压裂泵液力端阀箱内腔结构优化研究

压裂泵液力端阀箱内腔在加工完成后会自然形成相贯线,该相贯线位置存在严重的应力集中问题。这些位置也是液力端阀箱常见的开裂位置,虽然通过相贯线倒圆角的方式可以减小应力集中程度,但是应力减小的幅度不是十分明显。针对此问题,通过有限元仿真对比的方式进行了阀箱内腔优化研究,提出了减小阀箱内腔应力集中程度的技术方案,同时提出了应用该方案时应注意的一些问题。研究结果对于提高压裂泵液力端使用寿命及优化压裂泵液力端设计具有一定的指导意义。     

压裂泵无相贯线阀箱设计及有限元分析

一种新型液力端结构—无相贯线阀箱,用Pro/E三维软件建立阀箱模型,在阀箱工作压力为80MPa的条件下,用ANSYS Workbench软件对新设计的阀箱进行有限元分析,新阀箱的最大的应力值比原结构阀箱的最大应力值小500MPa,应力值大幅下降,为延长压裂泵液力端的疲劳寿命提供了新的思路。     

压裂泵液力端产生裂纹的原因及预防措施

压裂泵的液力端(阀箱)为价格昂贵的易损件,该部件在高循环压力载荷下工作,且受工作介质(酸或碱液)的腐蚀。液力端损坏现象愈发普遍,给企业带来一定的损失。本文分析了液力端损坏的原因并提出了预防措施,可相对延长液力端的使用寿命。     

压裂泵阀箱疲劳寿命影响因素的研究

对国产某型号140 MPa压裂泵阀箱裂纹的断口进行分析,研究表明阀箱裂纹断口呈解理断裂形貌特征,疲劳辉纹在解理面上以脆性方式扩展,阀箱工作时较高的周向应力是引起疲劳开裂的主要原因。在此基础上,运用有限元软件开展了自增强技术、表面加工精度、表面强化处理工艺以及材料选择对阀箱疲劳寿命的影响规律研究。研究结果表明,以上方法均可以延长阀箱的疲劳寿命,但自增强技术是延长阀箱疲劳寿命最有效和最经济的方法,可有效延长疲劳寿命最长达7倍左右,在实施工艺上可选用静液压法和炮轰法,炮轰法工艺程序简单,建议采用该法进行自增强处理。     

5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱失效分析

研制的5ZB-2800型压裂泵在75MPa压力下工作114h,液力端阀箱出现开裂失效。利用有限元软件进行强度和寿命分析,找出可能出现开裂的部位。解剖失效部件,对开裂部位内部做宏观检查、SEM微观扫描及化学成分、硬度、金相、力学性能等检测。结果表明:毛坯锻造夹层在高压、酸性介质作用下,产生腐蚀疲劳裂纹并快速扩展,导致阀箱早期失效。应加强调质后材料的缺陷检测、改进阀箱高应力区的结构、调整阀箱加工方位,以提高该压力泵的使用寿命。     

超高压泵外加砂装置设计与特性仿真

油田压裂作业过程中,由于压裂泵泵送带磨砺性介质的压裂液,泵液力端磨损严重。设计一种基于射流掺混的超高压泵外加砂装置,并利用数值模拟方法对泵外加砂装置进行超高压大排量压裂作业工况仿真分析,包括抽吸特性和压降特性。结果表明:随着喷嘴直径的增加,抽吸特性与压降特性均逐渐减弱;随着面积比的增加,抽吸特性逐渐减弱但幅度非常小,而压降特性却逐渐增强。该研究成果为泵外加砂装置在压裂领域应用提供了理论指导。     

压裂泵阀箱强度及寿命分析

对阀箱进行有限元强度和寿命计算,找到危险截面和应力分布状态,对于阀箱可靠性评估、改进设计和正确使用具有重要意义。采用与Pro/E无缝结合的有限元分析工具Pro/Mechanica对某70MPa压裂泵阀箱进行了有限元强度和疲劳寿命分析。通过对应力图动态查询可知,最大应力为694.7MPa,位于缸腔与柱塞腔相贯部位拐角处,内腔平均应力为347.6MPa。整体上阀箱的疲劳寿命为1×1020次,阀箱整体强度足够,但薄弱环节的最低疲劳寿命仅为1×104.803次。为此设计时应加大关键部位的圆角半径,以减小应力集中。为了延长泵头的工作寿命,可采用自增强、复合强化、喷丸处理等工艺措施。     

非常规油气开发用大功率液力驱动压裂泵

在非常规油气开发中,要求压裂泵具有大排量、大功率、高泵压,并且能进行多阶段连续作业,现有压裂泵已难以满足要求。为此,通过对液力驱动压裂泵结构和性能特点的总结和分析,结合非常规油气开发对压裂泵的要求,指出应着力自主研制大功率的液力驱动压裂泵;参照现有大功率压裂泵的技术参数,确定出了适合非常规油气开发压裂泵的技术参数;并为成功研制出该液力驱动压裂泵指出了应着力解决的关键技术。     

