氮气钻井过程中井口多功能四通的使用寿命

为防止多功能四通因砂粒冲蚀所导致的井控事故以及对多功能四通使用寿命进行评价,根据相似理论,研制出了多功能四通模型试验装置。通过室内试验表明:试验模型旁通法兰短节入口和距入口60mm处产生较为严重的冲蚀,且随时间增加,冲蚀率下降。法兰短节处遭受冲蚀将影响整个多功能四通的使用寿命,按照API 579(2007)标准计算,并对试验结果进行适当修正,得到多功能四通使用0.26a(年)后将处于危险状态。

氮气钻井多功能四通冲蚀磨损计算与预测

高产储层在采用氮气钻井时,由于气体流量大、携岩能力强、作业时间长,从井底返回的高压、高速和高携岩量气固两相流极易使多功能四通产生冲蚀。应用流体动力学与冲蚀磨损模型耦合计算方法,计算了实际放喷工况下多功能四通的流体特征和冲蚀磨损情况,并将计算结果与四通的实际冲蚀损伤检测结果进行对比;依据多功能四通的冲蚀磨损深度与工作时间的关系曲线,结合实际的主要冲蚀区域分布,对作业过程中的多功能四通冲蚀磨损情况进行了提前预测。分析结果表明,多功能四通的旁通冲蚀损伤最为严重,旁通的损伤主要是在放喷工况下造成;冲蚀磨损计算结果与实际冲蚀检测结果吻合,说明冲蚀磨损计算能准确地揭示放喷工况下高速、高压、高携岩量气固两相流对多功能四通的磨损情况。

氮气钻井多功能四通防冲蚀结构改进

针对氮气钻井中高速携岩气固两相流对井口多功能四通旁通流域造成的严重冲蚀破坏,运用Fluent软件模拟四通流体域在测试、放喷工况下(携带岩屑气固两相流)的冲蚀情况。基于仿真分析结果,对氮气钻井井口装置中损伤最为严重的四通旁通管路进行防冲蚀结构改进。改进后的防冲蚀结构在旁通管路增加了法兰短节和内嵌的硬质合金套,并在四通旁通入口段采用堆焊625镍基合金替代了原来Ni45合金材料,有效地保护四通的旁通段。基于仿真结果中气体速度和湍流动能分布规律优选出法兰短节长度为600 mm,避免了下游平板阀因靠近四通旁通段流域的易冲蚀区域而造成的冲蚀破坏,提高了井口装置的整体安全性,延长了其使用寿命。