基于CPFD方法的煤气化气固流态化及输送过程强化

煤粉给料罐是煤粉输送系统中必不可少的一环。某气化技术工艺的煤粉给料罐采用底部流化、侧面出料的方式,内部装有复杂的内构件与出料管道。本文以气固两相流数学模型为基础,采用CPFD(computational particle fluid dynamics)方法,对给料罐内部流化状态开展流体动力学仿真模拟,分析煤粉给料罐内气固两相流的流动特性,模拟给料罐内煤粉疏松、输送的过程,研究影响该给料罐煤粉输送稳定性的影响因素及其规律。

洛河组砂岩用新型无固相冻胶注浆体系

洛河组砂岩采动地层涌水频繁,严重影响了矿井安全生产。针对传统注浆体系面临渗滤效应严重和成胶性能不可控,难以实现裂隙出水有效调控的技术难题,通过分析5种天然典型岩心样品(含砾砂岩、巨粒砂岩、粗粒砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩)的矿物组成及微观形貌,明确了孔隙微观赋存特征,构建了低成本、稳定性优异的无固相冻胶注浆体系。通过物理模拟驱替实验研究了冻胶注浆体系的注入性和封堵性能,通过核磁共振在线驱替实验研究了注浆封堵前后岩心中的孔隙分布变化特征。结果表明,孔隙直径小和孔喉连通性差是造成传统注浆体系难以顺利注入和深部运移的地质原因。由于渗滤效应的存在,传统注浆体系的固化封堵效果明显低于理论设计。以0.5%~0.6%聚丙烯酰胺、0.6%~0.7%有机胺类单体交联剂、0.07%~0.08%酚类单体交联剂和0.2%~0.3%有机酸类调节剂为原料,构建了低成本、无固相、易深部注入的新型冻胶注浆体系。该冻胶注浆体系可实现48h内成胶,180d内未见明显脱水,长期老化稳定性优异。冻胶注浆体系的注入性良好,持续冲刷岩心后的压力衰减率为7.85%~20.95%,封堵率为82.04%~92.19%。冻胶注浆体系通过占据大孔道或裂缝空间,增大渗流阻力,迫使后续流体转向,实现出水层有效封堵。该研究成果可为洛河组砂岩注浆堵水施工提供新思路。

煤层气废弃井封堵管柱三维非线性流固耦合振动特性分析

【目的】煤层气废弃井中水泥塞封堵质量是防止井内污染物泄漏的关键。现行煤层气废弃井处置标准中的注水泥塞方式为简单的泥浆泵注,该方法形成的水泥塞存在水泥颗粒团聚、气泡和微孔隙等问题,导致水泥塞强度降低,易失去密封性能。【方法】针对该问题,将振动技术应用于煤层气废弃井封堵作业中,通过专用工具带动管柱振动,依靠振动能量的传递,改变水泥浆流性以提高水泥塞封堵质量。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton变分原理,充分考虑非线性因素,建立了封堵作业中管柱-水泥浆系统三维非线性耦合振动控制模型,采用Lagrange函数和三次Hermite插值函数对管柱系统进行离散,利用Newmark-β法计算并分析了管柱在水泥浆条件下的振动特性;并搭建了机械振动试验测试平台,通过正交试验,研究了振动频率、振动时间以及振动幅值三因素在不同参数组合条件下对水泥石力学性能的影响,得到了最佳振动参数,并进一步研究了单因素对水泥石力学性能的影响规律。【结果和结论】结果表明:(1)考虑纵横耦合效应后,管柱自身由线性结构变为非线性结构,加载使其振动固有频率明显增大,并与振型一起实时变化,在一定时间后变化呈现周期性。(2)管柱长度与振动固有频率成反比,管柱越长其振动固有频率的变化量越小。(3)管柱-水泥浆耦合效应对振动固有频率的影响显著,在水泥浆存在的情况下,管柱系统的振动固有频率均降低,随着水泥浆密度的增加,管柱振动的固有频率降低。(4)机械振动可以使水泥浆体系更加均匀致密,表现为水泥石强度得到极大提升,当振动频率为15 Hz、振动时间为5 min,振动幅值为3 mm时,相比于未振动工况,水泥抗压强度提高38.45%、抗拉强度提高24.14%,胶结强度最大提高52.9%。研究结果可指导封堵工具振动参数的设计,为现场施工参数的确定提供参考,提高水泥浆性能以提高封堵质量,具有工程指导意义。