超大粒径暂堵剂注入装置研究

现场进行暂堵压裂时,由于暂堵剂注入装置过流性能较差,泵注超大粒径不规则颗粒暂堵剂时易导致空泵和低压管线憋爆,不仅增加了更换设备的成本,而且影响压裂施工效果。为了提高暂堵转向压裂的施工成功率,在分析了暂堵剂注入装置失效原因的基础上,开展了超大粒径暂堵剂注入装置的研制。设计了最高工作压力为70 MPa的笼式阀,并利用有限元软件进行密封面强度校核,对液力端的组合阀箱进行改进,减缓压力对阀箱的冲击,避免空泵现象。通过室内强度性能、过流性能及地面模拟试验,验证了该装置的可靠性。现场应用结果表明,采用超大粒径暂堵剂注入装置在施工过程中未出现脱砂、砂堵、设备井筒堵塞等情况,增产效果显著,有效解决了注入装置泵注超大粒径暂堵剂时易卡垫的问题。     

爆炸自增强法室内试验初步成功

<正> 对形状复杂的高压和超高压设备(如压裂泵阀箱等)进行自增强处理(又称自紧、超应变处理),是提高弹性承载能力和疲劳寿命最有效的方法之一。目前应用较广泛、工艺较成熟的是静液压自增强法(美国一些压裂     

水力压力波动注入压裂增产工艺的力学原理

为了提高水力压裂的改造增产效果, 解决连续油管环空水力压裂作业中高泵压的难题, 提出了一种新的水力压力波动注入压裂增产工艺。基于水力压裂原理, 解释了水力压力波动注入条件下井筒压力系统变化规律; 根据流体力学、弹性力学及波动力学理论, 建立了水力压力波动注入压裂增产工艺的基础力学原理。分析结果表明, 水力压力波动注入条件下, 井筒内流动流体发生了能量转换, 在井底附近产生了不稳定的压力波动, 这种由于不稳定注入排量产生的不稳定的压力波动在储层裂缝内以压力波的形式传播; 水力压力振动波沿缝长方向传播时并不是以恒定压力振幅传播, 而是呈现压力振幅衰减的规律; 水力裂缝的长度和宽度随着压裂泵工作转速的增大而增加。研究结果表明, 水力压力波动注入压裂增产工艺可以提高水力压裂的改造效果和油气井的产量, 建议将该工艺方法应用到现场水力压裂作业中。     

机械或液压触发无限级分段压裂滑套研制

研制了一种机械或液压触发无限级分段压裂滑套。改进现有压裂滑套的结构,设计弹性套、可变径球座,使用同一尺寸的低密度压裂球能够全通径开启若干级滑套,降低压裂后管柱的摩阻,实现储层的精细化改造,并且提供后期修井作业的无障碍通道。对弹性套、可变径球座、弹簧等零件进行理论力学分析和有限元仿真分析,均能满足要求。在室内试验,通过机械驱动过球试验,验证了滑套动作的完整性; 通过混砂压裂液开启滑套试验,得到滑套开启的最小排量为80 m³/h,该值与理论计算值相符。研制的分段压裂滑套及其配套工艺管柱可进行无限级分段压裂作业,为海上低渗和陆上非常规油气藏的精细化压裂增产改造提供技术支持。     

牛东火山岩储层压裂技术研究与应用

近年来,随着火山岩勘探开发取得突破性进展,火山岩储层压裂改造已成为目前的研究热点之一.吐哈三塘湖盆地牛东区块卡拉岗组火山岩储层具有基质物性差、天然裂缝发育、温度压力低、水敏性强等特点,压裂施工时容易发生高滤失及砂堵等现象.通过室内研究和现场实验,形成了采用大排量、多段砂塞、低温低伤害压裂液技术相结合的压裂技术,该技术可以有效控制缝高、缝宽,能达到造长缝并有效沟通裂缝和孔洞的目的.现场实施压裂56井次,施工成功率85.7%,压裂有效率80%,平均单井日增油18.1 t.     

