海上油井不停泵除砂清砂工艺及射流泵优化设计

为解决海上油井采出液含砂对潜油电泵造成的磨损问题,提出了海上油井不停泵除砂清砂工艺。该工艺采用固液旋流除砂器进行油砂分离,使用射流泵将被分离出并沉淀在井底的砂砾清除出井底。依据某油井参数进行了结构初步设计,并通过正交试验及Fluent软件优选出了射流泵的最佳结构参数:面积比0.25、喉嘴距3.45 mm、喉管长36.8 mm、喷嘴锥角14°、喉管入口斜角60°。海上油井不停泵除砂清砂工艺既可延长潜油电泵检泵周期,又不占用平台空间,缓解了海上平台空间紧张的问题。     

大斜度大井径漏失井清砂工具研制与应用

对于地层漏失的出砂油井,采用常规水基液冲砂会污染地层;氮气泡沫冲砂成本高;常规抽砂泵在大斜度大井径油井应用中抽砂无进尺或抽砂不彻底。研制了一种大斜度、大井径漏失井清砂工具,该工具在常规抽砂泵的基础上,改进了抽砂泵固定阀、捣砂器阻砂阀结构;优化了抽砂泵、捣砂器尺寸。现场140口井的应用表明,该清砂工具施工成功率100%,彻底解决了漏失油井清砂工艺难题,具有良好的应用前景。     

卧式分离器清砂工艺技术改进与应用

针对缓冲罐清砂过程中可能出现的池内液面过低、污水提升泵负载运行中主要部件碾磨产生高温并引爆油气等问题,开展了卧式分离器清砂工艺研究。通过携排砂采油工艺(软件)与大罐自动排砂工艺(硬件)的结合,进行室内水力排砂、射流泵喷嘴和喉管尺寸优化等实验,确定了分离器的最优结构和工艺参数,制定出适合清砂池排砂、提砂的一套新工艺。该工艺2016年10月在港西油田西三接转站进行应用并获得成功,具有流程简单、实用、可靠的特点,同时也达到了安全、环保、节能的目的,长轴液下泵安全隐患也将彻底解决。2017年港西油田其余的4座接转站也采用新工艺进行生产,稳定清砂24次,累计清砂约26 m~3,年节约维护成本150万元,为含砂比高的油田清砂提供了借鉴。     

JP-66型小直径射流泵特性试验研究

JP－66型小直径径射流泵体最大外径仅为φ66mm，为检验其工作性能而进行了室内试验。依据试验结果分析了该型流泵的特性，适用范围，存在的主要问题及改进方向，并定性指出JP－66型小直径径射流泵最佳喷嘴－喉管距L约等于喉管直径D。     

高效井底抽砂泵及其配套管柱

针对出砂油井 ,尤其是地层能量较低负压汲水较严重、油层对洗井液较敏感的油井 ,采用传统循环液体冲砂工艺携砂时存在污染油层、冲砂效果不佳及对油井产生负面影响等问题 ,成功研制了一种施工工艺简单、清砂效率高、对地层无伤害的高效井底抽砂泵及其配套管柱。现场 5井次的使用证明 :该抽砂泵及其配套管柱具有独特的清砂结构特点 ,能在无流体循环的情况下 ,达到快速彻底清除井底沉砂之目的 ;能使油井内各相保持原有的相对平衡 ,不污染油层和地面环境 ;省去了普通抽砂管柱抽砂时必须起下管柱等作业 ;特别适用于地层压力低、负压汲水严重的油井清砂 ,因而具有广阔的应用前景     

基于文丘里效应的自循环粒子射流钻井工具设计及模拟分析

为解决深井与超深井钻井机械钻速低的问题,基于文丘里效应,设计了井下自循环粒子射流钻井工具,建立了工具的物理模型与流体流动的数值模型,在设计工况条件下,利用有限元模拟方法,研究工具的可行性,并分析下喷嘴喷速的影响因素。结果表明：当上部喷嘴直径小于30mm时,工具能够实现文丘里效应,并在下喷嘴形成射流,验证了工具原理的可行性;随着喉管长度的增长,下喷嘴喷速先增大后减小;扩散管扩散角的大小对下喷嘴喷速影响不大;喉管直径对下喷嘴喷速影响很小,但当喉管直径小于40mm时,喉管直径与下喷嘴喷速呈负相关关系。该研究从理论上证明了基于文丘里效应的粒子自循环射流钻井工具的可行性,为下一步实际应用提供了理论支持。     

