,其中弯管的冲蚀磨损尤其严重。为准确掌握在不同工况下高压管汇内多相流的流动规律以及冲蚀磨损的具体分布情况,在高压管汇材料冲蚀磨损试验的基础上,应用计算流体力学方法及ANSYS-FLUNT软件建立了适合水力压裂工况的固液两相流数学模型,得到了高压管汇弯管内液相及固体粒子的流动规律、压力变化规律以及冲蚀磨损的分布规律,并与现场回收的失效样品进行了对比验证。研究结果可以为高压管汇的设计制造、重点部位的监测等安全防护技术提供参考。     

高压管汇冲蚀磨损磁记忆检测试验研究

鉴于现有高压管汇检测手段在评价管汇损伤程度方面的局限性,提出了基于金属磁记忆方法的高压管汇损伤检测评价方法。利用实验室自主研发的高压管汇冲蚀磨损试验机及磁记忆在线检测装置,开展了高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损磁记忆在线检测试验研究。采集信号经滤波处理后,二维重构冲蚀扫描区域的磁场梯度信号云图,观测云图可清晰地发现,在云图中心位置出现亮斑,并随着冲蚀时间的延长,亮斑面积逐渐增大,这与试样表面冲蚀坑大小的变化相符,说明磁记忆检测技术能够较好地识别高压管汇材料的冲蚀磨损状态,为进一步评价高压管汇的冲蚀损伤程度提供依据。     

页岩气压裂地面高压管汇两类布置模式的冲蚀磨损研究

本文对页岩气开发"井工厂"拉链式压裂,地面高压管汇两类布置方式的冲蚀磨损进行研究。基于液—固两相流模型和冲蚀理论,建立两类管汇布置模式的冲蚀模型,利用该模型对两类管汇布置模式进行冲蚀磨损的数值研究。     

粒子冲击钻井中管汇冲蚀磨损模拟分析

为了对粒子冲击钻井中管汇冲蚀磨损进行模拟分析,建立了弯管、冲管、鹅颈管、钻杆接头、钻头喷嘴等管汇系统的数学模型和物理模型。选用有限体积法进行离散,将网格模型导入FLUENT软件中进行数值模拟,对不同影响因素下的结果进行分析。通过模拟结果,分析了90°弯管、冲管、鹅颈管、钻杆接头、钻头喷嘴等管汇部件在不同排量、粒径、粒子浓度下的冲蚀磨损情况;对比分析了排量、粒子直径、粒子浓度3个不同变量对管汇系统不同部件冲蚀磨损。分析得到的规律有助于对磨损情况进行精确预测,确定管路安全使用的标准,从而确保钻井安全。     

天然气水合物试采多相输送的弯管段防护研究

天然气水合物浆液中混杂的泥砂颗粒在低流速管段容易产生堆积阻塞,在高流速管段经常发生冲蚀磨损,目前国内外针对以液体为连续相流动的气液固多相流冲蚀研究较少。为此,以欧拉(Euler)气泡流模型与离散相模型(DPM)耦合的多相流数学模型为理论基础,对多相流中气液相间分布及管壁冲蚀磨损进行了数值模拟,开展了冲蚀磨损试验并提出耐磨防护方案。研究结果表明：可以从减弱弯管段湍流剪切作用、颗粒对弯管内壁的直接碰撞及减少动能传递进行防护设计;15°楔形垫层对应的最大冲蚀速率减幅74.55%,在1.0～2.2 m/s的流速范围内防护效果更明显;陶瓷涂垫层防护对冲蚀-腐蚀交互作用有明显的抑制效果。研究结论可为管道输送工程防护措施的制定提供技术参考。     

含砂页岩气弯管冲蚀模拟研究

在页岩气生产与集输过程中,常常含有页岩砂粒,这些砂粒在弯管处会对管道造成严重的冲刷侵蚀,引起弯管位置发生冲蚀穿孔,带来严重的安全隐患。本文运用数值模拟软件模拟计算了90℃管道弯头的冲蚀磨损率,模拟分析了不同直径的页岩砂粒、不同含砂量对弯管段的冲蚀影响。结果表明砂粒直径越大,冲刷侵蚀速率越大,冲刷侵蚀区域越向下偏移;随着砂粒流量增大,冲刷侵蚀速率呈现先增大后降低并逐渐趋于稳定的趋势,砂粒流量越大侵蚀区域越集中。     

气液两相流在油气弯管处冲刷腐蚀的数值模拟

为了定量描述输油管道弯管处由于流体方向改变引起的流体速度改变和压力波动的动态行为,以及管道内部的冲蚀磨损规律,利用Fluent软件建立了90°弯管冲蚀模型。针对不同的入口流速工况,对弯头内部压力和速度场进行了数值模拟,分析了流体在弯管段的流动和冲蚀规律。分析结果表明,流体在经过弯管段时,对管壁外侧压力先增大后减小,并在该侧取得最大值;弯管处流体流速和管壁压力变化剧烈,该区域管壁冲刷腐蚀最为严重;弯头使流体流场更加复杂,增大了气泡溃灭的概率和弯管腐蚀速率;随着流体速度增大,管壁压力会增大,管壁冲刷腐蚀速率也随着流速增大而增大,实际应用中应选择合理的流速。     

