中低温地热钻机适应性技术方案研究

地热能源作为化石能源的绿色替代品,已在世界范围内进行了不同规模的开发和利用,钻机作为地热资源钻采的主要装备,面临着开发适应性和资源回报率平衡的挑战。欧美部分国家高温地热资源丰富,采用先进的自动化油气钻井钻机开发并用以发电;我国用于市政供暖的中低温地热资源分布较广,将油气或水文钻机进行适应性技术改进,使其钩载、功率等具备中低温地热井高效钻井成井能力,并使用网电驱动、模块集成、隔音降噪等技术使作业成本更低、城区地形适应性更强、更环保。

页岩气开发技术装备自主化研究进展与展望

对国内外页岩气开发装备作了概述,着重阐述了国内在页岩气开发技术装备自主化研究方面的进展。国外页岩气水平井开发核心技术装备包括智能化测量工具、井下动力钻具、旋转导向工具、地质导向工具等;压裂增产技术主要包含水力喷射工具、多层同时压裂工具等。国内钻机、压裂机组技术水平可满足丛式、水平井等工艺要求,封隔器、滑套等井下工具已初步实现国产化,测井设备可靠性、时效性及测量精度与国外先进水平差距较大,随钻测井(LWD)工具、旋转导向工具等几乎全部依赖进口。本文提出了页岩气开发装备自主化研究的攻关方向和发展趋势,建议研制适合不同钻井深度和资源条件的专用钻机,解决页岩气长水平段钻井难度大、周期长等问题的井下提速和导向工具,高分子材料井下封隔器等压裂改造工具,和适应未来大规模产量下的合理组织技术及后期完整配套采气工艺装备。

水力振荡器振动特性的影响因素

为了合理分析水力振荡器的振动特性影响因素,文中根据水力振荡器在井下的实际工况,通过条件假设、模型简化,建立了关于水力振荡器井下工具组合的振动分析模型,选取合适的钻井参数,分析得到水力振荡器在静阀板中心孔直径不同、相对钻头的安放位置不同时的振动特性。通过室内实验与下井试验,进一步分析这2个重要参数对工具振动特性的影响。研究表明:随着静阀板中心孔直径的增大,水力振荡器的振动位移和振动速度均逐渐减小;随着安放位置与钻头距离的增大,水力振荡器的振动位移和振动速度均逐渐增大。研究结果对下井工艺的应用具有重要指导意义。

天然气降压发电系统研究综述

随着天然气使用范围的扩大,将会有大量的压力损失可被用来发电。由于长途输运的需要,从气井输出到终端用户,降压级别分为好几个层次逐级递减,在压力逐级递减时存在巨大的压差能量。气体通过节流阀降压,会产生巨大冷量,在阀口产生霜冻,堵塞管道。传统的解决方案压降能量全部浪费,采用降压发电系统,在节流阀处安装透平或往复式引擎来吸收压降能量用以发电。介绍了天然气降压发电系统的构成及工艺流程,从技术因素、管理因素和经济性等方面分析了系统的可行性。介绍了加拿大的降压发电试点项目,该项目的最大发电功率为1 MW。最后指出业内要对管道降压发电项目的经济性和应用潜力进行周期性评估。

微肋角度对开缝翅片流动与传热性能影响的三维数值模拟

利用数值模拟的方法,结合计算流动与传热软件研究了空调系统用的翅片管式换热器开缝型翅片的开缝微肋结构对翅片整体的流动与传热特性的影响.将模拟结果与实验测值进行了比较,两者基本吻合.结合场协同理论分析了计算结果,得出了翅片开缝微肋在既定工况下存在最佳倾斜角度等结论,为改进翅片结构提供参考.

