水力压裂工况高压管汇冲蚀磨损研究进展及展望

水力压裂施工中,高压管汇内壁承受携砂液中高流速、高强度支撑剂的冲蚀磨损作用,易发生损伤失效。通过总结现有的冲蚀理论和冲蚀试验装置,系统介绍了国内外对高压管汇材料冲蚀磨损问题的研究成果,对比分析了旋转式、喷射式和管流式试验装置对水力压裂工况下高压管汇冲蚀磨损研究的适用性,着重分析了喷射式冲蚀磨损试验中各试验参数对高压管汇冲蚀速率的影响规律;最后指出了当前水力压裂工况下高压管汇冲蚀磨损研究中存在的问题及未来的研究方向。     

防砂井投产初期砾石层渗透率损害规律

砾石充填防砂井在投产后经常在短期内发生产量明显下降的现象。通过压实条件下砾石层渗透率变化规律实验和砾石层吸附堵塞实验,对投产初期砾石层渗透率损害规律进行研究。实验结果表明,砾石充填防砂井的井下压实作用与原油吸附堵塞作用是导致投产初期砾石层渗透率下降的主要原因,随着外加压力的增大,砾石堆积渗透率明显降低,40 MPa 压实下的砾石层渗透率约为初始渗透率的5%~11%;砾石层进行交替驱替后水相渗透率迅速下降,渗透率损害系数约在0.75~0.85 之间; 短时间内堵塞渗透率比随驱替时间及驱替温度变化不大。根据实验结果建立了投产初期砾石层渗透率损害程度预测模型与方法,对相关领域的生产研究具有一定指导意义。     

低黏液体井筒携砂流动规律及特征流速实验

固体颗粒在井筒中的流动规律是石油工程领域中钻井携岩和携砂生产过程涉及到的基础性问题之一,其中的携砂（岩）流速是上述工程问题的主要设计参数之一。提出了井筒中固液携砂流动的3个特征流速,分别为静水沉速、悬浮流速和携砂流速,并给出了其界定方法。使用井筒携砂流动综合模拟实验装置进行了液体黏度为1~23 mPa·s、井筒倾角为45°~90°、石英砂和陶粒尺寸为0.05~1.5 mm、井筒内径为40~100 mm范围条件下的特征流速敏感性测试实验,得到了低黏度条件下静水沉速、悬浮流速、携砂流速随颗粒尺寸、流体黏度、井筒倾角、井筒直径、材料密度的定量敏感关系和规律。利用实验数据拟合了静水沉速、悬浮流速和携砂流速三者之间的经验关系。结果表明,在相同的条件下,液体流动对颗粒的悬浮流速约为颗粒在静水中沉降速度的80.43%,这与传统将静水沉速视为临界携砂流速的观点不同;合理携砂流速约为悬浮流速的3.73倍,可以达到快速携砂要求。针对现有直接根据静水沉速计算携砂流速所存在的问题,给出了一套利用3个特征流速完成合理携砂流量设计的流程和方法。     

冷轧钢表面复合纳米硅烷膜的耐蚀性能研究

采用正交试验法探讨了在冷轧钢表面制备复合纳米硅烷膜的最佳工艺条件,通过塔菲尔曲线研究了硅烷膜在3．50％NaCl溶液中的自腐蚀电流密度与自腐蚀电位。实验表明,形成复合纳米硅烷膜的最佳工艺条件为：水解温度为40℃、水解时间为8h、水解溶液的pH为10、水解溶液各组分的体积比为V（y-APS硅烷）：V（乙醇）：V（水）=7：22：75、浸涂时间20min、固化温度90℃、固化时间20min。纳米材料最佳用量为0．3g·L^-1。通过阳极极化曲线研究了存在与不存在纳米材料的硅烷膜的耐蚀性能,用扫描电子显微镜观察了在相同超电势下存在与不存在硅烷膜的冷轧钢在腐蚀前后的形貌变化。结果表明,复合纳米硅烷膜的耐蚀性能明显优于纯y-APS硅烷膜。     

基于RAC集群的工程数据资源池技术研究

以Real Application Clusters (RAC)数据库结构为基础,将不同工程数据进行整合,构建工程数据资源池系统,解决数据时效问题及各系统数据相互独立不能有效资源共享问题。采用VS.NET的ASP.NET开发平台,基于C#语言的B/S结构网络架构和Oracle数据库架构提供的数据支持,实现了局域网与工程数据库服务器的互联,最终基于Big-Table模式开发了带有数据用户可视化功能的数据资源池系统,为实现生产辅助决策工作提供技术支持和数据基础。     