水平井段工具内脉冲射流冲砂技术

水平井出砂严重制约了油气田的正常开采，甚至会引发油井故障等一系列问题。目前常规冲砂技术——工具旋转射流冲砂对固定砂床清洗效果一般，为此，提出了工具内脉冲射流冲砂技术，并研制出了内脉冲射流工具。基于Eulerian两相流模型，建立了水平井段脉冲射流冲砂数值模型；对比分析了脉冲射流与旋转射流冲砂效果，并对射流频率、冲砂排量、砂床高度、砂粒直径等敏感性参数进行了分析。研究表明:内脉冲射流冲砂效率明显高于旋转射流冲砂，所需时间可缩短约37.5%；脉冲频率为0.71 Hz、砂床高度小于12.5 mm、砂粒直径小于0.8 mm时冲砂效率最优。预期后续可对内脉冲射流冲砂工具进行实验研究，数模计算结果对后续实验方案的建立具有指导意义。     

喷射气举适应井优选及优化设计研究

针对气举井最下面安装一个G/L型射流泵与上面多级气举阀组合成的喷射气举,因射流泵工艺设计受油井多因素约束控制,目前还没有形成一套可行的喷射气举井优选和工艺设计方法,展开了研究。首先根据G/L型射流泵质量守恒、动量守恒、能量守恒和气体状态方程导出了射流泵排出口压力的计算公式,再将连续气举工艺设计与射流泵工艺设计结合起来,巧妙选取最深注气点为动态求解点,运用节点分析方法,导出了两种工艺组合的喷射气举井优选和喷射气举设计方法,最后通过实例给出了喷射气举生产动态曲线和给定注气量条件下的喷射气举设计,并与常规气举进行对比,解决了油井优选和工艺组合设计的难题。     

挡砂沉砂锚的研制及应用

油井出砂会加快抽油泵阀座、阀球、柱塞、泵筒的磨损 ,使抽油泵效率降低 ,造成油井减产 ,检泵周期缩短 ,出砂严重时还会砂卡抽油泵 ,堵塞泵上油管 ,迫使油井停产 ,造成修井作业频繁 ,成本上升。如何以最少的投资使出砂油井生产周期成倍延长 ,经济效益显著提高 ,挡砂沉砂锚可以实现这一目标。该工具将挡砂、沉砂、防气多功能有机地结合在一起 ,实现气、液、砂的高效分离。1　结构及工作原理1 1　结构挡砂沉砂锚主要由上接头、滤网、排气孔、挡砂层、上级衬管、加固环、中心管、通道孔、特殊接头、螺旋总成及下级外套等组成 ,其结构如图 1。1…     

旋流沉砂器内部流场分析及现场应用效果综合评价

油井出砂是国内外砂岩性油藏开采过程中面临的主要问题之一,严重影响和制约原油的正常生产和经济效益的提高。江汉油区历经多年开采,受油井含水高、地层压降大及单井高强度放差提液与生产层段的注采不平衡等不利因素的影响,地层亏空、负压严重,油井普遍严重出砂。江汉油区在清防砂治理中,引进了一种油井井下旋流沉砂器,用于减轻泵抽管柱的带砂生产负担。运用目前研究领域主流应用的高效CFD计算流体动力学软件Flow Simulation对φ90型以及φ73型旋流沉砂器工作过程中的内部流场进行仿真模拟分析,得到了影响该工具使用性能的相关参数的定量分析结果,并借此对江汉油区70余井次的应用效果进行了细致全面的综合评价,同时设计了一种用于清除井筒悬浮砂的全新机械清砂工艺技术。     

水力喷射泵强制排砂采油技术

水力喷射泵强制排砂采油技术是治理严重出砂油井的一项新技术.利用水力喷射泵举升系统允许大含砂量介质过泵,并可以靠大流量混合液携出井筒的特点,采用反循环水力喷射泵井下管柱以加强系统携砂能力,地面采用单井可移动式地面配套装置,对高含砂油井进行短期强制排砂.应用该技术将近井地层游离砂及细粉砂快速排出井筒,形成相对清洁的井壁,之后转入深防、强抽或常规采油,达到综合治理出砂井的目的.2003年完成整套设备研制,在辽河油田锦州采油厂及曙光采油厂共进行了5井次的现场试验,措施成功率100%,达到了强制排砂的预期目标.     

