高压喷射钻井模拟及现场试验

本文阐述了高压喷射钻井原理,结合流体力学理论,建立高压喷射钻井井底流场模型。通过研究三牙轮钻头几何特征,利用三维实体建模软件建立三牙轮钻头实体模型,得到井底流场流道的物理模型,并对模型进行网格划分,通过数值运算方法,模拟了不同泵压、排量下井底的速度和压力分布。在数值模拟的基础上,对高压喷射钻井在现场的提速效果进行了分析和总结,提出了合理的喷嘴组合和钻井参数。本文的研究结果对正确认识喷射钻井的提速原理以及选择合理的喷嘴组合、排量有重要理论意义和实践意义。     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。     

基于CFD的井底PDC钻头动态欠平衡钻井数值研究

欠平衡钻井可以大幅度减少岩屑压持效应,提高机械钻速,减少储层伤害,较快获取储层信息等。利用Solidwork建立PDC钻头三维模型,并针对PDC钻头不同的喷嘴方位结构,运用计算流体力学进行了三维井底流场数值模拟。分析了不同喷嘴方位角度下井底流场的速度和压力场变化情况。计算结果表明,在总能量一定的情况下,通过改变喷嘴方位角可以有效减缓射流速度的递减速率,使钻井液仍保持高速低压的状态流经井底流场,返至一定高度后恢复至正常的高压低速状态,又保持过平衡的正常钻井,实现井底动态欠平衡。     

PDC钻头井底水力参数理论与数值模拟研究

为了精确计算模拟钻井过程井底水力参数,以Solidworks制图软件建立了三维模型,利用流体力学软件Fluent的k-ε模型对井底PDC钻头进行了三维流场数值模拟,从理论计算和数值模拟对喷嘴流量,冲击力和水功率两方面分析了PDC钻头水力参数,分析结果证明数值模拟能够较为精确地描述井底不同方位影响的水力参数,为优化PDC钻头水力参数与井底流场理论研究提供了重要依据,具有良好的参考价值。     

基于CFD的旋流喷嘴内部流场模拟研究

采用计算流体力学CFD软件对喷淋式脱硫塔中旋流喷嘴的内流场的流体行为进行模拟分析。分析了喷嘴的整体速度与出口的雾化效果,对比了不同入口个数下喷嘴内部流场各截面上的速度矢量,以及有无喉颈段喷嘴的雾化效果。模拟结果显示,在相同条件下,无喉颈段的四入口旋流喷嘴内部流体速度分布均匀,且相对较大,喷射后雾化锥角大雾化,效果。     

黄磷脱砷中文丘里反应器的流固耦合研究

基于计算流体力学和流固耦合原理,利用FLUENT的Realizable k-ε湍流模型,计算得到文丘里反应器内部流场分布,通过ANSYS Workbench中的流固耦合技术,将流场分析的结果数据传递到Static Structure中进行结构静力分析,从而得到流场分布、喷嘴所受压力、喷嘴变形、应力应变等分析结果。结果显示,在特定工作压力条件下,文丘里反应器的扩散管在工作中有向吸入管相反方向变形的趋势;在整个结构中,最大应力和应变值均集中在喷嘴内流道中;由于高速流体的射流作用,喷嘴出口附近结构主要承受拉应力的作用。由于计算得到的应力和应变数值均处于较低水平,因此结构能够满足工况的要求。     

钻井起下钻过程中压井液密度设计方法研究

钻井起下钻过程中,操作不当容易导致溢流或井喷,而此时钻头不在井底,U形管原理不能描述此时的井眼状况。针对该种情况,基于气液两相流理论,通过分析钻头不在井底时溢流,关井和压井期间的井筒流体特性,建立了钻头不在井底的Y形管模型。利用Y形管的3个分支结构代表钻头不在井底工况下钻柱,环空和钻头以下井眼3部分,钻柱和环空部分的井筒压力特性可以用典型U形管原理分析,当分析关井和压井期间井底压力等压井参数时,应考虑钻头以下井段的流体特性,即Y形管结构下部分支的流体特性,据此,应用Y形管描述钻头不在井底工况下整个井筒的压力特性。     

