Theory and Application of Numerical Simulation of Chemical Flooding in High Temperature and High Salt Reservoirs

Applications, theoretical analysis and numerical methods are introduced for the simulation of mechanical models and principles of the porous flow in high temperature, high salt, complicated geology and large-scale reservoirs in this paper. Considering petroleum geology, geochemistry, computational permeation fluid mechanics and computer technology, we state the models of permeation fluid mechanics and put forward a sequence of implicit upwind difference iteration schemes based on refined fractional steps of the upstream, which can compute the pressures, the saturation and the concentrations of different chemistry components. A type of software applicable in major industries has been completed and carried out in numerical analysis and simulations of oil extraction in Shengli Oil-field, which brings huge economic benefits and social benefits. This software gives many characters: spatial steps are taken as ten meters, the number of nodes is up to hundreds of thousands and simulation time period can be tens of years and the high-order accuracy can be promised in numerical data. Precise analysis is present for simplified models of this type and that provides a tool to solve the international famous problem.

基于COMSOL仿真的终端电磁热场缺陷温度场分析

目的针对现有单一物理场模型及两两耦合模型对缺陷高压电缆终端整体温度场分布研究不够准确的问题。方法提出一种考虑负荷电流影响的电磁场、固体传热场及流体传热场多物理场有限元耦合模型,研究了110kV电缆终端漏油与硅油劣化缺陷时的温度场分布特性。结果据仿真研究显示随负荷电流增大,终端内部明显温升,从线芯到伞裙的温度逐渐降低。漏油缺陷会使得终端外表面温度产生空气域温度低于硅油域温度的分层现象,硅油劣化会产生终端局部发热而致使外表面应力锥附近最高温度升高。结论在实际应用中,模型结果与实际值误差约在1%之内,研究明确了利用整体温度分布特征监测终端常见缺陷在实际应用的可行性。

黏温黏压下径向柱塞泵滑靴副温度分布与泄漏量分析

针对高压大排量径向柱塞泵滑靴副摩擦失效和泄漏问题,以XDP1000型径向柱塞泵为例,对滑靴副温度分布与泄漏量进行了流场仿真和数值计算。首先,根据滑靴柱塞组件运动学特性分析,求解了滑靴偏转角变化规律,并通过建立滑靴副不同通道流量计算公式的方式,建立了滑靴副静压支承特性方程;然后,建立了滑靴副泄漏功率损失和摩擦功率损失模型,求解了滑靴副最佳油膜厚度,并分析了最佳油膜厚度的变化规律;最后,在考虑了油液黏温黏压特性的基础上,通过流场数值计算的方式,研究了滑靴副温度分布与泄漏量随径向柱塞泵工况参数的变化规律。研究结果表明:额定工况下,滑靴副最佳油膜厚度值约为14μm,滑靴副最佳油膜厚度值随着转子转角的增大而增大,随着工作压力和温度的增大而减小;滑靴运动方向侧油膜温度较另一侧高13 K,滑靴副温度值基本不受工作压力的影响,而随着转速的增大而升高;滑靴副阻尼孔泄漏量较滑靴边界泄漏量大0.02 kg/s,而且泄漏量随着压力、转速和油液温度的增大而增大。该研究结论可为高压大排量径向柱塞泵滑靴副设计及优化提供参考。

氮气泡沫辅助蒸汽驱技术研究及应用——以渤海油田稠油开发为例

受蒸汽超覆、蒸汽冲刷等因素影响,高孔高渗油藏开展蒸汽驱过程中容易出现窜流,造成蒸汽腔发育不均,生产井出现流温升高、含水率上升等问题,需要开展氮气泡沫辅助蒸汽驱,抑制蒸汽窜流,改善蒸汽驱开发效果。开展了高温起泡剂PH-F-H的耐温性和封堵性能评价研究,并确定了最佳注入体积分数,为氮气泡沫辅助蒸汽驱技术的应用奠定了基础。该技术在渤海A油田蒸汽驱井组成功应用,在实施高温泡沫堵调后,井组平均含水率下降5%~10%,井组日增油20~30 m^(3),段塞累计增油量841~2019 m^(3),有效期2~3月,有效实现流场调控,受效井优势通道得到明显抑制,扩大了热腔体积,与不调堵预测相比,热腔体积增大13.2×10^(4)m^(3),提高了蒸汽驱井组的开发效果。截至2023年8月底,蒸汽驱方案设计增油6.0万t,实际蒸汽驱增油达到9.8万t,超出预期。这表明泡沫辅助蒸汽驱是一种有效的蒸汽驱提质增效措施,可为蒸汽驱末期改善开发效果、提高油藏采收率、实现区块持续稳产提供有效的技术保障。

