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。     

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.     

前混式磨料射流发生系统混合腔的优化设计

混合腔是前混式磨料射流发生系统的核心部件,合理的混合腔结构参数有利于磨料和水的混合,从而提高水力能量利用率。考虑液固两相的相互作用,采用标准κ-ε双方程模型,对混合腔内液固两相流场进行数值模拟研究,以液固混合不均匀度为标准,利用统计学方法对混合腔主要结构参数进行优化设计,获得最优结构尺寸组合,并进行磨料体积分数测试试验及套管切割试验。研究结果表明,优化后磨料体积分数与标定值相比波动明显减小,磨料射流切割套管的效率明显提高,且套管断面更加光滑整齐,说明优化后的混合腔能够显著提高液固混合均匀程度。     

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。     

泥线下多层套管切割技术研究及适用性优选

为解决海上油气井永久性弃置面临的泥线下多层带水泥环套管高效切割问题,针对常用的水力割刀切割技术及磨料射流切割技术,分析了两种技术的特点及优势,从切割层次、切割尺寸、切割效率及服务费用等方面开展了研究工作; 建立了考虑切割层数、切割工期等切割技术经济性比选公式; 研究了两种切割技术的适用性,形成了基于套管尺寸和切割层数的多层套管切割技术优选原则。研究结果表明,当切割层数<3层且最外层导管尺寸≤609.6 mm时,推荐水力割刀工具; 当切割层数≥3层或最外层导管尺寸>609.6 mm时,推荐磨料射流工具。结合现场应用实例分析,对比了两种技术对3层及以上套管的切割效果,验证了两种技术的适用性。该研究可为海上油气井多层套管整体切割提供技术依据。     

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。      

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。     

准直管磨料射流用于油管除锈的实验研究

磨料射流是20世纪80年代发展起来的一项新技术,以其独特的优点,在各行业中发挥着难以替代的作用。 后混式磨料射流以其结构简单、易于实现而得到了人们的广泛重视和应用。准直管磨料射流是后混式磨料射流的 一种,通常应用于切割领域,在清洗、除垢方面的应用还较少见。文章用实验的方法验证了准直管磨料射流用于油 管除锈的可行性,并对准直管磨料喷头的准直管和混合腔的几何尺寸对油管除锈效率的影响进行了实验研究,确 立了准直管和混合腔的结构参数与油管除锈效率间的实验规律。     

超临界二氧化碳射流中的颗粒跟随及影响因素

超临界二氧化碳射流具有破岩速度高、门限压力低等优势,加入磨料颗粒形成超临界二氧化碳磨料射流,将取得更高的冲蚀切割效率。为研究超临界二氧化碳磨料射流可行性,采用数值模拟方法,对比分析了单个颗粒在超临界二氧化碳等流体射流中的运动特征,揭示了流体温度、磨料粒径对颗粒跟随运动的影响规律。结果表明,与相同条件下在水与压裂液射流中相比,磨料颗粒在超临界二氧化碳射流中运动规律相似,但初始滑脱速度较大、跟随能力较弱,获得的喷射速度与撞击靶件壁面速度较高,表明超临界二氧化碳具有良好的颗粒携带能力;流体温度升高、磨料粒径增大均会使颗粒滑脱速度增大、削弱跟随运动效率,但同时也降低了喷嘴外流场中颗粒所受运动阻力,显著提高了喷射速度与撞击壁面速度。由此可知,对于石英、陶粒等常用磨料材质,在常规储层温度(60~140℃)与粒径范围(20~70目)内,超临界二氧化碳磨料射流可有效形成并进行高效冲蚀切割作业。     

颗粒等效直径对岩屑迟到时间的影响和校正

岩屑的迟到时间受诸多因素的影响，传统的理论计算方法很难与实际结果相符，而实物测量受到钻井工况条件的限制很少实施。针对上述问题提出了岩屑等效直径的概念及迟到时间的校正方法。认为影响岩屑迟到时间的因素有井眼环形空间体积、钻井液排量、钻井液性能（密度、黏度）、钻井液流态、岩屑颗粒等效直径、岩屑颗粒形状等，其中岩屑颗粒等效直径的影响是显著的。简介了岩屑下滑速度的计算及滞后时间计算方法以及理论依据，简介了岩屑等效直径的取值方法。通过实例，分析论证了可以用岩屑等效直径计算下滑速度，对岩屑迟到时间进行精确校正。另外此方法可以编程纳入综合录井实时采集软件，实现在线测量，获得及时报警，在岩屑举升效率小于0．5时向工程预警，避免出现沉砂卡钻事故的发生，从而扩展录井工程预报的业务范围。     

考虑围压及岩石强度的PDC单齿破岩数值模拟

采用显式动力学中侵蚀接触的有限元分析方法,对PDC齿切削岩石进行了数值模拟,研究了围压强度对PDC齿切削力的影响,分析了不同齿径及后倾角对PDC齿破岩效率的影响规律.模拟结果较好地反应了PDC齿的剪切破岩机理,且后倾角增大,剪切破坏难度加大;围压使岩石强度增大,破岩难度增加;考虑软、硬地层时,分别选用10°、19 mm和15°、13 mm的后倾角及齿径组合能获得最高的破岩效率.     

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     

电缆机械切割技术在处理大斜度井油管卡钻中的应用

PZ4-2D井为川西海相雷口坡组的一口超深大斜度井,井深6573.77 m,最大井斜79.89°,该井采用 88.9 mm×9.52 mm + 88.9 mm×6.45 mm组合油管带封隔器进行测试,测试后管柱遇卡无法起出,被迫在斜井段进行管柱切割。由于管柱内径上小下大且在大斜度井段作业,聚能切割弹尺寸不匹配导致弹片不居中,切割效率低、切割不完整,经三次切割后无法顺利起出管柱。为了保障该井管柱的顺利起出和后续作业,有效控制切割段深度和提高切割效率,提出了“电缆送放+电力机械切割”的新型电缆机械切割技术,该技术依靠电缆信号实现锚定装置和切割装置驱动,切割点位置准确、作业快速、全程可视化,在PZ4-2D井井深5519.5 m处一次性成功完成管柱切割,切割后管柱顺利出井。该技术是在中石化的首次应用,为后期类似超深井修井作业提供了新手段。     

φ62mm侧钻小井眼水平井分段挤堵管柱研究

冀东油田部分井是在φ139.7 mm老井眼开窗侧钻后采用φ73 mm油管完井,水窜后需要采用挤堵剂分段封堵,为此研究了一套超小直径分段挤堵管柱及配套工具,解决了挤堵管柱在φ62 mm超小井眼内顺利下入,高压挤堵剂挤堵后顺利解封起出等关键技术问题。介绍了该工艺管柱及其配套工具的结构、工作原理和主要技术参数。冀东油田G104-5CP26井的现场试验表明,该管柱及其配套工具满足了φ62 mm小井眼侧钻水平井分段挤堵施工要求,安全可靠。     

用切削法实现高频焊管去除内毛刺的关键技术研究

提出了一种用切削法实现高频焊管去除内毛刺的方法,用环形刀块切除内毛刺,气压监控装置实时检测毛刺残余高度,并通过液压伺服装置动态调节刀具切削深度。该装置最小可用于30 mm焊管的内毛刺去除,去除毛刺的最大残留高度为0.045 mm。该去除内毛刺装置加工精度高,使用稳定可靠。