连续油管水力喷射压裂技术

川渝地区多数油气藏纵向上存在多个产层，且部分产层跨距较大。为解决逐层压裂的技术难题，在研究连续油管水力喷射压裂技术机理的基础上，提出利用伯努利原理，连续多层段完成水力射孔和压裂，实现水力封隔无需机械封隔。设计研制了连续油管水力喷射分层压裂井下工具，经射穿套管和喷嘴耐磨性室内实验证明，所研制的工具可以有效地射穿套管和岩石，喷嘴耐磨蚀和本体抗返溅能力强。连续油管水力喷射多层压裂工艺技术在四川试验成功，研制的工具能满足现场工艺要求，试验井取得了显著的增产效果。     

压裂处理裸眼水平井的新方法——水力喷射压裂

水力压裂技术已可用于水平井 ,主要是套管井。在裸眼水平井中 ,尤其存在天然裂缝时 ,大而裸露的井壁表面会使大量流体损失 ,影响增产措施的实施。最近推出的水力喷射压裂法可以在同一油井中不使用密封元件而维持较低的井筒压力 ,迅速、准确地压开多条裂缝。油藏的最佳裂缝延伸面方向已知时 ,采用带有可调整定位的喷射系统或具有固定喷射位置的共面调整喷射工具进行水力喷射压裂作业 ,使喷射面与裂缝延伸面大致相符 ,喷嘴数量和喷嘴尺寸根据油井状况而设计。压裂时可以采用两种方案 :第一种是从地面旋入钻杆 ,在预期井深通过旋转使喷射工具定…     

连续油管水力喷射压裂关键参数优化研究

连续油管水力喷射压裂是集不压井作业、水力喷射射孔、分段压裂于一体化的高效增产改造技术。为此，介绍了该技术中的连续油管压降参数、工具参数、工作液性能等关键参数的实验研究。应用其研究成果，优化了连续油管水力喷射分层压裂设计参数，即喷嘴个数、大小。在不同喷嘴组合的泵压预测中实验了4种喷嘴组合，在接近喷嘴压降的情况下，优选出3个6 mm喷嘴，获得了最大排量。在四川油气田进行了国内第一口井连续油管水力喷射分层射孔及压裂现场试验，并取得了成功。     

水力喷射工具的研究及开发

水力喷射工具是水力喷射压裂和喷射酸化工艺的重要设施,它是将流体压力转化为速度的一个装置。其中喷嘴是喷射工具喷射射流的执行元件。文章运用工程流体力学原理确定了喷嘴的结构形状和几何参数,并根据能量守恒、动量守恒原理和伯努利原理对喷射关键参数进行了理论计算,根据喷嘴结构参数并结合现场条件设计出了喷射工具。在材料选择上,考虑工作液体可能为酸液,优选出了耐腐蚀的高强度碳化硅陶瓷喷嘴。最后,根据现场碳酸盐岩清水喷射实验结果,该喷嘴仅用清水在４０ＭＰａ驱动压力,１１０Ｌ／ｍｉｎ排量下达到了破岩效果,延伸了岩心孔道。从而验证了喷嘴设计的合理性以及喷射破岩的有效性,该工具的设计和开发对喷射压裂和喷射酸化技术具有现场实用价值。     

超临界CO2喷射压裂孔内增压机理

利用计算 流体力学方法模拟了超临界CO₂喷射压裂过程中的孔内流场,对比和分析了超临界CO₂喷射压裂与水力喷射压裂的增压效果,并研究了各参数对超临界CO₂喷射压裂增压效果的影响。研究结果表明:超临界CO₂喷射压裂在相同条件下具有比水力喷射压裂更强的孔内增压效果,在喷嘴压降为30 MPa时,其增压值比水力喷射压裂高2.4 MPa;超临界CO₂喷射压裂的孔内增压值随着喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增大,随着套管孔径的增大而减小,且不受环空压力和超临界CO₂流体温度的影响。     