加氢反应流出物空冷器出口配管的弯管冲蚀特性表征及数值预测方法

针对加氢反应流出物空冷器(REAC)出口管道系统频繁发生的冲蚀失效问题,揭示了复杂流动腐蚀环境下管道冲蚀失效机理,提出了以离子传质系数(kc)及三向应力求得的最大剪切应力(τm)作为REAC出口配管的弯管冲蚀特性关键表征参数;采用Mixture多相流模型和SST k-ω湍流模型对空冷系统的出口配管进行流体动力学数值模拟,对比分析获得了各弯管处的传质系数和最大剪切应力的分布规律。结果表明：REAC出口配管的弯管中传质系数kc与最大剪切应力τm的重合位置位于弯管8上的55°≤α≤85°管段,是冲蚀失效的高风险区域;失效案例解剖结果表明,基于传质系数kc、最大剪切应力τm分布预测的冲蚀失效高风险区域与弯管冲蚀泄漏失效的区域基本一致。研究成果有望为空冷器进出口管道系统的耐流动腐蚀优化设计、优化运行和在役风险检验提供理论支撑依据。     

高压弯管压裂液两相流模拟及流固耦合分析

弯管作为高压管汇的组成部分,发生冲蚀磨损和变形失效情况比直管更加严重,因此对高压管汇弯管部位压裂液固液两相流动及流固耦合效应进行分析具有重要意义。鉴于此,将弯管作为分析对象,采用RANS方法及标准k-ε湍流模型,得到压裂液在弯管中固液两相流压力、速度及颗粒质量浓度分布情况,并通过双向流固耦合技术分析了支撑剂质量浓度、流速及颗粒粒径等因素对弯管剪应力大小及变形的影响。研究结果表明:在弯头部位存在较大的压力和流速梯度,且支撑剂颗粒主要聚集于弯头外侧,该区域存在较大的剪应力和变形;随着支撑剂质量浓度和流速的增加,流固耦合效果越明显,弯管剪应力和变形程度增加,其中流速能显著影响弯管流固耦合程度;随着支撑剂粒径的增大,弯管的流固耦合程度先增大后减小。研究结果可为现场压裂液的设计提供参考。     

基于流场分析的压裂四通管汇冲蚀预测

四通接入式压裂管汇是使用较多的一种管汇布置方式,该布置下的流场性能、冲蚀性能备受设计和现场应用人员的关注。建立了压裂管汇四通冲蚀预测模型,使用CFD方法及Fluent软件,在压力、速度流场分析基础上,研究不同粒径、入流速度、陶粒密度对管道内壁的冲蚀影响与机理,并开展寿命预测。研究结果表明,四通内壁冲蚀率随陶粒粒径、流速、密度增大而增大,且四通交汇区域冲蚀现象严重。安全范围内,预测压裂四通管汇在最大平均冲蚀速率下的最小使用寿命为30 000 min。     

基于曲率属性的构造应力预测方法

利用曲率属性估算构造应力的传统方法是通过x、y方向的曲率和xOy面的扭率计算相应的应力分量，进而求取构造应力。但是，这些方法没有构建曲率属性与构造应力的直接关系，且目前商业软件通常不能直接提取x、y方向的曲率和xOy面的扭率，只能直接提取最大正曲率、最小负曲率等属性。因此，在薄板弯曲理论的假设条件下，推导最大正曲率、最小负曲率与构造应力之间的关系，建立基于最大正曲率、最小负曲率属性的构造应力估算方法。该方法实用、简单易行。实际资料的应用表明，该方法与传统方法的构造应力预测效果一致。     

基于层面的地震曲率属性在碳酸盐岩断裂预测中的应用——以塔里木盆地塔北某区块为例

塔里木盆地塔北某区块奥陶系碳酸盐岩地质年代老,地层埋深大,原生基质孔隙发育较差,其储层的有利分布区多受断裂控制。因此,对该区断裂进行精细预测显得尤为重要。针对断裂精细预测难度较大这一实际问题,选用近年来颇受关注的地震曲率技术,运用曲率原理和基于层面的地震曲率属性对研究区奥陶系一间房组顶界进行断裂预测,从常用的几种地震曲率中优选出最小负曲率和最大正曲率对断裂进行刻画,取得了较好的应用效果。通过地震剖面和基于层面的地震曲率属性平面图的交互分析发现,所预测的断裂级别、性质及走向都有较好的对应关系。     