除湿空调用膜反转规整填料性能

提出了溶液降膜吸收和膜反转技术结合的一种新型除湿器填料——膜反转规整填料。设计并搭建了膜反转规整填料液体除湿实验台,研究了溶液不同入口浓度、温度、流量和空气不同入口流量、温度、含湿量对液膜反转除湿性能的影响。本研究为膜反转规整填料在液体空气除湿方面的工程设计和实际应用提供了一定依据,也为进一步开发高效紧凑热质传递元件及设备提供了一些方法和思路。

两种真空管太阳能热水器对比实验研究

指出了当前全玻璃真空管集热器在结构上的不足,为了提升集热器的热效率,加入内插管的方式改进真空管集热器的结构。设计了两套实验系统,一套是未改装过的,另一套是改装以后的,在相同的环境下做对比实验。通过改变下降管的长度,设计三套实验方案,对每套方案的实验结果进行了分析,实验表明这种改造方法是完全可行的,但是需要进一步完善结构。

页岩气高效钻完井装备和工具技术方案研究

常规油气钻完井装备和井下工具在页岩气开发过程中体现出一定的不适应性,需要进行技术改进以应对井工厂钻井、大型压裂施工、采气及环保的技术要求。本文结合工程实际,从技术现状分析入手,对钻机、钻头钻具、压裂装备、连续管作业设备、采气装备、环保设备等提出改进优化技术方案,并进行了效益分析。钻机自动化改进等高端钻机技术、大排量高压力压裂机组和管汇、连续管作业设备、耐油基螺杆钻具等成为目前国内页岩气开发首要完成的技术改进对象。

超高压压缩机管道内气流脉动的应变片测量方法研究

由于超高压压缩机管道压力高,且很多介质为易燃易爆介质,出于安全性考虑,超高压管道的压力脉动一般不允许采用动态压力传感器侵入管道进行直接测量,只能采用间接测量的方法。本文对采用应变片测量管道表面应变,进而间接测量管道压力脉动的方法进行研究。首先,在静水压条件下,对管内压力—表面应变的关系进行标定。在该条件下,通过应变片测量得到的管内压力与管内实际压力的误差小于3%。然后,根据该标定关系对超高压压缩机管道的气流脉动进行测量。测量得到二级进气管道近气缸处脉动峰-峰值为21%,二级排气管道近气缸处的脉动峰-峰值为27%,脉动频率主要集中在前3阶。将测量得到的管内脉动压力作为振动激励,对二级进气管道振动应力进行有限元仿真。结果表明,有限元模型计算所得的管道表面应变与测量值在时域及频域特性上吻合较好。上述研究表明采用应变片测量压力脉动的方法具有一定的准确性,能较好地测量管道压力脉动的幅频特征,具有工程应用的可行性。

涪陵深层页岩气开发装备配套方案与建议

文章对目前涪陵页岩气开发示范区的建设情况和装备技术基础做了概述,着重阐述了在二期产能建设阶段,深层页岩气开发的工况特点及装备工具的配置方案;钻井工程方面,自动化程度更高的钻机及与之配合的泡沫固井技术,更适应深层页岩气开发;作业工程方面,连续管作业在页岩气开发施工中将发挥更为重要的作用,脉冲混砂等更为精细化的作业装备技术成为主流;钻完井工具更加适应深层页岩气高研磨性地层,长水平段防卡降阻工具作用明显。文章针对深层页岩气开发的主要装备工具,从技术升级和关键研发两个层面提出方案建议,并提出了采气后期的增产技术装备方案。

水平井钻井用连续压力脉动减阻防卡工具研究

在页岩气开发中采用水平井、大位移井和多分支井技术,钻井和完井过程中经常出现钻压传递、泥浆马达滑动钻进、钻柱与完井管柱下入困难等问题。连续压力脉动减阻防卡工具利用泥浆循环压力作为动力,采用螺杆结构有效进行压力能与机械能转化,打破静态摩擦状态并消除扭转振动,减少钻具拖压和卡钻现象、提高对工具面的控制能力,增加钻速和钻头寿命。采用理论模拟与室内试验结合的方式验证工具的性能。介绍了连续压力脉动减阻防卡工具的结构、工作原理和应用效果,并提出了使用建议。