高重合度直齿圆柱齿轮温度场分析及试验验证

直升机传动系统中的高重合度直齿圆柱齿轮多采用喷油方式进行润滑冷却,其温度特性关系到齿轮的使用寿命。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),建立了高重合度直齿圆柱齿轮喷油润滑温度场数值计算模型;采用气液两相流(Volume of Fluid,VOF)、多重参考系(Multiple Reference Frame,MRF)法获得了齿轮表面的温度和对流换热系数大小及分布;使用控制变量法分析了润滑油参数、工况参数、齿轮参数对齿面温度及对流换热的影响规律;在CL-100型齿轮试验机上开展了齿轮温度试验。结果表明,齿轮温度随载荷增加而升高的趋势与CFD仿真计算结果一致,高重合度齿轮温度高于普通重合度齿轮,而且随着载荷的增大,这种现象越明显。

高含水原油在不同管材中的低温集输特性研究

目前,我国大部分油田已进入高含水期,采出液的流动特性发生变化,使降低集输温度成为可能。然而,关于管道材质对低温集输特性影响的研究相对较少。因此,利用现场实验装置对钢管与玻璃钢管中高含水原油低温集输特性进行了研究。结果表明,管线降低掺水量之后,井口回压上升,实验管道末点的油温缓慢下降;不同掺水量下井口回压上升过程不同,高掺水量下更容易实现低温集输;当掺水量相同时,玻璃钢管的黏壁温度低于钢管的黏壁温度,玻璃钢管低温集输的最低掺水量低于相同情况下钢管的掺水量。对黏壁温度实验数据进行拟合,得到了不同管材的黏壁温度计算模型,计算结果准确度较高,对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。

耐高温盐酸酸化缓蚀剂的研制及其缓蚀行为

以3-甲基喹啉、氯化苄为原料合成了一种喹啉季铵盐缓蚀剂,采用正交试验法优化了合成条件;并将其作为主剂,复配增效剂、分散剂等,研制了耐高温(180℃)盐酸酸化缓蚀剂GWS-G,评价了其缓蚀性能,并用电化学测试、SEM-EDS、XPS分析等研究了其缓蚀行为。结果表明:在添加5.0%(质量分数)缓蚀剂GWS-G的20%(质量分数)盐酸中,180℃腐蚀4h后N80钢的腐蚀速率为70.25g/(m^(2)·h),满足行业标准要求。缓蚀剂GWS-G是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂,通过在N80钢表面形成均匀完整的保护膜抑制腐蚀,且随着缓蚀剂含量的增大保护能力增强;XPS分析表明保护膜主要以缓蚀剂膜为主,包含了FeOOH、Fe_(2)O_(3)、FeCl_(2)等腐蚀产物。

分子动力学模拟在石油管材腐蚀与防护中的应用

当前油田开采面临着高温高压、高Cl^(-)、高含硫等日渐复杂的工况环境,石油管材的耐蚀性能以及防护技术的适用性面临较大挑战,分子动力学模拟技术因其不受实验条件的限制且具有广尺度特点可弥补传统评价方法的不足。本文首先简述了分子动力学模拟技术的基本原理;并基于分子动力学模拟应用,阐述了管材在Cl^(-)、CO_(2)/H_(2)S等体系中的分子动力学腐蚀机理研究,概述了分子动力学在研究防腐涂层中的研究应用。最后,对分子动力学模拟技术今后在耐蚀材料研发中发展方向进行了展望,以期为油气田用新材料的研制、防护技术的应用提供理论基础与技术支持。

四角切圆锅炉的二次风喷口结构优化及应用

300 MW发电机组配备的四角切圆锅炉在深度调峰工况下存在脱硝入口NOx值居高不下、锅炉两侧汽温偏差大、在高负荷工况下水冷壁存在较严重的高温腐蚀等一系列问题,经分析四角切圆锅炉结构特点及左右两侧屏式过热器、屏式再热器的壁温偏差及低负荷时二次风与炉膛压差等运行参数,判断为锅炉二次风配风性能差导致锅炉燃烧动力场偏离设计值。将部分二次风喷口面积局部缩小且辅助风喷口沿炉膛切圆方向偏转7.5°后,锅炉在深度调峰工况下主热、再热汽温分别提升13℃、9℃,左右两侧脱硝入口NOx值平均下降162 mg/m^(3),空预器入口氧量未发生降低,这表明优化的二次风喷口结构可有效提升锅炉性能。

炼化装置腐蚀防护用新型抗高温缓蚀剂的制备及性能评价

为了降低炼化厂换热器等装置的腐蚀速率,延长其使用寿命,以有机胺单体、甲醛和苯丙酮为原料,通过室内实验制备了一种适合炼化装置腐蚀防护用的新型抗高温缓蚀剂HTS-2,对缓蚀剂的合成工艺条件进行了优化,并考察了其腐蚀防护效果。结果表明:当各原料配比中醛、酮、胺的物质的量比为1∶1∶1、合成反应温度为80℃、反应时间为12 h、盐酸用量为8 mL时,新型抗高温缓蚀剂HTS-2的收率最高,可以达到96.7%。随着抗高温缓蚀剂HTS-2质量分数的逐渐增大,腐蚀速率逐渐减小;随着腐蚀实验温度的逐渐升高,腐蚀速率逐渐增大。当新型抗高温缓蚀剂HTS-2的质量分数为2%、腐蚀实验温度为150℃时,目标炼化厂换热器装置钢材的腐蚀速率低至0.097 mm·a^(-1)。研究结果,表明缓蚀剂HTS-2的耐温性能较好,能够满足炼化装置在高温条件下的腐蚀防护需求。

