Aeolus水平径向风速产品资料同化在台风预报中的应用研究

为评价星载激光测风雷达产品资料同化对台风预报的影响,以2020年台风“黑格比”和2019年台风“利奇马”为例,选用Aeolus卫星的水平径向风速产品,开展星载激光测风雷达资料同化及其对台风预报影响研究。首先基于ERA5再分析资料对Aeolus产品进行统计检验和偏差订正,并统计各高度层观测背景差的均方差作为观测误差用于同化试验。然后通过WRFDA(Weather Research and Forecast Model Data Assimilation)模式同化Aeolus产品并利用WRF(Weather Research and Forecast Model)模式开展预报试验。试验结果表明,Aeolus产品精度较高,统计所得各层观测误差在3~5 m s^(-1)范围且随高度的升高而增大,订正后资料满足三维变分同化无偏假设;在台风“黑格比”和“利奇马”期间同化该产品能使模式具备更加合理的环流形势,能够有效提高对台风“黑格比”和“利奇马”路径及强度的预报效果。

抽注水引起含水层水平径向运动的位移方程

在垂直方向零应变、垂直方向总荷载不变、忽略骨架颗粒本身的压缩性、骨架颗粒与水分别为均质的假定条件下,推导出均质各向同性多孔介质水平面轴对称径向弹性形变下的位移方程。它与传统假定(Jacob假定)下的水平面轴对称位移方程在形式上没有区别,只是方程中的系数定义式有所不同。新位移方程的系数也比传统假定下的位移方程的系数大,但也仍为常数。如果方程中的系数通过野外试验或模型识别来确定,则对传统假定下的水平面轴对称位移方程与所给出的新方程就没有必要进行区分。但利用抽水试验确定的骨架弹性储水率计算垂向压缩量时,则计算值偏大。

曲线堤坝水平径向位移观测的引张弦线法

简述如何对曲线堤坝采用引张弦线法进行水平径向位移观测,并对径向位移量的计算公式进行了介绍。

大社矿地面水射流径向水平破煤瓦斯治理技术研究

大社矿东北翼下部盘区及西翼盘区深部开采的2^(#)煤层埋藏较深,瓦斯压力、含量随埋深逐渐增大,掘进、回采过程中瓦斯涌出量较大,传统的井下瓦斯治理方式不能有效解决这一问题,需要试验新的瓦斯治理模式。井下瓦斯治理过程中,经常受瓦斯治理时间、空间局限性影响,瓦斯治理措施落实得不到有效保证,且井下施工过程中存在喷孔造成瓦斯超限的风险,而地面瓦斯治理能够有效地解决该难题。地面瓦斯治理可以对矿井规划采区进行有效的抽采,摆脱井下瓦斯治理的局限性,需要提前对大社矿东北翼下部盘区及西翼盘区深部进行瓦斯治理,地面瓦斯治理能够在不掘进巷道的基础上对盘区瓦斯进行超前治理,而且可以长时间进行抽采,提供安全保障。盘区巷道掘进和回采前进行地面瓦斯治理显得十分必要。

水力喷射径向水平井回灌增注特性可视化试验研究

针对砂岩热储开采回灌过程中经常发生严重的地层堵塞,降低了回灌率的问题,设计了模拟砂岩回灌可视化试验装置,开展了径向水平井可视化回灌试验,研究了近井地带颗粒运移规律以及径向水平井增灌特性。结果显示,在仅中心井情况下,示踪粒子堵塞区域主要呈现圆形,随着注入流量的增加(900~2100 mL/min),示踪粒子的运移半径和堵塞面积都呈增大趋势;当流量进一步增大时(2100~3000 mL/min),堵塞形状转变成为圆环形;在径向井存在的条件下,示踪粒子的堵塞形状为沿着径向井分支分布的锥形堵塞,且从径向井根端到趾端堵塞程度呈降低趋势;随着径向井分支数的增加,单分支井堵塞面积呈减小趋势,形态为细长锥形,堵塞总面积呈增大趋势,但相对堵塞程度降低,证明径向井技术有利于减少储层堵塞。研究结果可为径向水平井技术应用于砂岩热储回灌过程提供理论支撑。