水力压裂工况对活动弯头冲蚀行为的影响

目的探究压裂施工参数对活动弯头冲蚀的影响,厘清不同工况条件下活动弯头冲蚀行为及冲蚀速率的演化趋势。 方法使用CFD软件建立通径为69.85 mm的双弯弧活动弯头模型,结合压裂实际工况,分别针对不同安装角度、支撑剂质量流量、压裂液流速及黏度条件下活动弯头冲蚀行为进行仿真计算。 结果不同工况条件下弯头最大冲蚀速率均出现在第二弯弧外拱侧出口处。在其他参数相同的条件下,活动弯头最大冲蚀速率在安装角度75°时出现极小值;支撑剂质量流量在4.2～25.2 kg/s 范围内,最大冲蚀速率呈线性增大,当支撑剂质量流量达到 33.6 kg/s 后,由于“屏蔽效应”导致冲蚀速率增速较略有降低;冲蚀速率随着压裂液流速增大呈近似指数型增长趋势;压裂液黏度在 10～40 mPa·s 范围内时,活动弯头最大冲蚀速率较为平稳,随着黏度逐渐增大,最大冲蚀速率也随之增大,并在 120 mPa·s 后趋于平稳。 结论研究结果与现场实际基本符合,可为压裂现场活动弯头布局及施工参数优化提供有效参考。      

高含硫气井井控安全评价及井喷应急能力提升对策

针对川东北地区高含硫气井钻井过程中的井喷失控风险，以典型M井为研究对象，通过“溢流-井涌-井喷”事故链对现有井控保护层进行分析后确定其可靠性，并以基于FLACS软件的M井井喷失控导致的硫化氢泄漏扩散仿真模拟为基础，结合现场实际及周边人员分布情况，对M井钻井现场的应急处置、应急疏散、事故后果消除等应急能力进行评估。研究结果表明，M井现有的三级井控保护层可以基本满足高含硫气井钻井安全要求，但无法彻底消除由于复杂纵向压力层系导致的恶性井喷失控风险，一旦发生井喷失控极有可能导致大规模的人员伤亡。针对识别出的关键风险及应急能力不足之处，提出了针对性的安全保障对策及建议，为高含硫气田安全开发及风险管控能力提升提供决策支持。     

充填密实程度对砾石层挡砂效果及稳定性影响实验

针对砾石充填类防砂工艺,为了探究砾石层充填密实程度对挡砂效果和稳定性的影响规律和程度,利用挡砂介质综合性能测试实验装置,使用石英砂和人造陶粒2种材料,模拟100%、98%、96%和95%共4种充填密实程度进行砾石层挡砂径向流驱替实验,通过渗透率、过砂率和冲蚀形态变化评价砾石层挡砂效果及其稳定性。实验结果表明,射孔孔眼入流会造成砾石层冲蚀孔洞,随着充填密实程度降低,冲蚀孔洞区域越大,地层砂侵入砾石层深度越深;当充填密实程度低于95%时,会形成相对较大的冲蚀孔洞从而失去稳定性,砾石层被地层砂完全穿透从而失去挡砂作用;随着充填密实程度的降低,松散的颗粒在流体冲击作用下重新排列组合,形成的孔洞使得地层砂侵入砾石层的深度也越大,过砂率越高,挡砂效果越差。对于套管射孔井管内砾石充填防砂,应尽可能提高密实程度使其不低于95%,且机械筛管缝宽或挡砂精度按照能够直接阻挡地层砂的原则进行设计。     

超细粉在声场导向管喷流床中的聚团尺寸预测模型

超细粉的流化性能与聚团尺寸密切相关。通过分析超细粉聚团在声场导向管喷流床中的形成过程,提出了高速射流的剪切作用和聚团间的碰撞作用是决定聚团尺寸的主要原因。在此基础上,结合聚团在射流剪切过程和聚团间碰撞过程中的力平衡分析,建立了声场导向管喷流床中聚团尺寸分布的预测模型;并运用这一模型成功预测了不同射流气速下,超细TiO₂颗粒在声场导向管喷流床中的聚团平均直径和聚团尺寸分布。     

纳米TiO_2颗粒在声场导向管喷动流化床中的流化特性

在内径120 mm的半圆柱型声场导向管喷动流化床中,以平均粒径290 nm的TiO_2颗粒为原料,高速空气射流为喷动气,考察了操作条件、声参数(频率和声压)对纳米颗粒在声场导向管喷流床中的流态化特性的影响。结果表明:声波可以有效抑制沟流,改善环隙流化质量,防止射流旁路,从而促使粉体稳定循环,加快循环速率;同时声波可以显著地降低纳米TiO_2颗粒的最小喷动速度,声波频率一定时,最小喷动速度随声压的增加而减小;声压一定时,最小喷动速度在声波频率为80 Hz时达到最小值,低于或者高于80 Hz,最小喷动速度都会增大。