井眼轨迹的平均井眼曲率计算

井眼曲率作为衡量工具造斜能力和评价井身质量的重要指标之一,对实现安全、快速、高效钻井具有重要意义。井眼轨迹上任意点处井眼曲率可以精确计算,但是在现场施工过程中,钻井工程师更为关注的是测量井段内的平均井眼曲率,而不是各离散测点处的井眼曲率。为此,系统地阐述了4种弯曲角计算公式的来源,并指出其中的2种计算公式是完全等价的,而另外2种是近似计算公式。在此基础上,通过典型的井眼轨迹模型,对2种计算方法进行了理论分析和算例验证,推荐出了测量井段内平均井眼曲率的计算方法,该方法完全符合井眼轨迹的空间圆弧模型,可以得到其精确的平均井眼曲率,同时对于其它的井眼轨迹模型,在理论分析和计算结果上都显示出了很好的科学性及合理性。     

面曲率法-趋势面拟合法在裂缝预测中的应用

阐述了主曲率法用于裂缝预测的理论原理及运用前提;在微分几何原理的基础上导出了构造面主曲率值的计算公式;给出了形成裂缝所必须的临界曲率值的确定方法;建立了主曲率法计算模型。以WY-ZD系气藏为实例,运用该方法对其裂缝发育情况进行了预测。预测结果与工区的生产及地质特征吻合较好,表征了主曲率法在储层裂缝分布预测中的可行性和合理性。     

改进的曲率计算方法及其效果分析

计算曲率的常用方法是使用3×3网格单元对局部曲面作最小二乘法逼近。这种网格逼近法在求取曲率值的同时带来了大量噪声,使一些细微的构造被淹没而无法显示。为此,对3×3网格单元拟合曲面求取曲率属性的算法进行了改进,采用5×5和7×7网格单元对局部曲面进行最小二乘法拟合,推导出详细的计算公式。YY地区实际地震资料计算结果对比表明,利用改进方法计算曲率时噪声干扰大大减少,能有效区分出断层及一些细微的构造特征,证明5×5网格、7×7网格拟合曲面求取曲率公式是正确的。     

双向圆弧齿轮传动的啮合分析（二）──双向圆弧齿轮的曲率分析

通过对产形面曲率和包络切齿时产形面与齿曲面相对运动关系的分析，推导出双向圆弧齿轮齿面的诱导法曲率、诱导短程挠率和齿面的主曲率、主方向等计算公式。这对分析双向圆弧齿轮的齿面结构、接触区域、润滑设计和强度计算都是至关重要的。     

曲率属性在川西新场地区裂缝检测中的应用

川西凹陷新场气田深层须家河组气藏具有埋藏深、超高压、超致密、低孔隙度和低渗透率的特点,属于典型的裂缝型气藏。裂缝检测是新场气田深层须家河组气藏勘探开发过程中急需解决的技术难题之一。针对现有裂缝检测技术在实际应用过程中存在的局限性和多解性,研究了一种实用的地震属性——曲率属性,将该属性应用于川西凹陷新场地区XC区块的裂缝检测,弥补了相干属性在该地区检测裂缝时的不足。实际应用效果表明,曲率属性在川西地区的裂缝检测结果与实钻结果吻合程度高,检测裂缝的尺度比相干体属性要小,且在解决高相干地区裂缝检测问题方面优势明显,是一种值得深入研究和推广应用的裂缝检测属性。     

曲率在复杂地质体检测中的应用

不同地质体的曲率特征有所差异。针对断层、窄河道、宽河道进行了仿真试验,根据仿真试验结果确定了断层、河道的识别原则。利用改进后的曲率算法计算了XX地区和YY地区最大正曲率和最小负曲率属性。并根据提出的识别原则对XX地区的断层和YY地区的断层及河道进行了识别,取得了很好的效果。试验结果表明,最大正曲率与最小负曲率的有效结合可以很好地识别断层与河道,并且改进方法有效地修正了误差。     

7 000 m3螺旋升降湿式气柜导轨预制工艺

通过对气柜导轨使用机理分析及近似曲率的计算 ,制定了预制导轨的新工艺 ,安装时与原工艺进行了数据比较 ,结果证明新工艺简便 ,导轨安装形位精度较高     

川东沙罐坪飞仙关组构造裂缝分布与评价

根据沙罐坪飞仙关组岩心、常规测井等资料,对研究区井剖面中裂缝的发育情况及面上裂缝的可能分布情况进行了识别,并对地层中裂缝的参数进行了计算和评价。结果表明,地层中主要有构造成因的垂直裂缝、斜交裂缝及成岩期的泥质充填缝,垂直裂缝是主要的有效裂缝,裂缝发育程度不均。由于有效垂直裂缝主要为构造裂缝,同时曲率法研究的是地层中构造裂缝的发育情况,因此采用构造变形的主曲率法对研究区构造裂缝分布进行了预测评价。曲率法研究结果:构造轴线、高点、构造鼻凸等部位因变形大,曲率值高,裂缝应该相对越发育。