低渗油藏径向多分支水平井产能影响因素分析

径向多分支水平井是指在水平井筒的油层段钻出多个分支井以扩大驱油面积的一种提高低渗油藏产能的技术。目前针对径向多分支水平井产能预测方法的相关研究较少,产能影响因素尚不明确。采用数值模拟软件COMSOL建立了径向多分支水平井数值模型,评价了储层和井型因素对产量的影响。采用有限元法对数学模型进行数值求解,采用物质平衡法计算产量;分析了径向多分支井参数和地层非均质性对生产行为和瞬态压力分布特征的影响。研究结果表明,分支井长度对产能影响明显,能够有效扩大控制区面积,分支井个数、角度和地层非均质性在一定程度上为产能主控因素。

径向水平钻孔直旋混合射流钻头设计与破岩特性

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流钻头。给出了射流钻头设计方法,通过破岩实验,分析了直旋混合射流钻头结构对其破岩特性的影响。结果表明,直旋混合射流结合了直射流和旋转射流优点,比锥形喷嘴圆直射流扩孔能力强,比纯旋转射流钻孔深度大。影响直旋混合射流钻头破岩效果的结构参数较多,存在最优破岩效果结构参数,可通过不同参数组合调节破岩钻孔特征。需要进一步开展流场结构与破岩机理分析,为径向水平钻孔中射流钻头的设计提供更好的指导。

连续油管侧钻径向水平井循环系统压耗计算模型

通过分析相同条件下高压软管段压耗实测值与已有金属直管压耗公式计算值之间的关系,提出了高压软管段压耗计算公式,经理论推导建立了完整的连续油管侧钻径向水平井循环系统压耗计算模型。利用所建压耗计算模型研究了管径、管长、泵排量和流体动力黏度等参数对循环系统各部分压耗的影响规律。结果表明:0.025 4 m(1 in)连续油管的螺旋段、直管段压耗都明显大于0.038 1 m(1.5 in)连续油管,约为后者的8～10倍;高压软管段压耗在循环系统总压耗中占有较大比重,文中算例结果为86%;相同条件下,清水加减阻剂后压耗约为清水压耗的1/2。

径向水平钻孔直旋混合射流喷嘴流场特性分析

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和破岩特征进行了对比。结果表明,直旋混合射流喷嘴所形成的射流具有直射流和旋转射流特征,比锥形直射流喷嘴扩孔能力强、比旋转射流喷嘴钻孔深度大。直旋混合射流的轴向速度与直射流相比不存在等速核,与旋转射流相比轴心速度高,能够形成一定的钻孔深度,不会形成孔底锥起;切向速度沿喷嘴径向呈现"M"型分布,能形成较大的孔径;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离。流场特性模拟结果与实际破岩钻孔特征基本一致。

开发低煤阶煤层气的新型径向水平井技术

低煤阶煤层具有机械强度低、渗透率较高、内生裂隙发育的特点。为提高低煤阶煤层气开发效率,提出首先钻径向水平井眼,依靠多条水平井眼沟通煤层内裂隙,再根据储层条件优化水力压裂改造措施,在煤层形成的主裂缝,通过变排量措施扩展和沟通更多的内生微裂隙,以提高单井产量。为解决多井眼井底可能出砂多的问题,提出优先采用螺杆泵或电潜螺杆泵排采工艺。从阜新刘家区块和珲春盆地煤层地质条件与目前现场应用现状出发,探讨了径向水平井技术与水力压裂联合作业的可行性,提出优化两个区块的径向水平井眼布孔方式,将欠平衡钻井和"边喷边洗"的喷射技术结合,并改进常规的水力压裂改造措施,实现径向水平井技术与水力压裂改造措施有机结合,以充分发挥这两种技术的不同优势,形成一体化的煤层气开采技术。通过对径向水平井与压裂改造工艺技术的改进与联合,为低煤阶煤层气开采提供了又一新的技术方法。