压裂泵虚拟试验连杆疲劳性能研究

压裂泵动力端的连杆在交变载荷的作用下会产生疲劳裂纹,随后裂纹迅速扩展,直至连杆疲劳断裂失效。为了探究裂纹产生的位置及裂纹扩展的过程,进行连杆的3种极限工况的有限元静强度分析,结果表明:在连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区有应力集中,并且出现最大Mises 应力。连杆的疲劳分析结果表明:靠近连杆大头的连杆杆身部分、连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区是连杆疲劳安全系数最小的位置。裂纹的萌生和扩展都是发生在应力集中的区域,因此连杆在这2处区域萌生裂纹的可能性最大。在靠近连杆大头的连杆杆身部分的过渡区进行裂纹扩展模拟计算,分析了连杆的裂纹扩展规律,预测了连杆的疲劳裂纹寿命,结果表明:当裂纹长度为16.9 mm时,连杆的疲劳裂纹寿命约为8.85×10⁴次。     

基于岩心分析的页岩气压裂工艺参数优选

页岩气藏的特异性显著。新的页岩气井压裂改造前要进行室内实验,根据实验结果了解气藏特征,提高开发策略的针对性。采用室内实验和理论分析相结合的方法,对中国和北美主要页岩气储层进行了矿物组成、力学参数、微观成像研究,推导出了适用于页岩压裂的闭合压力和缝宽计算方法,计算了埋藏条件下的页岩脆性指数、闭合压力和缝宽,提出了压裂液体系、黏度、排量和支撑剂类型的优选原则,利用黑色页岩进行了室内模拟压裂。结果表明,岩心分析技术能够为压裂工艺参数优选提供必要支撑,龙马溪组页岩的力学特性与Haynesville页岩较为相似,低黏度、大排量压裂时产生的裂缝网络更加复杂。实例计算表明,根据室内分析方法计算的压裂工艺参数具有较强的实用性,能够提高压裂的效果。      

波动注入压裂下井筒中不稳定流动的压力特性

为了准确地揭示波动注入水力压裂引起的井筒中不稳定流动的压力行为,考虑流体重力和摩阻的影响,根据膨胀管-弹性流体理论,建立了波动注入水力压裂下垂直井筒中不稳定流动的压力波动数学模型,指出压裂泵组与井筒之间存在波动干涉效应,研究了稳定和不稳定流动下环空压力的变化规律及其影响因素。研究结果表明:波动注入水力压裂作业中,井筒中产生了明显的不稳定流动,这种不稳定流动引起的压力波沿井筒呈现压力衰减现象;井筒中实际环空波动压力的振幅取决于井口处"变频压裂泵"强迫激励的波动压力振幅和波动排量振幅;与稳定注入相比,采用波动注入方式可以增加井底环空压力和降低井口环空最高压裂作业压力;井底环空压力会以脉动压力波的形式在裂缝中传播,不断加剧岩石疲劳损伤断裂,增加岩石微裂缝。研究结果对于更好地研究和应用波动注入水力压裂工艺具有重要的理论价值和现实意义,可为非稳态水力压裂工艺的先导性试验和规模化应用奠定理论基础。     

四川省宜宾地区龙马溪组页岩水力裂缝形态实验研究

水力压裂技术是页岩储层开发中的关键技术之一,如何实现储层改造体积的最大化,是制约当前页岩储层高效开发的技术难题。通过开展水力压裂物理模拟实验,直接观察水力压裂裂缝扩展形态,有助于准确认识裂缝扩展机理。通过对762mm×762mm×914mm四川盆地龙马溪组页岩露头和人工样品开展针对性实验研究,分别考察了天然裂缝,泵注参数(排量、黏度)对该龙马溪组页岩水力压裂裂缝形态的影响,同时采用声发射监测技术,对页岩储层声发射事件分布规律进行分析。结果表明,天然裂缝的存在是实现储层复杂裂缝形态的必要条件之一,其分布形态又决定了水力裂缝形态的复杂程度;对水力裂缝形态的评估需要将施工净压力、排量、黏度三者结合考虑,提高施工净压力有利于形成复杂裂缝,随着施工排量或黏度的增长,净压力呈现先增大后减小的规律,即当排量或黏度过高时,裂缝形态又趋于单一化;声发射监测结果能够客观反映裂缝在三维空间内的扩展趋势,声发射率和振幅与泵注压力曲线趋势一致,出现多个峰值,表明页岩水力裂缝扩展具有明显的非连续特征。本工作为页岩压裂机理研究探索了实验方法,为该区块现场体积压裂工艺设计、改造后评估提供实验依据。     

深层油气用加重滑溜水压裂液体系

塔里木库车山前区块作为典型的超深层气藏,75%施工井泵压在100 MPa以上,最高施工压力达到136 MPa,压裂增产改造一直是制约其油气开发的技术瓶颈,施工排量也受到极大限制。据统计超深加重压裂液施工井,普遍存在液体密度增加,施工压力降低幅度未达到理论效果,基于理论分析及加重压裂液实际应用中存在的问题,借鉴页岩气用滑溜水成功应用的经验和加重压裂液的优点,通过优选加重剂、耐高盐降阻剂和助排剂形成了加重滑溜水体系。该体系加重密度为1.35 g/cm3,耐氯化钙35×104 mg/L,能有效降低施工压力和施工风险,降阻率为62%,与常规瓜胶压裂液减阻率相当,并具有良好的耐温耐剪切性能和助排性能,岩心伤害率为11.2%,对储层伤害低,为超高压超深井储层改造提供新的技术支持。