胡尖山油田水平井“负压旋流+连续冲砂”试验研究

"水平井+体积压裂"有效改善安83区块长7致密油藏的开发,与此同时,水平井井筒出砂情况日益严重,直接影响油井正常生产。传统方法冲砂时,冲砂管柱接单根必须停泵,由于地层严重亏空,导致返排率极低,同时存在卡钻的井下风险。为解决这一问题,采油工艺研究所近期引入水平井"负压旋流+连续冲砂"工艺管柱,水平井旋流连续冲砂工艺技术是利用普通油管实现水平井反循环旋流连续冲砂的,接单根过程中不停泵,可防止砂粒下沉和砂卡事故发生,同时提高返排率,减少地层漏失量。该工艺的配套工具主要由井口循环工具和井下冲砂工具2部分组成。该项工艺在胡尖山油田应用获得成功,返排率提高23%,取得较好的经济和环境效益。     

反循环平行管水力喷射冲砂泵

采用常规冲砂工艺或利用暂堵剂暂堵冲砂都无法在低压漏失井中建立有效循环,冲砂液全部漏入地层,不仅冲不出井底的砂,而且还经常发生砂卡等井下事故,为此,研制了一种反循环平行管水力喷射冲砂泵。该冲砂泵利用水力喷射泵没有运动件这一优点,依靠动力液与地层液的能量转换进行工作,动力液与混砂液沿着油管中心孔返出地面,喷射泵底端不安装封隔器,喷射泵内部装有1组喷嘴和喉管扩散器,同时实现进口、出口和吸入口有效结合,并配套双级管柱等其他工艺来实现低压漏失井的冲砂作业。现场应用表明,采用该冲砂泵可迅速彻底地排出井内砂子,提高工效1倍以上,作业一次性成功率达100%。     

江汉油区井筒负压清砂技术的应用

江汉油区历经多年开采,受油井含水高、地层压降大等不利因素的影响,地层亏空、负压严重,油井普遍严重出砂。而常规水力冲砂技术往往造成入井液大量漏失进入地层,使冲砂液不能建立循环,同时还可能造成严重的地层伤害。低密度泡沫液冲砂技术的使用受到地层压力系数的限制,压力超低井冲砂成功率不高。鉴于此,江汉油区改进了水力喷射负压冲砂工艺技术,通过优选封隔器及优化设计同心双管结构等,实现了地层压力超低油井的有效清砂。同时,通过自主攻关研究机械负压捞砂工艺技术,设计了Ф90mm小口径捞砂泵以及多种捞砂锥,在负压、水敏等出砂油井应用效果良好,有效克服了这类井的井筒清砂难题,同时取得了多项捞砂技术突破。     

页岩气水平井井筒清洁技术的难点及对策

页岩气储层采用水平井钻井和大型加砂压裂能够获得增产,但气井井筒堵塞的问题也频繁出现,如何清除钻塞作业残余的桥塞碎屑及砂粒,确保页岩气井井下生产通道的畅通,成为气井安全生产的重要环节。为此,在分析水平井井筒清洁生产技术现状的基础上,总结了页岩气水平井井筒清洁处理面临的技术难点,结合当今世界页岩气井井筒清洁技术的进展,对清洁工具及工艺、工作液性能进行技术攻关,研发了清洁处理工具,提出了清洁处理技术对策,并对其现场应用效果进行了评价分析。研究结果表明:①所研发的针对大通径桥塞处理的套磨打捞一体化工具,可实现工具入井后对大通径桥塞的套铣、打捞一次性作业;②形成的换向旋流冲砂工艺在长水平段中作业时能避免砂粒沉降,能实现将砂粒冲洗出井筒的目标;③常压及高压井可以选用气井返排液、KCl、CaCl2溶液等作为工作液,而低压井则可选用泡沫流体作为工作液;④对于低压井,通过优化设计局部压差打捞工具形成局部压差吸附的方式带动井内碎屑物或沉砂进入工具内部,进而完成打捞作业。结论认为,所形成的适合页岩气水平井的井筒清洁工艺技术为后期大规模页岩气井筒清洁处理奠定了基础。     