幂律流体在Kenics型静态混合器中流动特性分析

为了探究Kenics型静态混合器内扭旋叶片剪切作用对幂律流体流动的影响,利用旋转流变仪测量了浓度为0.5wt%, 0.7wt%, 0.9wt%的羧甲基纤维素(CMC)水溶液的流变参数,采用数值模拟与实验研究了扭旋叶片作用下幂律流体流动阻力和剪切稀化特性。对流场研究表明,扭旋叶片诱导产生了内流涡旋、绕流涡旋和近壁面涡旋,有效强化了静态混合器内流体流动的剪切作用。受多个纵向涡旋分布的影响,扭旋叶片局域流场中周向45°位置速度最高,周向30°位置涡量与剪切应力最高而黏度最低。径向0.4倍半径位置速度最高,0.7倍半径位置黏度最高。静态混合器有效提高了流体的二次流流动速度和剪切应力,降低了幂律流体的黏度和流动阻力系数。     

双组水平喷嘴撞击流反应器流场POD分析

利用二维高速粒子图像测速技术研究双组分层水平对置撞击流湍流场,考察了双组喷嘴在不同Re、不同直径及上下径向射流不同工况下的流动结构,对速度场进行POD分解,提取流场中含能大尺度结构。结果表明,低阶本征模态拥有大尺度涡旋结构,流场涡旋结构明显,瞬时流场能量主要集中在一阶模态,易于描述整个流场的流动特征,脉动场的模态重构可以准确还原流场中的涡结构。L=3d工况下,不对称流场能量高于对称流场;低阶模态能量随喷嘴Re的增大而增大,而随喷嘴直径增大呈先递增后递减的趋势,直径d=10 mm的工况下所对应的一阶模态能量最高,涡强最大。     

异形喷嘴撞击流混合器涡特性及混合性能数值模拟

为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果，利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析，得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律，揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响。结果表明：喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为“V”形分布；喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为“M”形分布。等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高，分布范围更广。相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器，最快达到混合均匀。     

双摆提速工具在港深1604井的现场试验

双摆提速工具是一种抑制钻头或底部钻具的轴向、径向两个方向摆动的工具,它是依靠钻井液提供动力,依靠内部结构提高钻头切削地层的效率,从而达到钻井提速的目的,并能减少钻头磨损。详细阐述了双摆提速工具在大港油田唐家河区块港深1604井的应用情况,通过数据分析与邻井对比,有效地提高了机械钻速。     

镇泾油田PDC钻头优选分析

由于镇泾油田地层承压能力低,岩石可钻性较低,孔隙裂缝发育,钻井液浸泡超过一定时间,极易引起井漏或井壁垮塌掉块等并下复杂事故,影响钻井周期。本文针对镇泾油田地层特性,对近两年的已完井资料中的PDC钻头的型号、机械钻速、单只钻头进尺和钻遇地层特性进行统计,对已使用PDC钻头进行优选分析。利用主成分法对优选PDC钻头结果进行评价,并通过现场使用验证优选结果,最终优选出$5665型号钻头。     

钢粒磨料射流在石油工程中的应用

钢粒磨料射流是在不改变现有钻井设备和工艺的基础上,将体积分数为2％～5％,粒径为1～3mm的钢粒,通过注入系统注入到高压钻井液中,钢粒沿钻杆流动,并通过特殊设计的钻头得以加速,以较高的频率和大约150m／s的速度冲击破碎井底岩石,实现高效破岩,提高钻井速度的一项新的钻井技术。通过国外的现场应用表明,该技术可以将深井硬地...     

单个圆形非均匀多孔颗粒绕流的数值模拟

多孔颗粒两相流在工业过程中普遍存在,但多孔颗粒的内部结构几乎都是不均匀的,这可能影响颗粒与流体间的相互作用。采用基于本征相平均速度的体积平均宏观控制方程描述多孔颗粒内部和外部的流体流动,采用改进的格子Boltzmann方法(LBM)求解广义的宏观控制方程,并对二维流体流过非均匀多孔颗粒进行了数值模拟研究。通过随机分布难以渗透区域调节多孔颗粒内部的非均匀结构,分析颗粒内部非均匀结构对颗粒受力及其内外部流场演化的影响。结果表明,相对于内部结构均匀的多孔颗粒,颗粒的非均匀结构能够导致颗粒的升力和内部纵向传质的产生,升力和传质强度均随难以渗透区域含量wm增加而增加,随达西数(Da)增加呈先增加后减小的趋势。难以渗透区域的存在还导致颗粒后方尾涡在较低雷诺数(Re)下不再对称分布,且尾涡脱落的临界Re数降至约38,增强了流场的扰动强度。颗粒内部非均匀结构对颗粒受力和流场演化均有重要影响。     

