旋转喷头射流工具水力参数优化及结构参数优选

旋转喷头射流工具能产生高速射流,并且在射流反冲力作用下推动喷头旋转,形成复杂的旋转射流,可实现油管和套管高效清洗。以7000 m井深条件下φ73 mm油管为例,设计了与φ44.5 mm连续管配套的φ54 mm系列旋转喷头射流工具,开展了旋转喷头射流工具水力参数优化,并利用计算流体力学方法对工具结构参数进行优选。研究表明:当排量为270 L/min时旋转喷头射流工具的射流速度约为170 m/s,系统总压耗约为42 MPa,可以满足清洗要求;随着侧向喷嘴偏移半径增加,侧向喷嘴产生的反冲击力矩近似线性增加,其对壁面冲击压力先降低后升高;随着倾斜角度的增加,倾斜喷嘴对油管内壁冲击压力增加;转速在60~360 r/min内,倾斜喷嘴对壁面冲击压力变化不大;最优的结构参数组合为侧向喷嘴偏移半径12 mm、倾斜喷嘴倾斜角度75°、前倾喷嘴角度15°。该研究可为旋转喷头射流工具现场施工和参数优化提供指导。

一种脉冲射流工具的携岩仿真研究

川南地区的大中斜度页岩气井因地层结构,在钻进过程中产生的岩屑极易沉积为岩屑床,使得钻杆摩阻增大,最终还会造成钻具断裂等重大井下事故。为了减少岩屑床的生成并提高井眼清洁度,提出一种新型脉冲射流工具,该工具既可以减少岩屑沉降,还可以破坏已存在的岩屑床。利用仿真分析软件ANSYS建立了新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的仿真模型,利用CFD-DEM(离散单元法)耦合对二者进行精确仿真,在改变岩屑粒径、钻井液密度、入口排量、井斜角等因素下,对比分析新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的岩屑运移能力。最终得出新型脉冲射流工具相比普通携岩钻杆可以更好地提高岩屑运移能力(利用脉冲高速流体对已沉降的岩屑进行搅动),并且其脉冲射流还可以破坏已存在的岩屑床的结论。该研究成果对减少井眼环空内岩屑总质量与提高钻井经济效益具有重要意义。

连续管多孔喷嘴射流工具研制与清洗参数优化

连续管尺寸与喷嘴射流参数、泵车参数不匹配导致清洗效果较差,针对该问题,模拟了连续管、喷嘴组合及泵车水力参数的匹配关系,通过试验分析了射流速度、喷嘴直径、喷嘴数量、移动速度和除垢剂对油管清洗效果的影响,基于分析结果研制了新型多孔喷射清洗工具,并进行了清洗参数优化。研究表明,在管柱安全和管内空间允许的条件下,选择大尺寸连续管,可降低管内摩阻和提高流体返出速度;针对井深不超过3000 m的井ϕ73.0 mm油管除垢,选用ϕ50.8 mm连续管,柱塞直径114.3 mm、泵冲90 min−1、功率580 kW的泵车,可获得最优施工排量。针对七个泉油田油管除垢,采用清水+5%盐酸+1%除垢剂,射流除垢工具安装5个ϕ3.5 mm喷嘴,施工排量550~600 L/min,移动速度为5 m/min时,除垢效果较好。连续管射流除垢技术具有安全、环保、无污染等特点,应用前景广阔。

脉冲射流式岩屑床清理工具的研究

针对大斜度及水平井段,岩屑极易沉积在井筒底部形成一定高度的岩屑床,使得钻杆被埋没,造成钻杆摩阻增大、钻具断裂等问题,设计一种射流式岩屑床清洁工具,基于液固两相流理论,建立三维射流式清洁工具与普通携岩钻杆的仿真模型,并利用Fluent分析射流式清理工具的喷嘴喷射角度、喷嘴流速、岩屑粒径、钻井液排量等参数变化对环空井筒内岩屑体积分数及岩屑质量的影响规律。结果表明:增加脉冲射流式工具后,环空内的岩屑沉积量明显减少,在钻杆转速为80 r/min时,最佳的喷嘴角度为90°;增加喷嘴流速及钻井液排量都可以降低环空内的岩屑量;随着岩屑粒径的增加,环空内岩屑沉积更多。该工具能够降低沉积在环空内的岩屑质量,提高岩屑的运移能力。

