水平井涡轮振荡冲砂工具设计与仿真

目前水平井常用于高渗透疏松砂岩油气藏的开发,在开发过程中经常面临出砂问题,即当油层出砂之后,砂粒会紧跟原油流进井筒中,随后逐渐沉积在水平段的较低位置处而产生砂床。砂床的存在会影响石油的开采,堵塞出油通道,增加流动阻力,甚至会损坏井下设备,造成井下砂卡事故。针对我国目前常规水平井冲砂效率低、效果差且易发生堵塞等问题,文中设计了一种水平井涡轮振荡冲砂工具,确定了冲砂工具的总体方案,对振荡与冲砂参数进行了计算,并对冲洗头进行了冲砂效果仿真。研究表明,该工具通过振荡、旋转方式破砂,使得砂粒不易在井筒沉积形成砂床,在不影响冲砂效率的前提下冲砂工具不易卡涩,且该冲洗头喷嘴的布置方式可使冲洗效果更为显著。

涡轮水力振荡器密封结构特性分析及优化

为提高涡轮水力振荡器所使用的PTFE弹簧蓄能密封圈密封性能,该文对所设计的PTFE外壳和内部支撑弹簧组成的密封结构进行结构特性分析及优化。基于ANSYS软件、参照密封沟槽国家标准尺寸建立密封结构单周期模型,通过单因素分析弹簧各结构参数及PTFE外壳结构参数变化对密封特性的影响;导入Archard模型对PTFE弹簧蓄能密封圈在装配状态下的动磨损情况进行仿真计算;使用回归分析结合响应面优化法分析各因素对PTFE外壳磨损量的交互影响,并通过响应优化计算出最优参数组合。结果表明,在密封结构压缩1 mm、金属带截面厚度为0.3 mm、金属带截面宽度为1.9 mm、蓄能弹簧截面直径为4.5 mm、PTFE外壳厚度为0.8 mm为最符合涡轮水力振荡器实际工况需求的密封结构参数组合。

涡轮式水力振荡器结构参数优化及流体仿真

大位移长水平井开发的后期,存在着大摩阻的问题,严重制约钻具向更远目标的快速钻进,在世界范围内引起了广泛关注。水力振荡器是油井开发后期降摩减阻的重要工具。针对该问题提出了一种涡轮式水力振荡器。该水力振荡器通过静阀与转阀流道口之间的相位变化将钻井液的动能转化为周期性脉冲压力,有效地解决了钻井过程中出现的托压和自锁问题。分别对圆形流道口、扇形流道口与正方形流道口进行优化设计,发现正方形流道口的降摩减阻效果最好。运用理论计算与FLUENT流体仿真分析,研究静阀与转阀的运动规律以及流道的尺寸和长度对阀组压降的影响,得到一组最优的阀组尺寸:中间流道口的半径为14.2 mm,正方形外流道口的边长为27 mm,流道长度为30 mm。研究结果表明该结构可以提供0.096~2.96 MPa的稳定脉冲压力。