可循环微泡沫钻井液在吐哈油田马703井的应用

可循环微泡沫钻井液技术是目前国内外用于勘探开发低压裂缝性油气藏、稠油油藏、低压、低渗透油气层、易发生严重漏失油气藏的一项新技术。吐哈油田为有效开发低压低渗储层,在大量室内试验的基础上,优选了适合于该区块的微泡钻井液的起泡剂和稳泡剂,并进行了微泡钻井液体系的室内配方研究与相关性能评价。在马703井的成功应用表明,该微泡钻井液可循环,抗温抗污染,密度低,密度范围可调,稳定性好,总体性能优良,能够有效地防止漏失,保护油气层,提高机械钻速,实现了近平衡钻井。     

Investigation of Energy Loss Mechanisms in Cyclone Separators

Based on the transient Navier‐Stokes equation of an incompressible Newtonian fluid, a vorticity form of the mean mechanical energy equation is derived which is suitable for strongly swirling flow or vortex flow, and reveals the mechanism of mean mechanical energy losses in cyclone separators. Results show that the mean mechanical energy losses in cyclone separators are mainly caused by mean viscous dissipation, turbulent diffusion, and turbulent energy production in a steady turbulent flow. Order‐of‐magnitude analysis indicates that the rate of local turbulent energy production and mean viscous dissipation is related to the local turbulent Reynolds number at each point in cyclone separators. A large local turbulent Reynolds number designates the turbulent energy production as the primary contributor to mean mechanical energy losses, whereas in the case of a small turbulent Reynolds number the order‐of‐magnitude quotient between the two quantities decreases, indicating the increased significance of the mean viscous dissipation contribution to mean mechanical energy losses. A combination of theoretical analysis and LDV experimental results indicates the mean viscous dissipation is larger in the quasi‐forced vortex region and the boundary layer than in other regions of cyclone separators. The energy losses are mainly caused by turbulent energy production in a majority of the regions (except in the laminar sublayer very close to the wall), especially the largest energy losses in the central quasi‐forced vortex region. Hence, decreasing turbulence is an effective approach for drag reduction in cyclone separators.     

应用灰色聚类法进行钻头优选研究

根据新疆油田夏子街组砂砾岩、泥质粉砂岩的钻头钻速低、钻头选型难的情况,针对已使用的钻头进行统计归纳后,使用灰色聚类法对该地层的钻头进行钻头优选,主要应用是将夏子街组使用过的钻头作为聚类对象集,根据钻头进尺、机械钻速、纯钻时间、钻头成本等作为聚类标准集,求出其聚类系数,并通过聚类系数大小比较钻头优劣。在优选出最优钻头以后,再将该地层使用过的另外一只钻头以及与最优钻头同一型号的钻头等效果进行对比,证明其合理性。通过新疆油田夏子街组上资料表明,该方法优选出来的钻头能有效提高钻速。     

涪陵焦石坝地区水力振荡器在页岩气井应用评价

涪陵焦石坝地区地质情况复杂,海相地层发育,薄互层较多,给钻井施工带了很大的难度。且在定向段托压、粘卡严重,使用PDC钻进时难稳工具面,钻压无法真实有效传递,极大的阻碍了钻井提速计划。为此,在焦页X-1HF、焦页X-2HF钻井施工中引进了水力振荡器。水力振荡器可通过自身产生纵向振动来提高滑动钻进过程中钻压传递的有效性和减少钻具与井壁之间的摩阻,从而起到提速的作用。应用结果表明,定向钻进时使用PDC钻头配合水力振荡器能有效改善井下钻压的传递,降低摩阻,提高钻井效率,并在一定程度上延长了PDC钻头寿命,通过其经济性对比分析,发现具有很好的经济价值。由于水平段应用效果显著,因而在页岩气井后期施工中选择高效PDC钻头和螺杆配合水力振荡器在水平段完成＂一趟钻＂可起到提速提效的目的,     

某气田定向井钻井技术研究与应用

某气田定向井开发形成一定规模,未来将继续壮大。天然气定向钻井技术的发展可大大提高钻井速度,满足气田大规模开发的需求。主要讨论如何分析,并对"四合一"钻井技术进行了优化,采用PDC钻头,对钻井液配方进行了研究,目的是在现有基础上进一步提高钻井速度,缩短钻井周期,从而为我们自己形成一套技术,为矿山人员定位的发展带来一些参考价值。     

PDF-THERM钻井液体系在陵水13-2-1井的应用

陵水13-2-1井(LS13-2-1)是位于南海西部海域的一口高温高压预探井,地层压力系数1.97,井底温度150℃,这是中海油服油田化学事业部所承钻的钻井液密度最高的一口高温高压井。在本井的311.1 mm井段及215.9 mm井段都使用了PDF-THERM钻井液体系,在密度高达1.98 s.g的情况下,流变性可控,从后续电测效果上看,该体系具有较好抑制性及良好的储层保护效果。