井控节流阀冲蚀机理及结构优化

节流阀是钻井井控管汇中的关键设备，它是否正常工作直接关系到压井的成败。为此，采用现代分析软件ANSYS对井控装置中的井控节流阀进行了流场分析，根据节流阀流场的特点，定性地研究了楔形节流阀现场使用中容易产生冲蚀的原因。对现有节流阀的结构进行了优化设计，即将楔形节流阀的平面改为弧面；在阀心上部仍采用楔形平面，但在阀心末端留一段平面使其平行于壳体的中轴线，楔形面与平面间采用圆弧过渡，保证流体出流方向不指向壳体，避免了流体对壳体壁的冲蚀。同时，阀心上端部的直线段满足了对压降的线性调节要求，更适合现场使用。     

高压井控楔形节流阀三维流场模拟及阀芯失效分析

井控节流阀是钻井井控管汇中的关键设备,直接关系到压井的成败。根据节流阀实际流场情况,建立了楔形节流阀三维有限元模型,并基于流体动力学理论,运用流体分析软件对高压井控节流阀内的三维流场进行了模拟,得出节流阀内部流场分布规律及特点。结果表明,由于内部流体的高速流动,阀芯在楔形面沿轴向处以及前端处会首先发生冲蚀失效。将该分析结果与现场阀芯失效的实际情况进行了比较,结果非常吻合。     

高压液固两相流节流阀耐冲蚀特性研究

选择性能参数可靠的节流阀,对"三高井"(高压、高含硫、高产)合理控制井底压力起到关键作用,是成功建立二次井控的决定性因素之一。针对常用的筒式、楔形和孔板3种节流阀,基于离散相模型开展了冲蚀数值模拟仿真,研究了不同节流阀的冲蚀损伤机制,分析了流体压力和颗粒运动速度等对阀芯冲蚀速率的影响,并利用现场试验对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:3种阀阀芯最大冲蚀速率均随着流体压差、颗粒质量流量和颗粒密度的增大而增大,且在相同条件下,抗冲蚀能力依次为筒式阀>楔形阀>孔板阀;现场试验结果与模拟结果一致,证明了建立的离散冲蚀模型的可靠性。综合考虑耐冲蚀能力、节流压井可靠性和井控工艺等要求,建议在"三高井"105 MPa节流管汇主节流中使用筒式阀,辅助节流使用楔形阀,逐步淘汰使用孔板阀;对筒式阀节流控制箱和楔形阀下游变径处进行结构改造优化,以满足更长时间、更高强度的节流控制要求。研究结果可为节流阀的设计制造和现场施工参数配置提供理论依据。     

冀东油田高压注水带压作业管柱的研制与应用

为在高压注水井中应用不压井、不放喷作业技术,研制了高压注水带压作业管柱。该管柱主要由Y341注水封隔器、单流偏心配水器、多功能洗井阀、筛管和丝堵等组成。多功能洗井阀底部设有底堵,能保证在入井过程中管柱密封,地层水不会从管柱底部进入管柱;配水器上开设了偏心孔,可沟通上、下层注水通道,平衡密封段上、下压差,提高了测试仪器下井的安全性。现场应用结果表明,高压注水带压作业管柱成功实现了带压作业,提高了注水时效和水井利用率,保护了地层能量,提高了作业效率,具有良好的推广应用前景。     

抽油井不压井作业装置及抽油泵底阀设计

江苏油田的部分油井存在油管短路、地层高压低渗、漏失严重等问题,这些问题造成压井作业困难,并且压井作业过程中的井控与环境污染风险较大。为了进行不压井检泵作业,同时缩短检泵之后的产量恢复周期,进行了不压井作业技术研究,并研制了不压井作业装置。为解决起下抽油杆过程中的防喷问题,改进了抽油泵底阀结构,该结构可实现起下抽油杆过程中油管不带压、无溢流,并保障起下油管过程中的井控安全。该技术在江苏油田现场应用9井次,效果良好。     

