欠平衡连续油管钻井中螺旋管段气液两相流摩阻压降特性研究

针对欠平衡连续油管钻井中螺旋管段气液两相流摩阻难以计算的问题,采用数值模拟方法,研究了气液两相流在连续油管螺旋管段中的流动,揭示了两相流在螺旋管段的流动特性。对影响摩阻压降的相关因素进行了分析,计算了不同的充气量、采用不同密度和黏度的钻井液以及不同曲率时螺旋管段的摩阻压降。结果表明：充气量越大,螺旋管段摩阻压降越大;钻井液的密度和黏度越大,螺旋管段摩阻压降越大;螺旋管段的曲率比越大,螺旋管段摩阻压降越大。该研究对于指导欠平衡连续油管钻井作业时选择充气量、钻井液和滚筒,计算水力参数和泵压具有重要的参考意义。     

连续管幂律流体流动及压降影响因素分析

幂律流体是石油工程领域应用非常广泛的非牛顿流体,为了研究其在连续管螺旋管段的复杂流动状况和压降变化,基于Fluent软件模拟了幂律流体在螺旋管内的流动,分析了管径、滚筒直径、入口速度、流体密度、流体稠度系数以及幂律指数对压降的影响,得到了截面上的压力和速度分布,总结出了螺旋管压降随各个参数的变化规律:在直管段截面压力和速度呈同心圆状规则分布,而在螺旋管截面压力和速度则向外凹陷;螺旋管的湍流核心区较直管段减小,说明曲率增大导致黏性力的作用范围变大;油管压降随入口速度、流体密度、稠度系数和幂律指数的增大而增大,其中幂律指数的影响比稠度系数大得多;压降随管径的增大而减小,滚筒对压降的影响可以忽略;当流速很高时,为了减小压力损失,保证平稳流动,应在保证所需井下压力的基础上选择管径稍大的油管。研究结果可为现场确定连续管和流体的相关参数提供理论指导。     

牛顿流体在连续管内流动的压降数值模拟

通过数值模拟的方法研究不同曲率下流体在连续管螺旋管段流动的压降,并与经验计算公式的计算数据进行对比。结果表明,连续管螺旋管段由于存在二次流动现象,导致摩阻损失变大,大于直管段的摩阻损失;连续管水力摩阻损失随曲率和流速的增大而增大;随着流速的增大,曲率对摩擦压降损失的影响越明显。最后指出,利用连续管进行酸化压裂作业时,排量大,井底压力高,在这种情况下就需要选用大功率高压泵,如果选用的泵功率不够,会影响作业效果。     

连续油管水平井压裂携砂液流动压降及敏感性

连续油管压裂过程中携沙压裂液流动摩阻压降是压裂设计的重要内容,也是现场压裂施工成功的关键。压裂过程中携砂压裂液流经螺旋管、非螺旋段(垂直段+水平段)、环空压裂段,预测压裂流动压降难度大,现场设计数据与实际出入较大。在前人研究的基础上,以大庆某外径60.3 mm、壁厚2.769 mm的连续油管压裂数据为例,对连续油管水平井压裂携砂液流动压降进行分析。结果表明:螺旋段是连续油管在整个压降系统中最敏感部分,且这种敏感性会随着排量的增大而增强;环空压裂段摩阻压降与排量、环空管径比正相关;整体上压降随岩屑体积分数的增加而增加,但在此过程中会出现短暂下降窗口。     

连续油管侧钻径向水平井循环系统压耗计算模型

通过分析相同条件下高压软管段压耗实测值与已有金属直管压耗公式计算值之间的关系,提出了高压软管段压耗计算公式,经理论推导建立了完整的连续油管侧钻径向水平井循环系统压耗计算模型。利用所建压耗计算模型研究了管径、管长、泵排量和流体动力黏度等参数对循环系统各部分压耗的影响规律。结果表明:0.025 4 m(1 in)连续油管的螺旋段、直管段压耗都明显大于0.038 1 m(1.5 in)连续油管,约为后者的8～10倍;高压软管段压耗在循环系统总压耗中占有较大比重,文中算例结果为86%;相同条件下,清水加减阻剂后压耗约为清水压耗的1/2。     

泡沫在连续管螺旋管段内流动的压降数值模拟（） 摘要: 关键词: 中图分类号:

通过自定义函数和数值模拟方法研究泡沫流体在连续管中流动的压降,并且对比了计算结果与模拟结果。对于泡沫在直管段内流动,由于考虑了加速压降和真实速度剖面的影响,模拟压降比计算压降大。对于泡沫在螺旋管段内流动:由于泡沫具有压缩性,其物性随压力变化,所以当出口压力不同时,同一位置处速度剖面和密度剖面不同;由于离心力的作用,速度剖面不对称;出口压力、注气流量和曲率对压降影响比较明显。对连续管泡沫钻井进行水力参数设计时,尽可能地提高注入压力,可减少泡沫在螺旋管段流动的压降。     

连续油管水力压裂管内摩阻研究进展

连续油管水力压裂摩阻是压裂设计中的重要内容,同时也是压裂能否成功的指标之一。连续油管水力压裂过程中,由于对流体性质、支撑剂、曲率效应等造成的复杂流动理解不足,使得准确预测管内摩阻非常困难,尤其在卷筒上的螺旋段,因而实验成为当前研究连续油管管内摩阻的重要手段。研究认为:在其他条件不变的情况下,摩阻随连续油管管径的增大急剧变小;随压裂液排量增大而增大;随连续油管下入深度的增加总摩阻变小;随黏度和流行指数的增大而增大;随支撑剂积分数增大摩阻先增大而后减少。     

双层连续油管冲砂作业水力摩阻计算

在常规技术难以进行有效清砂的井筒作业中,双层连续油管具有明显的技术优势,但该类管柱的受力状态有别于普通连续油管。以冲砂作业为研究对象,结合流体力学推导出了双层连续油管作业的水力摩阻计算公式。计算表明,对长度为4 000m的60.3mm+31.8mm组合双层连续油管,排量相同时,螺旋段单位长度上的摩阻要略高于直管段的压降;排量对摩阻影响显著,例如排量由50L/min增加到150L/min,对应的摩阻压力降则增大6倍以上。通过与现场施工参数相比较,该公式计算结果与实际参数变化趋势吻合较好。为双层连续油管冲砂作业制定合理的参数提供了一定的理论借鉴。     

微小井眼循环系统压力损失规律研究

通过研究,建立了微小井眼连续管内及环空压耗计算模型;根据所建立的数学模型及设定的参数,计算了不同井深和排量下连续管直管段、螺旋管段及环空的压力损失,得到了压力损失与各参数之间的变化规律曲线。曲 线表明,在相同流量下,直管段、螺旋管段及环空的压力损失随井深（长度）的增加而线性增加;流量增大,相同长度的直管段和螺旋管段的压力损失增大,环空压耗也增大;长度相同时,在螺旋段产生的摩擦压力损失远比在直管段的大;随着井深的增加,连续管的总压力降呈下降趋势。     

水平井段不固井分段压裂使气产量提高3倍

Foster Farms Deep#1-H井是附近区域Wilcox地层的第一口水平井,是南得克萨斯州砂岩储层最深（垂深15700ft）的水平井。该井水平段使用5个膨胀式封隔器实现了段间封隔,也免去了注水泥固井作业。使用常规13/4in直径连续油管进行分段射孔、压裂（4个井段的作业在连续油管的一个入井行程中完成）。该井投产后累积产量为附近同一产层常规压裂改造直井的3倍多。     

连续油管井下弯曲段沿程压降计算方法

随着压裂技术的发展,压裂工艺和管柱结构日益复杂,特别是井下弯曲段管柱曲率半径由几米到几千米不等。采用数值模拟的方法,结合连续油管几何特征,建立直管、弯管数值仿真模型,计算不同工况下沿程压降,数值仿真结果与理论计算结果对比,弯管误差小于5%,直管误差小于6%,验证了数值模型的准确性。计算了曲率半径为1.25~1 280 m 的弯管沿程压降, 数值仿真结果与弯管理论计算结果对比表明,弯管曲率半径小于某一临界值时（该临界值与流体介质和排量有关）,数值仿真与弯管理论计算结果吻合较好,当曲率半径大于这一临界值时,弯管理论计算结果偏小,甚至小于直管压降。为此,依据数值仿真计算结果,修正了弯管理论压降公式,拓宽了弯管压降计算公式的计算范围,为连续油管等弯管结构压降计算提供了可靠的公式。     

