控压钻井楔形节流阀节流压降规律研究

指出了流体通过阀门最小过流面积的位置并计算了最小面积,推导得到了阀芯行程与阀门两端节流压降的解析关系式。结合钻井现场数据具体计算,分析得到了楔形节流阀的有效调节区间约为0.49,压降调节范围0.29~14.71MPa,在有效区间内阀门关度与节流压降函数呈现指数关系,既能对井口回压进行精细调节,又能快速改变压降,具有良好的适用性能。对精确计算不同阀门开度下的节流压降以及其他非标准结构的阀门设计和优化都具有十分重要的意义。

精确监测井底溢流的井下微流量装置设计与试验

为了能够准确判断井下复杂情况,基于节流压差原理,以稳定器结构为基础,研制了一种井下压差式环空微流量测量装置,精确测量从钻杆进入井底和环空返回流体流量的微小变化,并通过MWD将井下数据实时传输至地面上,提高了微流量装置对井底复杂情况的判断能力和监测精度,实现了对井底溢流的实时监测。根据建立的微流量测量短节的理论模型,推导出溢流时流量变化与压差的关系式,采用ANSYS有限元模拟软件进行了不同工况模拟,并与现场采集的试验数据进行了分析对比。现场试验表明,微流量测量装置运行稳定、无故障,经受住了现场多种工况的考验,实际测量灵敏度达到了0.5L/s,对监测井底溢流、特别是气侵具有明显的优势。

控压钻井回压压力波在井筒中传播的速度和时间规律

控压钻井过程中当监测到井底发生气侵尤其是溢流时,通常通过调节回压泵和节流管汇阀门给井筒施加回压来重新构建井底压力平衡。但气侵后回压压力波到达井底的时间有一个明显的滞后,如仍认为井口回压瞬间加载到井底,由此计算得到的井筒相关参数与实际井筒流动参数必然存在着较大的误差,有可能造成井控失效甚至引发井喷。为此,基于整体平均气液两相流模型,以回压压力波在井筒中传播速度和时间为研究对象,建立了环空气液两相流动的压力波传播方程,并引入气液相间作用力对方程组进行耦合求解。计算结果表明:(1)压力波波速随钻井液密度的增加而增大,随含气率、虚拟质量力系数的增加而呈现出减小的趋势,先急剧变化,之后变化幅度缓慢;(2)当含气率大于0.10或虚拟质量力系数大于0.20时,气液相间动量已充分交换,压力波波速的减小幅度变缓,趋于稳定。以四川盆地蓬莱9井为例,计算得到压力波单次传播的平均时间约为50 s,4个回合的总传播时间约为200s,占系统控制响应总时间的67%以上。结论认为,采用该方法计算得到的压力波在环空中的传播速度及传播时间更加符合实际井况,可大幅度提升MPD钻井系统控压响应时间的准确性和自适应节流阀控制的精度。

油气钻井岩屑沉降阻力计算模型

油气钻井过程中,破碎的岩屑在井筒钻井液中存在着自由沉降的现象,为了防止和避免岩屑沉积造成沉砂卡钻等井下安全事故,需要研究岩屑颗粒的沉降规律、预测岩屑沉降的末速度。为此,基于Stokes定律和Newton-Rittinger模型,提出了黏性阻力占比系数与压差阻力占比系数的概念,应用最小二乘法对实验数据回归得到阻力占比系数方程,分别推导出岩屑颗粒在牛顿流体与幂律流体中沉降时非斯托克斯区域的阻力计算模型,并通过该模型依据沉积实验数据对岩屑颗粒的沉降末速度进行计算和分析。研究结果表明:(1)岩屑颗粒在幂律流体中沉降时,所受到的黏性阻力和压差阻力不仅与颗粒雷诺数相关,而且还与流性指数及稠度系数相关;(2)岩屑颗粒在牛顿流体中沉降,当颗粒雷诺数小于2.944 6时黏性阻力大于压差阻力,当颗粒雷诺数大于2.944 6时压差阻力大于黏性阻力;(3)颗粒雷诺数小于1.11时岩屑沉降主要考虑黏性阻力,颗粒雷诺数介于1.11~500时岩屑沉降受到黏性阻力与压差阻力的共同作用,颗粒雷诺数大于500时压差阻力在岩屑沉降中占主导作用。结论认为,借助于该计算模型,当钻井液为牛顿流体时,可以预测颗粒雷诺数介于0~105的岩屑沉降末速度;当钻井液为幂律流体时,可以预测颗粒雷诺数介于0~105、流性指数介于0.062 3~1的岩屑沉降末速度;上述范围能够满足钻井工程中对于岩屑沉降速度进行预测的需求。