高压节流阀的失效与受力分析

节流阀是节流压井的关键设备，其性能的好坏直接影响石油天然气勘探开发成96本和质量。在高压油气藏的勘探开发中，多次因节流阀失效而发生井喷失控险情，甚至导致井喷事故。文章分析了现场普遍使用的高压针形节流阀的失效形式主要是冲蚀磨损、阀芯脱落和阀杆断裂等，并在此基础上讨论了这些失效形式产生的原因；以锥形阀为例分析了导致针形节流阀阀芯受轴向液压推力和横向振动原因，得出了阀芯受轴向液压推力计算公式，提出了结构改进和使用方面的建议，具有一定的参考价值。     

高压分注井全过程带压作业管柱

针对高压分注井带压作业过程中存在的管柱内堵塞器投堵位置不确定、油管内密封工具耐压低、分注工具段内无法堵塞密封、不能实现全过程带压作业的问题,研发了高压分注井全过程带压作业管柱。该管柱下入后,无需投捞,双密封洗井阀地面加压即可启动注水阀;通过配套高压自密封配水器和预置式油管堵塞器等工具,解决了油管内分注工具段封堵问题,实现了分注管柱起出过程的整体密封;通过管柱底部配套双密封洗井阀,解决了分注管柱下入过程的密封问题,还可满足反洗井工艺要求。高压分注井全过程带压作业管柱在冀东油田累计应用60井次,最大施工井斜56. 7°,工具最大下深4 285 m,满足50 MPa内分层注水需求和21 MPa内带压作业需求。应用该作业管柱可缩短作业周期,提高作业效率,降低施工成本。研究结果可以为注水井带压作业管柱的设计提供参考。     

高压油井免带压作业检泵技术研究与应用

为解决冀东油田高压油井作业前放压时间长,不压井不放喷无法实现小修检泵,以及超深井、高温高压井探边测试困难等问题,研制了高压油井免带压作业检泵管柱及配套工具。该管柱由JDY455高温高压封隔器、坐封丢手工具及液控开关阀等组成,JDY455高温高压封隔器封堵油套环空,坐封丢手工具实现封隔器的坐封及丢手,液控开关阀调控产油通道开关状态。现场应用结果表明:高压油井免带压作业检泵管柱结构简单,用井下小修作业设备完成油井的带压作业,实现了不压井检泵和洗井。该工艺现场应用4口井,最大井斜达29.3°,最高井口压力达11.7 MPa,最大压力系数1.39,单井缩短占井周期4~6 d,工艺成功率100%。高压油井免带压作业检泵技术有效节约了作业费用,保护了油层,具有良好的推广应用前景。     

压井过程中井底压力的控制方法

随着窄安全密度窗口和高压油气藏井数的越来越多,井控风险日益突出,对现场常规压井技术提出了更高的要求。立压和套压是井控作业中两个重要的压力数据,随着井控技术的发展和随钻井底压力测量技术（PWD）的应用,套压作为重要的井控参数,作用越来越突出。为此,通过分析套压在常规压井中的应用,套压操作受到地层破裂压力、套管抗内压强度、井控装置的工作压力的限制,而井口节流阀的操作关系到及时准确地控制井底压力以及顺利实施压井作业。针对立压控制法和套压控制法在常规压井技术中的压力传递的延迟性, 指出应充分利用立压和套压变化趋势及特点,优化节流阀操作,改进常规压井技术操作,并提出了井底压力控制法的使用原则和操作步骤。最后,分析了压井过程中随钻压力测量技术（PWD）实时记录的井内钻井液当量密度,有助于工程师准确控制井口回压,实现井底压力基本恒定的控制,以便顺利完成压井作业。     