连续油管喷砂射孔和筛管改流跨隔压裂组合工艺

常用的漏掉产层增产技术主要为连续油管跨隔压裂、连续油管逐层填砂顶封压裂,这些技术通常应用于埋藏较浅的储层。但对于埋藏较深的漏掉产层进行改造作业时,存在摩擦损失大、井口压力高、施工排量小的问题。连续油管喷砂射孔具有无压实作用和降低地层破裂压力的优点;连续油管筛管改流跨隔压裂工艺,通过将筛管和双封隔器相结合,在上部封隔器处通过筛管将油套环空的压裂液改流进入油管,油管中的压裂液经过下部封隔器后由节流喷嘴喷出,实现对目的层改造作业,由于施工过程中压裂液大部分在油套环空中流动,降低了沿程摩阻。该组合工艺充分利用了连续油管的优点,并克服施工排量小、井口压力高的问题,在准噶尔盆地储层深度3 660 m的××井中成功应用,施工过程中的最高排量为4.6 m3/min,最高井口压力43.8 MPa,压裂后增产效果明显。     

连续油管水平井多簇滑套作业探索与实践

针对水平井压裂时经常遇到的砂堵现象,通过研究连续油管内压力损耗原理,建立了连续管摩阻计算模型,参考模型计算结果优选连续管,完善地面设备配置,形成一套连续油管水平井多簇滑套解堵工艺。利用该工艺可以在不起下井内管柱的情况下,实现油管或套管内解堵施工,工序简单有效,作业效率高,同时可有效避免因堵塞压力的突然释放带来的井控风险。该作业技术经吉林油田红平57－**井现场试验,成功实现解堵施工,为实现后续压裂提供了保障。     

弯曲连续管内流体运动机理与摩阻研究

井眼的弯曲直接影响连续管在井下的弯曲状态和连续管内流体的运动特性与摩阻。为此,分析了弯曲连续管内流体流动的运动机理,在此基础上根据流体力学原理建立了不同流体条件下弯曲连续管内流体摩阻计算模型。分析结果表明:弯曲连续管内流体的运动呈现断面环流和冲击波效应,这可能是引起弯曲连续管内流体复杂运动的力学机制;弯曲连续管内流体流动的断面环流和冲击波效应在一定程度上影响了连续管内流体的流态和摩阻;随着井眼曲率半径的减小和注入排量的增大,不同流体条件下弯曲连续管内流体的横向切力和摩阻随之增大;弯曲连续管内流体流动的横向切力和摩阻受弯曲段井眼曲率半径和注入排量的影响较大。研究结果可对弯曲井眼中连续管循环摩阻计算、受力分析和排量优选提供理论参考。     

Friction pressure correlations for turbulent flow of drag reducing polymer solutions in straight and coiled tubing

Accurate determination of friction pressure losses of dilute drag reducing polymer solutions remains to be a challenge in many practical applications. These include a wide variety of hydraulic operations performed on a daily basis in the oil and gas industry. Most drilling, completions, and stimulation jobs require pumping fluids at high flow rates, which in turn generates high frictional pressure losses, enhanced by the use of small diameter tubing or coiled tubing. Curvature in this latter is believed to generate secondary flows and thus extra flow resistance. Therefore, good drag reduction characteristics of fluids are desirable.In this study, energy dissipation by eddies in turbulent flow of viscoelastic fluids is assumed to be the mechanism causing drag reduction. Various concentrations of Nalco ASP-700 and Nalco ASP-820 dilute polymer solutions are tested at ambient temperature in laboratory-scale and full-scale flow loops installed with straight and coiled tubing sections exhibiting different values of diameter, curvature ratio and pipe roughness. In addition, flow tests are conducted at 100 °F and 130 °F using the laboratory-scale flow loop.Effects of concentration, temperature, curvature ratio, and pipe roughness on drag reduction are discussed in light of Fanning friction factor versus solvent Reynolds number plots. Results show that drag reduction in coiled tubing is lower than in straight tubing. As curvature ratio increases, drag reduction decreases. The effect of increasing temperature is to decrease drag reduction in straight tubing and increase it in coiled tubing. In turn, the effect of increasing pipe roughness is to slightly decrease drag reduction in straight tubing up to a certain Reynolds number value and then it starts to increase. For coiled tubing, the effect of increasing pipe roughness is to decrease drag reduction.In this study, generalized correlations for the prediction of drag reduction in dilute polymer solutions flowing in straight and coiled tubing are developed on the basis of the energy dissipation of eddies in turbulent flow field and a shear rate dependent relaxation time. In addition, correlations are validated using experimental data for a low concentration guar fluid flowing through full-scale flow loop.