水力喷射多级压裂管柱改进及应用

为提高水平井水力喷射压裂工具的耐用性及可再利用性,研制了水力喷射多级压裂管柱,优化了喷嘴、内滑套、剪钉和喷射器等零部件结构。喷嘴设计为整体式,喷嘴内径为4~6mm,喷嘴防溅片直径为40~50 mm,喷嘴内壁有一层厚度为1.0~1.5 mm陶瓷合金强化层;内滑套进行渗氮处理,提高耐冲蚀性,球与球座密封方式为球面接触密封。现场应用结果表明,喷嘴耐磨性能良好,内滑套几乎没有磨损,喷射工具使用性能可靠。     

不动管柱水力喷射逐层压裂技术

水力喷射压裂是目前先进的分层、分段压裂工艺之一,但由于该工艺要靠井下作业改变其喷射位置才能实现多层压裂,致使工艺推广受到制约。为此,在水力喷射压裂前期研究成果的基础上,通过对喷嘴个数和直径的优化研究、井下压力节点分析,从油管排量与泵压的关系入手,建立了水力喷射无因次特性曲线,探索了环空井底压力的大小计算方法,解决了环空补液量与排量的关系等设计难题,在国内首次提出了完井不动管柱条件下的水力喷射逐层压裂设计方法。同时,配套研制了适用于178mm(215.9mm裸眼)、139.7mm(152.4mm裸眼)和127mm套管的3种规格一趟管柱作业4层的滑套式喷射器。通过现场4口井共13层的作业,结果证明不动管柱水力喷射逐层压裂技术发展和完善了水力喷射压裂工艺,不但实现了射孔、压裂、生产联作,还为合层开采提供了条件。     

水力分段射孔压裂喷射器试验及应用研究

针对水平井分段有效压裂难题,研发了水力分段射孔压裂配套工具。该工具主要由万向接头、偏心定位器、喷射器、单流阀等组成。应用水力分段射孔压裂工艺对吴平1井、吴平6井等6口井进行了作业。应用结果表明,美国喷嘴抗磨性能优于硬质合金喷嘴,压裂阶段排量保持在1.8 m3/min左右时,分阶段加大砂质量浓度对喷嘴损伤影响不大,目前喷射器设计壁厚28mm,安全系数较高,可以满足喷射压裂3段的安全需要。     

水力喷射工具腐蚀原因及改进措施

水力喷射工具的腐蚀损坏问题是水力喷射压裂增产作业当中的关键问题之一。从喷嘴和喷射工具本体2个方面分别阐述了磨料射流的腐蚀机理。结合喷射工具的常见腐蚀现象,提出3个方面的措施来减缓喷射工具腐蚀,即改善喷嘴结构、提高喷射效率和使用油管射孔、环空压裂工艺,以求达到延长喷射工具使用寿命的目的。     

水力喷射孔内射流增压规律数值模拟研究

水力喷射压裂过程中,高压射流会使水力射孔孔道内压力高于环空压力,形成孔内射流增压.孔内射流增压值是进行地面泵压预测和套管压力控制的基础.由于受到实验条件的限制,地面很难获得实际工况下的孔内射流增压值,因此,文章采用计算流体力学(CFD)方法,建立了二维水力喷射流场物理模型,模拟得到了实际 工况下水力喷射孔内射流增压值以及喷嘴压降、环空围压和入口面积比对孔内射流增压的影响规律.结果表明,在实际施工参数条件下,孔内射流增压值可达10.7～12.5 MPa;喷嘴压降和入口面积比是影响孔内射流增压的两个主要因素,而环空围压对孔内射流增压没有影响.     