气固微型流化床反应分析仪的理想流型判据分析

微型流化床因具有气体返混小和可操作性强等优点,在反应动力学测量等领域备受关注。获得流型随操作参数的变化规律,才能实现微型流化床理想流型的有效调控。采用双流体模型耦合考虑结构的相间曳力(又称多尺度CFD)模拟了一系列A类和B类颗粒在不同操作条件下的流化行为,结合颗粒浓度和气体停留时间分布(RTD)特征考察气速、床径和初始床高对气体返混行为的影响。研究表明,当微型流化床在初始鼓泡到湍动流态化之间操作时,才逼近颗粒全混流和气体近似平推流的运动状态。进一步分析气体RTD曲线形状特征(如拖尾、多峰等),提出采用斜度S<0.6作为微型流化床平推流判据,弥补了原判据[满足方差σ_(t)^(2)<0.25且峰高E(t)h>1]的不足,为微型反应分析仪的流型调控奠定了基础。

固体酸棒在注水井酸化增压的应用

针对低渗透油田注水井后期结垢、注水压力大和油田开发成本增加等问题,研发一种缓慢释放活性物质的固体酸产品,通过溶解性实验、解堵性实验、N80钢片的腐蚀性实验、室内静态评价实验和室内动态评价实验对其性能进行表征。结果表明:固体酸对于无机垢溶解效果较好,对管柱腐蚀性小,作用距离长和时间长,无残留。在现场应用中,通过不间断地投放固体酸,溶解无机杂质,增加地层的流通通道,降低注水压力,取得较好的解堵增注效果。

水基钻井液储层保护技术研究进展

钻井液储层保护性能对后续油气资源产能的影响至关重要。文章综述了储层伤害的主要类型以及储层保护钻井液的关键功能,钻井液对储层的主要伤害分为固相污染、聚合物的吸附堵塞、储层黏土易发生水化膨胀,并可能因钻井液中的成分而分散或运移,以及钻井液滤液与地层水配伍性伤害。储层保护钻井液大致分为强封堵低滤失钻井液、强抑制低伤害水基钻井液、低固相/无固相聚合物钻井液体系以及在无固相聚合物钻井液体系上发展的可生物降解的无固相钻井液,在现场应用中取得了较好的储层保护效果,为现场储层保护提供了技术支持。

复杂富水地层无机固水材料注浆堵水应用研究

马钢矿业姑山矿业公司采用的常规单液水泥注浆封堵复杂富水地层导水通道,存在可注性及浆液扩散效果差等问题,对此,姑山矿业公司进行了高效无机固水材料替代水泥注浆堵水试验。结果表明:高效无机固水材料注入会形成钙矾石,其注浆材料成本为156.98~228.81元/m^(3),注浆结石体材料费用仅为常规单液水泥浆的一半;相对于单液水泥浆,高效无机固水材料浆液具有可输送性和可注性强、固结速度快、固结后体积收缩率小、生产成本低等优点;该高效无机固水材料具有良好的推广应用前景。

深水水下工艺管汇堵漏新方法研究

为了提高深水水下工艺管汇堵漏效率,通过堵剂优选,选取无固相有机硅作为堵剂,基于外卡套筒与遥控机器人配合使用。利用水下采油树模型模拟深水试验并结合CFD数值模拟,通过不同深度的变量试验,确定了无固相有机硅的最终封堵效率,符合封堵要求,为深水水下工艺管汇堵漏工艺提供了基础,为深水油田管道保护工作提供了参考。

新疆阜康白杨河矿区急倾斜煤层的煤层气开发井型

为了提高新疆阜康白杨河矿区煤层气藏的开发效果,开展了急倾斜煤层条件下直井与顺层井的开发对比研究。分析了急倾斜煤层在垂直井与顺煤层井(直井段+增斜段+稳斜段)两种井型与井网条件下煤层气排采过程中的气水分异、固相物堵塞和压降传播特征及其对煤层气井产气量的影响。结果表明:垂直井在排采中存在明显的气水分异,固相物易集中汇聚并堵塞运移通道且储层压降传递缓慢,难以形成有效的井间干扰;而顺煤层井稳斜段的存在可有效减小气水分异对煤层气的排采负面作用,而且井筒与煤层较大的接触面积,固相物相对分散地运移至井筒,有利于煤层气水向井筒的运移,同时还可形成良好的井间干扰。认为顺煤层井对于单井及井组产量均有显著优势,更适于新疆阜康白杨河煤区急倾斜煤层的煤层气开发。