水力喷射径向水平井射流钻头优选试验研究

射流钻头的破岩性能对井眼深度和大小有重要影响。本文对径向水平井常用的2种射流钻头——多孔喷嘴和混合射流喷嘴采用室内试验的方法对它们的破岩规律和破岩性能进行了分析和对比。结果表明,冲击时间、喷嘴压降、喷距和围压对2种喷嘴破碎效果的规律基本相同,混合射流喷嘴的最优喷距不明显,多孔喷嘴的最优喷距为5～6倍喷嘴当量直径,多孔喷嘴的破岩性能要优于混合射流喷嘴,同时混合射流喷嘴在破碎孔径大小方面优于多孔喷嘴。本文可以为水力喷射径向水平井射流钻头的选择提供试验依据。

超短半径径向水平井转向机构仿真研究

困扰径向水平井钻进的主要问题之一是钻杆弯曲转向前进运动困难,为此采用ANSYS仿真软件对转向器系统构成、滑道截面形状和轨迹、材料模型、约束载荷进行了系统分析,建立了仿真模型。仿真与实验数据对比表明所建仿真模型是可行的。分析了滑道阻力变化对钻进的影响。结果表明,钻进失败的主要原因是钻头中心线与校直中心线存在一定的角度,钻杆的前进轨迹偏离理论值,或与地层干涉或再次发生弯曲变形。钻杆与转向器滑道的接触状况变坏,阻力大幅增加也是导致钻进失败的原因。

径向水平井钻杆截面的塑性变形及轴向受力分析

径向水平钻井技术是开发油田的一种新技术，钻杆在经过斜向器时曲率半径反复变化，钻杆处于应力—塑性应变状态。钻杆截面变形量大小及斜向器弯道阻力的大小对能否正常钻进至关重要。分析了钻杆截面的应力—应变关系，在假定钻杆为理想刚塑性材料的条件下，推导出了钻杆截面的长、短轴极限变形量及钻杆转弯时的阻力计算公式，分析了滑道摩擦系数、射流反力对阻力的影响，从三种条件下公式的计算结果与实验对比中可证明这些公式的正确性，对斜向器的设计和钻杆的选材以及确定实际钻进的工作参数具有指导意义。

径向水平井自进式旋转射流钻头流场特性分析

为解决径向水平井钻进过程中破岩效率和自进能力的问题,设计了一种自进式旋转射流钻头。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性分析,并分析了射流钻头结构参数对喷嘴流场特性的影响规律,进一步优化了自进式旋转射流钻头。结果表明,自进式旋转射流喷嘴外流场的轴心速度在喷嘴中心线上的速度最大,随着径向半径的增大,轴向速度迅速减小;切向速度沿喷嘴径向呈现出经典的"N"形分布,有利于增大射流破碎岩石的深度和破碎面积;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离;自进式旋转射流钻头导向叶轮的螺距和导叶数量,对射流速度有着重要的影响;喷嘴直径对射流流场特性的影响较大。经过优化,得到射流钻头的叶轮螺距16mm,导叶数为2,喷嘴直径为1mm。

水力喷射径向水平井钻井关键技术研究

水力喷射径向水平井技术可在垂直井眼内沿径向钻出呈辐射状分布的一口或多口水平井眼,从而增大与储层的接触面积,建立高导流通道,是一种经济高效的油田挖潜和增产增注技术,其关键技术包括射流破岩钻孔能力、水力参数计算、射流钻头自进与井眼延伸能力、井眼轨迹测量与控制等。针对上述关键技术开展了深入系统的研究:分析了目前应用于径向水平井钻井的各类型射流钻头的基本原理,建立了射流破岩比能模型,通过对比分析认为旋转多孔射流钻头综合破岩效果最佳;建立了径向水平井喷射钻进系统压耗计算模型,对比分析了不同直径连续油管的循环压耗,分析了相关参数对系统压耗的影响规律,为水力参数设计提供了依据;建立了旋转多孔射流钻头自进力计算模型与径向水平井延伸极限计算模型,对比了不同作业条件下径向水平井的延伸极限,为装备优选和径向井眼设计提供了依据;探讨了微机电惯性元件测量径向井眼轨迹的方法原理,为径向井眼轨迹测量提供了一种可行的方法。该研究成果可为形成水力喷射径向水平井技术体系与推广应用奠定基础。

