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。     

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.     

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。     

旋转磨料射流套管开窗预测模型及应用

套管开窗径向水平井技术有助于提高低渗透储层的油气采收率,旋转磨料射流套管开窗方式是该技术新的发展方向,套管开窗直径和开窗深度是评价开窗效果的2个重要指标。由于无法实时监测井下开窗过程,需对开窗效果的预测进行研究。但套管开窗效果与旋转磨料射流参数之间存在复杂的非线性关系,使得传统预测方法的精度偏低。为此,文中提出了一种基于基因表达式编程建立套管开窗预测模型的新方法。通过遗传编码、遗传操作和适应度评估,建立了开窗直径和深度的直观数学表达式预测模型,利用套管开窗综合实验结果对该方法的准确性、实用性进行了验证。结果表明:该方法的预测精度较高,与检验样本相比,开窗直径和深度的平均误差分别为5.5%和4.4%;将预测模型的计算结果与套管开窗综合实验结果相比,开窗时间的误差为6.1%,开窗直径的误差为4.5%。因此,基因表达式编程算法能够更精确地推导出反映实际数据的最佳拟合函数,建立的预测模型可用于指导旋转磨料射流套管开窗现场施工。     

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。     

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。     

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。      

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。     

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     

PAM对磨料浆体射流速度的影响规律研究

利用PIV测速技术对淹没条件下磨料浆体射流中,流体及磨料的速度与PAM的浓度的关系进行了系统的测量研究。研究发现,随浆体中聚合物浓度增加,射流中流体速度以及磨料颗粒的速度都相应增加,并且随聚物的浓度提高,射流的会聚性增加;磨料颗粒的粒径大小对磨料在射流中的跟随速度有重要影响。同样条件下,颗粒粒径越大在射流中的速度越低。大理石切割实验基本证明了PIV速度测量的结果。     

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。     

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。     

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。     

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。