新型超高压井下增压系统的研制与应用

油气钻井工程实践表明,利用高压射流辅助破岩是提高深井机械钻速的有效途径,而井下增压技术是一种产生高压射流的方法,井下增压系统装置的稳定性、可靠性是该技术工业应用的关键。为此,围绕井下增压系统配套的关键工具进行了研究与实验:①优选的螺杆增压器可将螺杆钻具输出的旋转运动转换为轴向往复运动,达到对部分钻井液实施增压的目的;②依据室内实验获得的不同喷距、射流角度下高压流体对岩石的冲蚀数据,研制了与螺杆增压器适配的超高压双流道钻头;③在地面采用清水作为试验介质进行了测试,高压喷嘴直径1.5 mm,泵压为4 MPa,排量18 L/s,地面测试期间高压喷嘴出口明显可见脉冲高压射流,井下螺杆增压装置运行稳定。在5口井上完成钻井总进尺1 015 m、纯钻进时间206 h,与邻井相比平均机械钻速提高了51.4%。试验结果表明,该井下增压系统在钻井作业中提速效果明显、设计合理、工作可靠。     

用于出砂井的水力喷射泵结构设计

油井出砂对地面设备和井下设备带来极大的危害。通过室内试验研究了地层砂在井筒内的流动和沉积状态,测定了不同粒径的砂粒沉降速度和一定液量下的极限携砂量。设计了应用在出砂井中的水力喷射泵采油装置,其特点是采用平行双管柱结构的水力喷射泵,合理设计泵内流道,尽可能保持液体匀速流动,适当提高液体流速,提高携砂能力。最后为防止液体停止流动导致砂堵排出管,设计了结构独特的沉砂管。     

清砂解堵反洗装置研制与应用

针对目前注水井因腐蚀结垢、聚合物堵塞、注水杂质等原因造成常规反洗阀反洗井不通、球阀关闭不严等问题,研制了清砂解堵反洗装置。该装置通过设置正向密封机构、沉砂机构、刮垢清洗机构,能够将注水过程中的砂体杂质沉积至装置环空,反洗时又能够将杂质及时排出,确保注水管柱的整体密封以及长期反洗畅通。室内试验表明,该装置反洗井开启压力1.2 MPa,清洁管旋转开启压力1.5 MPa,清洗效果明显。该装置现场应用318多井次,应用最大井斜65°,最大井深3 500 m,最长下井时间25个月以上,平均有效期300 d以上。提高了注水井的分层合格率,延长了注水有效周期,具有较好的应用推广价值。     

筛管解堵工艺技术研究与应用

大港油田非注聚区细粉砂油藏采用精密复合筛管进行防砂,会遇到筛管堵塞影响油井产量的问题,常规的酸洗、冲砂作业解堵效果不明显。研发了集酸洗解堵和水射流解堵为一体的筛管解堵工艺,通过酸洗使地层堵塞物松动、脱落、溶解,通过水射流工具对筛管内壁进行有效清洗。对筛管水射流解堵工具喷嘴的自激振荡脉冲射流机理进行分析; 运用数值分析软件Fluent建立了脉冲射流解堵数值模型,采用Standard k-ε两方程湍流模型,对筛管脉冲水射流解堵过程进行了数值模拟仿真。结果显示,在泵压相同时,设计的自激振荡喷嘴较普通射流喷嘴具有更大的射流速度和冲击力。对筛管解堵施工时需要的工作液及泵注程序进行了设计。室内试验证明,所设计的水射流工具达到解堵要求。该筛管解堵技术在现场应用中取得了良好的效果。