水力喷射径向水平井钻井水力参数计算及优选方法

在前人研究基础上,应用室内实验的方法,修正了高压软管压耗计算方法,建立了泵压计算模型,以最大射流冲击力为目标,综合考虑钻进与携岩需要的最小排量和管线的承压能力,优化了径向水平井钻井作业的排量。结果表明:高压软管段压耗在循环系统总压耗中占有较大比重,修正后高压软管压耗计算值与实测值最大差值仅为实测值的5. 08%,可满足工程计算要求;采用最大射流冲击力标准,初步形成了径向水平井钻井水力参数优化设计方法,根据此方法,可得到径向水平井施工的最优排量,从而得到其他最优水力参数。可为水力喷射径向水平井技术现场配套设备和施工参数的选择提供依据。

径向水平井转向器内柔性管力学模型研究

准确预测柔性管在转向器内的受力状况是实现超短半径顺利转向的重要保障,也是转向器轨道设计及施工工艺参数设计的重要依据。在刚杆模型的基础上,考虑了管内流体作用力及柔性管与转向器轨道粘卡力等因素,建立了转向器内柔性管的受力分析模型。同时也考虑了轨道偏差对摩阻系数的影响,对摩阻系数进行了修正。模型采用有限差分方法进行计算,并编制了计算程序。模型计算值与室内试验测量值有一定误差,但误差值仅为4.5%,计算精度在允许的范围之内。建立的模型可以用于预测转向器内柔性管的轴向力。

水力喷射径向水平井技术研究现状及分析

水力喷射径向水平井钻井技术可为低渗透油气田的开发提供一种经济、快捷的途径,同时也为边际油田、枯竭油气田剩余油气资源的增产、开采提供了一种新的方法。通过对径向水平井几项关键技术发展情况的调研,主要介绍了套管内开窗、转向和水平钻进技术的特点和最新发展,并与早期的技术进行了对比,分析了几项关键技术现阶段存在的问题和研究方向,并指出了径向水平井井眼轨迹,钻井液无法循环利用和水平段长度无法控制和准确测量的难题。可以为径向水平井各关键技术的深入研究提供新的思路。

水力喷射侧钻径向水平井眼延伸能力

径向水平井钻井技术的一个主要指标是水平井眼的延伸长度。根据水力喷射侧钻径向水平井技术的特点,基于流体力学、计算流体力学及射流动力学等理论,对射流钻头自进力进行了理论分析,建立了径向水平井眼极限延伸长度的计算模型,分析了摩擦因数、后向孔眼个数、后向孔眼直径、后向孔眼扩散角和流量等参数对径向水平井眼极限延伸长度的影响。结果表明:改变系统的后向孔眼个数、后向孔眼直径和流量,可以使径向水平井的极限延伸长度发生明显改变;改变后向孔眼扩散角,只能在一定范围内改变径向水平井的极限延伸长度。所建立的模型和得出的规律可以为径向水平井的施工设计及射流钻头结构优化等提供理论指导。

水力开窗径向水平孔技术研究与试验

介绍了水力开窗径向水平孔技术的专用工具和钻井工艺原理 ,分析了地面全尺寸模拟试验和现场试验情况。 3口井的现场试验表明 ,试验井投产后产量是原来的 2倍以上 ,表明该技术具有广阔的应用前景 ,可成为老油田开采剩余油、提高采收率的实用技术之一。