深水底水井变密度控锥采气实验研究

为提高水平井开发深水底水气藏效果,基于南海深水气田LS17-12-A4H水平井地质条件,开展非均质储层渗流与变密度井筒管流耦合流动规律实验研究,进而建立井筒变密度设计图版,在此基础上开展大型3D底水气藏开发实验,以开发效果验证井筒变密度设计方法的可靠性。实验结果表明:①按本文方法设计的变密度井筒能够大幅度削弱储层非均质水脊;②变密度井应用在渗透率级差为2至25区间储层时均衡底水脊进效果良好,最佳实验组可延长无水采气期1.15天、提高采收率3.19个百分点;③A4H井按渗透率划分为4段(250、1500、1500、2500 mD),对应的井筒段打开程度分别设计为0.3、0.05、0.3、0.08,开展实验后结果显示底水界面推进均衡,气藏采收率高达61.31%。实践结果表明,依据本文建立的井筒变密度设计图版能够准确和方便的设计水平井沿程各段打开程度,能够有效削弱气藏非均质水脊,可为同类型底水油气藏水平井变密度设计提供理论指导与支撑。

整流罩对深海立管水动力影响的数值模拟研究

应用CFD大涡模拟方法,对附有整流罩的深海立管的水动力影响效果进行了三维数值模拟。对不同的弦厚比在雷诺数分别为3 900、10 000和20 000条件下进行模拟分析,得到立管后方阻力系数、升力系数、斯特劳哈尔数及其频谱等特性。模拟结果表明:整流罩对立管升力和阻力有明显的抑制效果,相较于光滑立管,阻力系数均值降幅最大达到24.1%,升力系数均方根值降幅最大达到81.1%。阻力系数均值随弦厚比的增加先减小后趋于平稳升力系数均方根值随弦厚比的增加而增加。对比结果显示,弦厚比为1.2~1.6时,整流罩对立管的升力和阻力抑制效果较好。

氮气推球吹扫在管道封闭中的应用

对废弃原油管道进行扫线封存是防止管道发生潜在危险和环境破坏的有效手段。以某原油长输管线氮气推球吹扫封闭工程为例,通过建立氮气推球过程的物理模型以及数学模型,进行氮气推球吹扫施工的工艺计算,并详细介绍氮气推球吹扫工艺的作业程序和实施步骤,可为今后氮气吹扫在管道封闭中的应用提供一定的技术参考。

附属管线对隔水管涡激振动影响的数值模拟研究

涡激振动现象会引起海上钻井平台隔水管发生结构失稳和疲劳破坏。针对附属管线安装位置对隔水管的涡激振动影响开展了三维数值模拟,采用CFD大涡模拟计算方法,对不同来流角度α、直径比d/D和间距比G/D情况进行数值模拟,得到隔水管所受的升力和阻力变化情况并对其进行频谱分析。模拟结果表明:隔水管所受的升力和阻力对来流角度的变化很敏感,阻力系数C_D和升力系数均方根C_L^(rms)随来流角α的增大而减小,并在α值为30~45°范围内降至最低;用来表征隔水管后方漩涡脱落频率的St数随α的增大略有增大,但总体稳定保持在较低值范围。根据模拟结果,附属管线在直径比d/D值应在0.2~0.3范围内,间距比G/D值在0.3~0.4范围内的布置方式对隔水管涡激振动的抑制效果最为理想。

基于Multiflash的天然气水合物相平衡影响因素及规律

通过Multiflash软件对影响水合物相平衡条件的气体组分、抑制剂、盐类、温度、压力及含水量进行了数值模拟计算,探讨这些因素对天然气水合物相平衡的影响规律及作用机制。结果表明:乙烷、丙烷、H2S对水合物生成有促进作用,丙烷效果好于乙烷,CO2、N2对水合物相平衡影响不大;甲醇、乙醇及其混合物对水合物生成起抑制作用,甲醇抑制效果要优于乙醇,甲醇和乙醇的混合物抑制效果处于两者之间。含量的累积不会影响甲醇抑制效果,乙醇单位含量抑制效果随着总含量增加而减弱。NaCl、MgCl2对水合物起抑制作用,且MgCl2抑制效果好于NaCl。NaCl、MgCl2单位含量抑制效果随含量增加而增强。压力较低时,压力变化对水合物平衡温度影响较大;温度较高时,温度变化对水合物平衡压力影响较大;自由水含量与水合物生成量呈正比例关系,组分对水合物临界含水量影响有限。天然气水合物相平衡条件受多种因素影响,在勘探、钻探及流动保障过程中要考虑这些影响规律,提高水合物勘探、生产或者防治效率。