新型射流振荡减摩阻工具设计及内部流场特性数值模拟分析与实验验证

为了解决井下减摩阻工具结构复杂、易受地层环境影响的问题,设计了新型射流振荡减摩阻工具,并对该工具内部流场特性进行了数值模拟分析,结果表明:新型射流振荡减摩阻工具射流短节内部流体存在附壁与切换现象;随着入口流速的增加,射流短节振荡室内流体流动状态从无规则变为规则的旋流流动,当入口流速继续增大则转变为无规则流动状态;工具稳定工作后,分流中心点处压力呈现周期性变化。实验测试结果与数值模拟分析结果较为吻合,验证了射流振荡减摩阻工具结构设计的合理性和可靠性。本文研究结果可为射流振荡减摩阻工具结构优化设计提供参考。

输气管线用射流涡流工具的设计及分析

针对目前天然气在运输过程中出现输气管线积液的情况,结合射流泵与涡流工具的结构及工作特性,设计射流涡流工具。为进一步了解射流涡流工具工作时流体流动状态、压力分布、携液效率以及有效作用长度,基于计算流体动力学方法,对流体在射流涡流工具中的流动进行仿真模拟计算,结果证明:通过射流涡流工具后气体携液量增加50%;气体出口轴向速度与入口速度相比增加1倍;在经过射流涡流工具后产生的旋流有效长度达100 m以上。

套管外环空射流清洗工具外流场数值模拟研究

早期的油井废弃作业水泥封固段短,随着废弃时间的延长,发生泄漏的风险提高,急需采取相关措施进行重新封固。为提升水泥封固效果,水泥浆注入前需有效清理井筒环空内的沉砂与落物。为此,依据自主设计的套管外环空射流清洗工具相关参数,采用Fluent软件对射流清洗工具外流场进行了模拟研究,获取了特征区域内截面的流线图、速度云图,分析了喷嘴角度对套管外环空流场的扰动作用机理,最终得出了适用于套管外环空清洗的喷嘴布置方案。

井下射流除垢技术的新进展

介绍了油井结垢的原因及后果 ,提出了除垢系统中采用的两种最新开发的技术 :一是由连续油管传送的先进射流组件 ,另一种是采用特殊焊珠磨料 ,并与传统的除垢方法进行了对比。介绍了由射流工具和焊珠磨料组成的系统 ,采用连续油管传送干涉技术 ,以清除更多不同类型的垢。论述了爆破系统中 3种大范围除垢的机理 :射流爆破技术 ,清除软垢 ;垢爆破技术 ,清除硬垢 ;桥塞爆破技术 ,清除全堵管道的垢。通过除垢系统在北海、加篷地区完井的应用 ,证明其除垢方便快捷 ,对井眼及地层条件无破坏性 ,并能有效地防止垢的再形成。

射流式水力降压实验研究

采用研制的射流式水力降压模拟工具及其相应的试验台架,对一种在常规钻井方式下有效降低井底压力的射流式水力降压方式进行了实验研究。着重研究了工具喷嘴直径、排量及安装位置距钻头距离对降压效果的影响。研究得出如下结论:(1)射流式水力降压工具的降压效果随排量的增加而增加,在排量为9 L/s,工具距钻头距离L=0,喷嘴直径N=2.5 mm情况下,井底环空产生最大压差为0.45 MPa,当L=6 m,N=3.5 mm,工具吸入口处产生最大压差0.58MPa,该处压差平均降低17.74%;(2)工具降压效果与工具安装位置及喷嘴尺寸选择有关,工具安装在近钻头处,降压效果最明显,过于远离井底,降压效果波及不到井底,L>2 m时对井底环空压降趋近于0;(3)射流式水力降压工具可以有效地解决窄密度窗口地层的涌、漏等故障。

新疆砂岩铀矿的取心与钻进工艺

铀矿地层存在取心困难 ,硬地层钻进效率低 ,及第四系地层渗漏的诸多难题 ,对此研制了射流式双管取心工具、新型复合片钻头及充气泡沫泥浆钻进工艺 ,有效地解决了矿区钻探中存在的上述问题。

用挠性管去除可溶解水垢

在生产井眼中经常出现水垢。挠性管 (CT)结合优化喷嘴及选择合适的溶剂可有效地去除井下装置上的可溶解水垢。