基于AMESim的节流阀自动控制系统

针对压井过程中节流阀的自动化程度不高以及控制精度低的问题,基于节流阀自动控制系统对子元件的选型以及液压系统的控制关系,建立了流量-压力特性方程,并利用拉普拉斯变换和叠加原理得到了控制系统的传递函数数学模型,同时建立了节流阀的位移与节流压降的数学关系,并得到了节流压降与速度随开度的变化规律。以系统传递函数为依据,建立了节流阀自动控制系统,并对系统进行了仿真计算和稳定性分析。研究结果表明,所设计的节流阀自动控制系统具有较好的稳定性及快速性。该研究可以在一定程度上提升压井作业的自动化程度,使得压井作业变得更加安全与高效。     

A new plotting technique for modeling critical flow through Multi-Orifice wellhead chokes

Well production rate is one of the most crucial parameters for reservoir modeling, management and surveillance. In most cases, this parameter is known by using empirical correlations to estimate the flow rate passing through fixed wellhead choke. However, in offshore and hostile environments, the multi orifice valve (MOV) choke is installed as a substitute to control the well production remotely. Due to complexity of flow in this type of restriction, theoretical choke modeling is impossible and the available empirical correlations for fixed chokes can’t be used for rate calculation. In this paper, a new, yet simple plotting technique is proposed for modeling the flow of gas condensate type fluid in MOV wellhead choke to estimate well gas rate. By using a set of test separator data including 164 well rate, choke opening and wellhead flowing pressure, gathered from an offshore gas condensate reservoir located in Middle East, the technique was developed and validated. The results revealed that proposed methodology can estimate well rate with an absolute average percent deviation of 5%. The critical need for rate data, make the findings of this paper attractive for petroleum industry.     

液压驱动可调节式水下节流阀阀芯结构设计

根据中国南海某油田工况,依托1 500 m水下智能井口和采油树项目,开发一种液压驱动可调节式节流阀。对该水下节流阀阀芯的结构设计方法进行着重介绍。针对现有的一般阀芯结构设计方法,通过理论分析,考虑不同过流孔孔径、过流孔轴向排布、过流总面积等因素,采用有限元分析工具分析不同情况下节流阀阀芯的流动特性,保证节流阀的可调节性,延长阀芯防冲蚀寿命。     

控压钻井节流阀阀芯轮廓曲线设计

控压钻井节流阀是钻井系统中控制压力的关键部件,控制系统通过一定策略来改变阀的开度从而快速、精确地控制井口压力,要求节流阀开度和阀两端压降呈近似线性关系。根据节流阀流量、压差与过流面积的数学关系,采用曲线包络的数学方法建立了控压钻井节流阀阀芯轮廓线的数学模型,绘制出开度-压降呈线性关系的阀芯轮廓曲线,并通过计算各个开度下的过流面积和压降对所建模型进行了验证。该数学模型可针对不同工况下的MPD节流阀设计提供理论依据,具有一定的工程实际意义。     

节流口串联连续波信号发生器的冲蚀性能分析

针对现有的钻井液连续波信号发生器转阀存在易堵塞、节流口处流速高和冲蚀严重的问题,根据液压流体力学的基本原理,将连续波信号发生器的转阀设计为多个节流口串联结构。该种结构可以在获得足够信号幅值的前提下解决上述问题。建立了转阀冲蚀的三维离散相流场仿真模型。计算结果表明,转阀的冲蚀随节流口个数的增加而显著减小,当节流口个数增加到一定数量时,冲蚀又有所增加;转阀的冲蚀主要集中在节流口棱边上靠近轮毂的地方。     

计算机优化压井开环控制软件系统研究及应用

由于钻井总体技术水平的制约,及缺少先进的井控装置,油田现场主要依靠技术人员的经验判断进行节流调节。但是,这样的操作具有很大的差异性,且存在一定的主观性和盲目性,极易造成地层被压漏或发生溢流,导致井下压力系统复杂化,贻误安全压井时机,并可能酿成事故。基于气液两相流理论,建立了压力实时监测模板,并利用各项技术形成了计算机优化压井开环控制系统。阐述了该系统的工作原理,详细介绍了溢流压井中防地层破裂监测模板、防套管鞋处压裂监测模板、防节流相关装备损坏模板、防泵入相关装备损坏模板等的软件功能设计与实现。该系统在中国石油CPOE3平台进行了模拟开环控制试验,结果表明,该系统计算分析能力强、安全可靠,在压井过程中反应及时、命令果断、执行准确,取得了预期效果。     