采用新型喷嘴结构的蒸汽喷射器性能

运用CFD数值模拟方法对比研究了不同操作条件下整流喷嘴和普通喷嘴蒸汽喷射器的性能特点。结果表明,在不同混合流体压力和引射流体压力的作用下,应用整流喷嘴能够提高喷射器的喷射系数,进而提高喷射器整体操作性能,特别是在低引射流体压力条件下,整流喷嘴较普通喷嘴仍能保持高的喷射系数,体现了这一新型喷嘴结构的优越性。     

LPH-1型重油进料雾化喷嘴的工业应用

介绍了LPH-1型进料雾化喷嘴的性能及其在中国石油化工股份有限公司沧州分公司1．40Mt／a催化裂化装置的工业应用情况。应用结果表明,LPH-1型重油进料雾化喷嘴雾化蒸汽用量小（只有3％）,压力降低（只有0．25MPa）,喷射速度适中,雾化效果好。采用该喷嘴后,催化裂化装置干气和焦炭产率降低0．51个百分点,轻液体收率增加1．93个百分点,催化剂消耗降低1．83％,每年可增加经济效益3358×10^4 RMB￥。     

喷射诱导气浮处理含油污水性能研究

为考察喷射诱导气浮用于污水除油的性能,对其流体流动性能及废水脱油动力学性能进行了研究。研究表明:影响喷射器流体力学性能的主要因素是喷嘴与喉管的面积比及工作流体与吸入气体的压力比。在气浮分离室内,依据气泡的密集强度大小,可分为三个区域,并存在两个流体循环流动,且气泡大小受气体流量的影响很小。依据实验结果,得到了用以预估气浮室内充气率的关联式。在分析喷射诱导气浮工作机理的基础上,开发了油水分离动力学模型和脱油效率模型。利用实验结果,得到了用以计算多级模型中参数的关联式。所提出的数学模型提供了建立设计计算和药剂评价的依据。     

可变涡轮喷嘴增压器的电控匹配

介绍了可变喷嘴增压器在电控柴油机应用中稳态工况及动态工况的电控匹配方法,对极端工况下增压器匹配可能出现的问题进行了分析并提出解决方案,试验结果表明可变喷嘴增压器和电控匹配技术的使用能够有效兼顾增压器在稳态和动态工况下与发动机的良好匹配。     

压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律研究

压裂液返排期间,由于支撑剂的回流返吐导致放喷油嘴磨损严重,不仅增加了更换油嘴的成本,而且影响压裂施工效果。为了延长放喷油嘴的使用寿命,基于光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元(FEM)的耦合方法,对压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律进行数值模拟研究。以磨损速率为判断标准,优化设计了放喷油嘴的内流道结构,优选了油嘴材料,探讨了支撑剂质量分数和粒径对油嘴磨损程度的影响。研究结果表明:放喷油嘴收缩段与直线段的过渡段和出口处的磨损最严重,优选油嘴的内流道结构为流线形,收缩段长度为25 mm,整体长度为42 mm,材料为陶瓷;随着支撑剂质量分数和粒径的增加,放喷油嘴的磨损速率均呈现先增大后减小的规律;优化的放喷油嘴耐磨性强,使用寿命长,可保证压裂液返排施工高效进行。研究结果可为高压高含砂条件下的耐磨油嘴设计提供参考。     

基于CFD的输气管道射流清管器喷嘴类型优选

天然气管输过程中粉尘等污垢易附着在管内壁,导致管输效率降低,影响生产运行。应用射流清管器射流吹扫作用可有效清除管内污垢,保障流动安全。为进一步评价射流清管器不同喷嘴类型的管内壁吹扫能力,以D273 mm×10 mm的天然气管道为例,基于计算流体力学基本原理,应用Fluent软件模拟不同类型喷嘴的射流流场。基于数值计算结果,分析了不同类型喷嘴射流流速及湍流动能在下游管道中的变化规律,分析结果表明:轴心喷嘴射流轴向速度较高,但管壁处吹扫速度很低,对管内壁几乎无吹扫作用;支状喷嘴可对管道内壁进行有效冲刷,但仅能形成局部的射流吹扫;环状喷嘴对管内壁均匀吹扫且吹扫范围最大,相较于支状喷嘴,其速度分布更均匀,对管内壁附着污垢的吹扫及粉尘携带效果最佳,并有利于药剂的均匀敷设。研究结果可为射流清管器的结构优化设计提供理论依据。     