小型天然气液化装置的脱酸和脱水技术研究

当前适用于偏远井、分散井的小型天然气液化装置呈现持续增长的趋势,为了保证整套装置的稳定运行以及满足天然气液化对气质的要求,重点开展了天然气脱酸和脱水技术研究,先采用MDEA溶液脱酸,再采用分子筛脱水;同时对脱酸和脱水装备进行了研制:处理量5万m^3/d天然气,装置分为2个撬,塔类、容器类、换热器类、泵类等相关设备配套其中,经现场应用可满足天然气净化要求,CO2体积分数稳定在32×10^(-6)~45×10^(-6),H2O体积分数稳定在0.2×10^(-6)~0.5×10^(-6),具有一定的推广价值。

碳钢和低合金钢在河南地区地热水中的腐蚀行为

采用高温高压釜进行模拟试验,并结合腐蚀形貌宏观观察、SEM、EDS、XRD方法研究了Q235、Q245R、Q345R及石油套管J55四种钢材在地热水环境中的腐蚀行为。结果表明,河南兰考地区地热水对材料的腐蚀速率最低,但是其结垢现象十分严重;四种材料中Q235耐地热水腐蚀的能力最强,能够替代石油套管在地热开发CO2工况下使用。

压裂返排液的超声强化臭氧氧化处理

采用超声强化臭氧氧化技术处理经絮凝、沉降脱固、过滤预处理的页岩气压裂返排液,通过实验室实验优化工艺参数,并在自行研制的超声强化臭氧氧化装置上进行了中试验证。实验结果表明,在反应时间为30 min、废水pH为10、废水臭氧质量浓度为40 mg/L、超声波功率为200 W时,COD去除率可达55.2%,处理后水质可满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准的要求。中试试验结果表明,研制的臭氧超声氧化处理装置可形成臭氧氧化、超声空化、水力空化的协同作用,处理后出水COD为90 mg/L,具有一定的推广价值。

页岩气水平井用轴向振动减阻工具研究

随着非常规资源的广泛开发,水平井、定向井、大位移井、多分支井的数量越来越多,通常这些井的位垂比较大,轴向钻压向下传递存在困难,有时将出现过大的摩阻和钻柱屈曲,甚至会导致钻柱发生自锁,使得泥浆电机滑动钻进、钻柱与完井管柱的下入、钻进期间为钻头传递钻压都将变得异常困难。轴向振动减阻工具可以实现钻柱及井下工具连续的轴向振动,打破静态摩擦并消除扭转振动,解决拖压问题、实现有效的钻压传递、减少滑动钻进期间的钻具拖压和电机制动现象、提高对工具面的控制能力,增加钻速和钻头寿命。该技术工具不仅适合于水平井、定向井、大位移井、多分支井和套管开窗侧钻井,而且同样适用于深直井和超深直井、旋转钻进和旋转导向、连续管作业等,讨论了轴向振动减阻工具的原理结构和应用效果,并对其良好使用提供了建议。

水力振荡器压降及频率变化规律的试验研究

在研究水力振荡器结构和工作原理基础上,提出了水力振荡器压力/螺杆转速测试的设计方案;完成了在不同流量下不同定阀直径与动阀匹配时水力振荡器入口和出口的脉冲压力测试试验;通过对测试数据的频谱分析和相关性分析,总结阀口变化频率、压降随阀口直径的变化规律,测试结果对动定阀配合选型具有指导意义,为水力振荡器结构优化和参数设计提供技术支撑。

J55石油套管在地热水环境中腐蚀行为研究

土热水的矿化度非常高,单纯沿用油气装备是否能满足地热水开采要求尚不可知。鉴于此,选取不同腐蚀强度的地热井作为模拟工况,采用挂片方式进行试验模拟,研究J55石油套管在不同地热水中的腐蚀行为,并探讨其腐蚀规律及机理。研究结果表明:J55石油套管在地热水中的腐蚀速率较高,均匀腐蚀速率在0.5 mm/a以上,属于极严重腐蚀,如果在地热开采过程中长期使用极易出现套管穿孔或断裂事故;腐蚀产物以FeCO_3为主,在1号工况下材料表面形成了CaCO_3垢层,CaCO_3垢层对腐蚀起到了抑制作用,但是垢层存在明显的空隙,极易发生局部腐蚀现象。由此可见,J55石油套管不能满足地热水开发要求。