CNG公共汽车供气高压管路的流场特性研究

目前国内有关压缩天然气汽车高压管路布置方面的工艺规范较少,对于高压管路布局走向、管路长度、管路直径等设计参数的选择及其对储气的利用率、管路中供气稳定性等方面的影响尚缺乏深入研究。为此,采用计算流体力学数值模拟方法,计算分析了某型压缩天然气公交车供气管路内天然气的流场特性,发现管路的长度、曲率、半径以及气瓶阀通孔结构是影响流场特性的主要因素。研究结果表明:1气瓶阀内部流场存在涡流;2管路内部压降与管路长度呈线性关系;3不同工况下管路内部流场速度与压降呈正相关关系;4管路内部流场压降随着管路半径的增大而减小;5弯管曲率半径越大,内部流场速度和压力在拐弯处过渡越平顺。据此进行了以下优化设计:1优化气瓶阀内部通孔结构,解决了原气瓶阀内部存在涡流的现象;2缩短管路长度可以有效减小管路内部压力损失;3高负荷不利于提高气瓶中天然气的使用率;4增大管路半径可以有效降低管路内部流场的压力损失。优化后整个CNG公共汽车的高压管路压力损失减小了195.6 k Pa。     

基于耦合模型的高压气井井下节流工艺设计方法研究

主要针对高压气井冬季易堵、存在较大安全隐患的生产难题,开展井下节流工艺技术研究。根据井下节流机理,基于天然气在井筒流动规律和地层径向传热,建立了井筒压力和流动温度预测数学模型,并采用精度较高的龙格库塔方法进行数值求解,采用组分模型和等熵焓变预测节流温降。根据气井产量、水合物生成条件、井筒压力、温度分布预测确定节流工艺参数,根据所建立的井下节流设计模型,对川孝452井进行工艺参数设计和现场试验,取得了良好效果。     

Modeling the pressure characteristics of parallel chokes used in managed pressure drilling and related experiments

Based on the local resistance computation model for a choke valve and using the flow characteristics of choke valves, we studied the relationships between the back pressure of a parallel choke assembly and the opening extent of choke valves and developed a model to characterize the pressure regime of the manifold assembly. A comparison of pressure characteristic curves shows that a parallel choke manifold assembly has obvious advantages over the conventional serial type including high linearity of pressure-regulating characteristics curves, the elimination of the overshoot interval, wider effective regulating interval and the higher system security. Laboratory hydraulic experiments have validated the capability of a back pressure control model for the parallel choke assembly to accurately control pressure. This study is of great theoretical and practical significance to further improve the performance of chokes used in managed pressure well drilling.     

天然气井下节流临界状态的判别方法

临界状态参数，尤其是临界压力比，这是天然气井下节流嘴设计计算以及判断节流嘴内是否达到临界流动，能否实现气井稳产的关键数据。以往对天然气井下节流临界流动状态的判别往往基于经验公式。由于井下节流，节流嘴上游压力的不易测得，使得临界流动状态判别困难。以空气动力学的基本原理对井下节流过程进行了理论分析，分析指出实际临界压力比要小于理论临界压力比，理论临界压比只是临界流状态的必要而非充分条件。进而提出了临界状态判别的新方法，即用临界流动的原始定义（即马赫数）来判定。若节流嘴出口处的马赫数大于1，则说明流动已处于超临界状态，在节流嘴的最小截面处即喉部可以达到临界流动；若截面2处的马赫数小于1，则节流嘴中流动处于亚临界状态。该方法物可有效的判别井下节流的流动状态，在此基础上，可进一步完成节流嘴入口处、井底的气体流动预测研究。