基于旋流的天然气超声速喷管分离特性

 采用数值模拟方法研究来流为旋流的拉伐尔喷管内的流场,考察了喷管的收缩比、收缩半角、喉部圆柱段长度和扩张半角对天然气超声速喷管旋流分离性能的影响。数值计算结果表明,增加喷管收缩比和收缩半角可以提高喷管旋流分离性能。喷管喉部圆柱段长度对喷管旋流分离性能影响较小。当喷管扩张半角小于2°时,喷管旋流分离性能较差;扩张半角在2~6°时,喷管旋流分离性能较好;继续增加扩张半角,喷管旋流分离性能下降。     

配水器外密封装置研制与应用

针对注水井带压作业过程中,配水器水嘴密封难度大等问题,研制了一套能够与带压作业机协同使用的高性能配水器外密封装置。对装置的结构组成、工作原理及主要技术参数进行研究,并根据配水器上注水嘴位置的不同,分别设计了结构相近的外密封装置,以提高密封装置的通用性。阐述了装置中的单向自锁式防窜卡瓦组件结构原理,并对其力学性能进行分析,进一步提升防窜卡瓦的夹持性能,从而避免配水器离开带压作业机防喷腔后,因管内压力过大,造成外密封装置窜飞事故的发生,为注水井实现全程带压作业提供了全新的解决方案。现场应用表明,该装置具有良好的密封性能,推广应用价值高。     

井底围压对高压水射流的影响规律研究

随着油气资源开发的不断深入,井底围压对高压水射流的影响问题越来越突出。为了对比研究井下围压及地面模拟围压条件下高压水射流破岩性能,通过试验研究了高压水射流在井下真实围压条件与3种地面模拟条件下的破岩能力,并研究了锥形喷嘴、直旋混合喷嘴和空化射流喷嘴的破岩效率。研究结果表明:在650 m深的井底,围压约6.45 MPa,喷嘴压降仅17.08 MPa条件下,高压水射流仍能有效破岩;与井下情况相比,在地面无围压淹没条件下,破岩深度和破岩体积较大,而直径较小;在定压降模拟围压条件下,仅破岩直径与井底围压条件下相似,而破岩深度和破岩体积较小;在定排量模拟围压条件下,高压水射流很难有效破岩。分析认为,目前地面模拟围压的方法并不适合研究井下高压水射流性能,井底围压对高压水射流没有影响,无围压淹没条件可满足试验要求。通过对比不同类型喷嘴的破岩能力,推荐使用空化射流喷嘴。研究成果可为高压水射流技术在钻井、压裂和冲砂洗井等领域的应用与研究提供有益指导。     

高性能底封拖动分段压裂工具研制及试验

底封拖动分段压裂工具作为“三低”油气藏开发及低品位油气资源效益挖潜的一种利器,目前在国内油田大量推广应用取得了一定效果。但工具在长水平段中的作业性能难以满足油公司降本增效的需求。因此文章开展高性能底封拖动分段压裂工具研究,采用有限元模拟分析方法结合加工实际对喷嘴孔道参数、封隔器胶筒结构参数及卡瓦合金齿设计参数进行优化设计,数值计算结果表明喷嘴孔道长径比l/d,扩散角θ₁,收缩角α₁在最优设计参数时喷嘴射流效果最佳。坐封胶筒采用“M”形结构,内外壁应力集中处设计应力释放槽,胶筒坐封时内部应力及管壁接触应力改善明显。锚定单元轴向承压70 MPa时卡瓦硬质合金齿的嵌入倾角α<27°,突出高度h<1.5 mm时套管径向形变最小。室内测试及现场应用结果表明,优化改进后的喷砂射孔器过砂能力10 m³以上,封隔器胶筒反复坐封解封10次封隔压差70 MPa,作业管柱具备一趟管柱压裂10段以上的作业能力,能很好满足现场应用需求。