注入水中固相颗粒对地层的伤害分析

中高渗透油藏在注入污水过程中 ,常常由于固体颗粒的堵塞而造成油层污染。为选择合适的水质 ,通过对注入水中固体颗粒的粒度、含量分析、伤害机理评价及室内伤害试验 ,指出了固相颗粒对不同参数储层的伤害程度 。

温控液-固相变堵漏体系的研制及原位自生堵漏技术

裂缝性漏失是钻井过程中面临的技术难题,目前技术瓶颈是传统桥接堵漏材料与漏失通道匹配度低,易重复性漏失。基于热固性树脂乳化及高温交联聚并原理,研制了温控液-固相变堵漏体系,可自适应进入不同开度裂缝,受漏层高温响应作用,在裂缝中原位生成宽粒径分布的高强度堵漏颗粒。开展了原位自生堵漏颗粒的结构表征、力学性能、裂缝封堵性能测试等。结果表明,温控液-固相变堵漏体系中高分子树脂含量为37%,乳化剂含量为5.2%、分散剂含量为0.07%、交联剂含量为25.9%、蒸馏水含量为31.83%,该体系可在50~90℃漏层温度条件下原位生成0.1~5 mm宽粒径分布的堵漏颗粒。120℃老化后的堵漏颗粒60 MPa压力下D90降级率仅为0.4%,抗压强度高。仅用一套温控液-固相变堵漏体系能同时封堵1~5 mm开度裂缝,承压能力达到10 MPa,实现自适应封堵,有望解决未知裂缝开度的钻井液漏失技术难题。

螺旋榨油机喂料段的理论与实践

基于单螺杆挤压机固体输送段的非塞流理论 ,将榨油机的喂料段螺槽中的油料简化为上、中、下 3层 ,通过应力 -速度方程 ,推导出产量与压力降的三次方程。详细讨论了摩擦因数和喂料螺旋的几何参数对最大产量和系统压力的影响。结果表明 ,适当增加喂料螺旋的覆盖长度和榨笼内壁的摩擦因数是提高喂料段末端压力和输送能力的有效途径。实践证明 ,在榨油机的喂料段附加一个带阻转槽的衬套是实现高油分、低粗纤维含量的软油料在榨油机中顺畅喂料的行之有效的方法。

固相颗粒封堵孔隙喉道的机理研究

固相颗粒封堵孔隙喉道是导致油气层损害的一个重要原因。为了进一步探讨固相颗粒封堵孔隙喉道的机理，在室内对不同分散体系封堵孔隙喉道的效果进行了评价。通过试验分析和理论推导，建立了屏蔽带压差方程，掌握了影响屏蔽带压差大小的主要因素，即屏蔽带压差不但与固相颗粒侵入相对深度、固相颗粒的极限剪切应力呈正比。

普光气田绒囊修井液结合固相堵剂暂堵深部低压气层

普光气田深部碳酸盐岩地层天然裂缝、溶洞与改造后人工裂缝结构共存,井筒液柱与地层形成压差时成为漏失通道,需实施暂堵。绒囊修井液封堵低压气层可行,但封堵大尺度通道用量过大,为此,引入固态堵剂辅助绒囊修井液降低流体用量。室内串联直径38 mm、长60 mm,含缝宽5.0 mm贯穿裂缝的人造岩心,模拟大尺度漏失通道。绒囊修井液复合质量分数0.1%~1.5%的碳酸钙颗粒和纤维,对比单一体系与复合体系注入裂缝至驱压达20 MPa时流体用量;封堵后,注入破胶液解除暂堵,重复测定清水流速恢复效果。实验结果表明,相同承压所需绒囊修井液体积随固态堵剂加量增大而下降12.3%~60.5%,与固态堵剂加量正比关系较明显;破胶后,裂缝中清水流速恢复率达98%,伤害程度较低。S-3X井、P-2Y井分别试验绒囊修井液与纤维、绒囊修井液与颗粒复合封堵技术,计算提高地层承压26 MPa、32 MPa,复合体系用量相对单一体系降幅超过30%。绒囊修井液复合固相堵剂满足普光气田深部气层大尺度漏失通道中封堵性与经济性双重要求,扩展了绒囊流体应用领域。

单螺杆挤出过程固体输送段的数值模拟

介绍了挤出成型过程数值模拟的现状及现有通用计算流体力学 (CFD)软件在模拟聚合物流动时存在的缺陷 ,指出自主开发CFD程序的必要性。针对单螺杆挤出过程固体输送段的数值模拟方法 ,讨论了传统塞流固体输送理论的缺陷 ,介绍了非塞流固体输送理论的优越性及相关的有限元计算方法。并针对有限元方法的复杂性 ,介绍了简化的三层模型方法。计算结果表明 :非塞流固体输送理论的三层模型法与有限元法计算结果接近 ,且优于塞流固体输送理论 ,而三层模型法计算方法简单 。

乍得砂岩油藏固体酸酸化解堵配方优化

乍得BR盆地M4区块M-4井区各井在钻完井过程中,油藏受到严重污染,导致该井区各井投产后单井产量远低于试油产量,甚至远低于相邻位置较差的M-1井区单井产量,部分井不能正常生产。对于砂岩油藏,酸化是解除钻完井地层污染、提高单井产量最常用的方法,但是由于乍得限制液体酸的进口,无法进行常规的液体酸酸化解堵作业。提出了固体酸解堵乍得油藏无机污染的思路,并结合室内试验对固体酸解堵体系配方进行了优选。

环簇式塞式喷管在固体火箭发动机上应用探讨

对可应用于固体火箭发动机上的3种塞式喷管的结构特点进行了比较,重点讨论环簇式塞式喷管结构性能。基于目前的设计方法,确定了环簇式塞式喷管与钟形喷管的性能比较方法,进行了尺寸及重量分析,并给出了其在战略导弹第一级发动机和高空发动机的应用算例。结果表明,内喷管喉径是影响环簇式塞式喷管尺寸大小的最主要设计参数;在单元数足够多时,环簇式塞式喷管可比相同面积比的钟形喷管的尺寸更小,重量更轻,推力效率更高;明确了环簇式塞式喷管实际应用所需解决的关键问题。

非塞流固体输送理论的简化

本文依据固体输送段的非塞流现象，把固体分成上、中、下层，通过应力－速度方程，推导出产量与压力降的三次方程，这样既简化了非塞流团体输送理论，又保持了原有精度，计算结果表明了该方法的可行与实用性。

HT-10高温屏蔽暂堵剂研制与应用

筛选出水不溶而油溶的两种颗粒材料HP 15和TB 1,根据地层孔隙直径 1/ 2～ 1/ 3两颗粒和三颗粒架桥原理确定其粒径分布 ,借助悬浮剂制成了浓缩悬浮液 (使用时稀释至要求浓度 ) ,供高温油藏井下作业前对地层进行蔽屏暂堵 ,防止伤害。该屏蔽暂堵剂 (HP 10 )在 140℃对不同渗透率人造岩心的水相暂堵率Dw 为 96 .5 %～ 99.8% ,煤油解堵率 (油相渗透率恢复率 )Ho 为 95 .3%～ 97.2 % ;对天然岩心砂充填模型的水相 (埕岛油田地层水 )暂堵率Dw 为 96 .1%和 97.8% ,原油解堵率Ho 为 93.3%和 94.6 %。在 0 .1～ 2 .0MPa范围内逐步加大HP 10注入压力 ,140℃下人造岩心的水相 (盐水 )暂堵率Dw 逐步增大 (82 .6 %→ 10 0 % ) ,煤油解堵后水相渗透率恢复率Hw 逐步减小 (98.1%→ 93.3% )。该剂在胜利渤南高温油田已成功用于 8口井洗井、压井、检泵等作业前的油层屏蔽暂堵 ,简介了施工工艺和

脲醛树脂堵水新技术

针对油水井实施堵水过程中难以准确控制用量、堵剂浪费大、施工风险高的问题,开展了溶液类堵剂、固相颗粒复合堵水体系研究。在堵水剂挤注过程中固相颗粒不断滤失封堵,自动调整进液通道,最终实现均匀、整体封堵。通过对脲醛树脂在稠化、固相填料两方面的系统研究,形成了脲醛树脂为主体的新型堵水剂。应用中针对不同封堵要求,调整不同稠化及填料质量分数,实现深部处理与炮眼封堵的一体化无缝处理;堵剂挤注压力完全控制在安全范围内并可顺利顶替到位,直接关井候凝,大大降低了施工风险,技术优势明显,取得了较好的矿场应用效果。