含硫油田井筒腐蚀结垢规律分析及防治措施研究

为降低含硫油田井筒腐蚀结垢对油井生产的影响,以某含硫油田井筒采出水和井筒钢材为研究对象,通过水样离子组成分析、腐蚀结垢产物组成分析、腐蚀实验以及防垢实验,对含硫油田井筒腐蚀结垢规律进行了分析,并提出了防治措施。结果表明,目标含硫油田采出水的矿化度较高,并且其中Cl^(-)和硫化物含量较高,存在严重的腐蚀和结垢风险。目标含硫油田井筒腐蚀结垢产物中的Fe S含量较高,占比均在55%以上,结垢产物CaCO_(3)的含量也较多,占比在10%以上。采出水中硫化物和Cl^(-)的含量越高、温度越高、pH值越低,其对井筒钢材的腐蚀速率相对就越大。缓蚀剂S-3和防垢剂FG-1对目标含硫油田井筒腐蚀结垢的防治效果较好,推荐缓蚀剂S-3的最佳加量为100mg·L^(-1),防垢剂FG-1的最佳加量为80mg·L^(-1)。

降低高温缓蚀剂磷含量效果研究

某石化常减压装置加工能力为6.0 Mt/a,主要加工低硫重质中间基原油,所产直馏蜡油作为蜡油加氢装置原料。现阶段该装置高温部位防腐手段:减一中、减二中、洗涤段内回流等处注入一定量的高磷高温缓蚀剂(磷含量约为2%),取得了较好的工艺防腐效果。近期在生产中发现蜡油加氢装置原料过滤器反冲洗频繁且换热器、反应器存在压降升高较快、结垢严重等问题,对结垢物质进行采样分析发现其中含有磷化物,现怀疑可能与常减压装置向油品中注入高含磷药剂有关。为此开展“低磷高温缓蚀剂应用”的专项活动课题,以期在使用低磷高温缓蚀剂的前提下,保证常减压装置高温防腐效果并使下游装置生产问题得到改善。

海上油气田特色射孔工艺技术及应用

介绍了海上油气田勘探开发过程中,针对不同油气藏和完井工艺形成的特色海上油气田射孔工艺技术及应用,包括针对大斜度井水平井的MWD/LWD-TCP(随钻测量和油管传输射孔)联作射孔技术,针对电潜泵完井的ESP-TCP(电潜泵和油管传输射孔)联作射孔技术,针对疏松砂岩砾石充填完井的超高孔密大孔径射孔技术以及高温高压碱性完井液条件下的射孔技术等。通过MWD/LWD与TCP技术的深度融合,实现了高精度定位和自动化控制,提高了射孔作业的智能化水平。特色射孔技术的应用显著提高了海上油气田勘探开发的作业效率,缩短了工期。通过技术创新和工艺改进,降低了射孔作业的风险,保障了作业安全。

高含水油井用缓蚀剂的筛选研究

油田三次开采后,华北油田第四采油厂部分油井含水变高,管线腐蚀程度增加,使用寿命缩短。本文针对上述情况对现场缓蚀剂进行筛选,选取现场六口井(42-31、42-43、京502、京509、京330、京270)采出水对七种咪唑啉类缓蚀剂(JA02、JA05、JA08、DF-01、DF-03、D、F)进行缓蚀效果对比实验,对缓蚀剂加药量(30、50、100 mg/L)进行筛选对比。最终,缓蚀剂JA05与现场同等加药量100 mg/L相比,缓蚀效果突出,进一步降低加药量至50 mg/L时,其缓蚀率及腐蚀速率均能满足现场要求,因此,缓蚀剂JA05可作为现场药剂节约成本的备选药剂。

顺北油气田超深井分段完井技术

顺北油气田储层发育多条断裂,每个断裂内有一条或多条栅状储集体,储集体间分隔性强,需要通过分段改造动用多个断面储集体,提高油气井产能。为此,通过优化橡胶材料的配方、硫化工艺和完井工具的机械结构,研发了耐高温高压的大扩张比裸眼封隔器、投球分级滑套、压差滑套、完井封隔器等分段完井用关键工具。基于两性离子酸用稠化剂和有机–无机抗高温双重交联剂,研制了抗高温交联缓速酸;利用压裂液和酸液的黏度及密度差异,形成了远距离沟通深部酸压工艺。在研发关键完井工具、高温酸液、酸压工艺的基础上,基于地质工程一体化理念,研究形成了顺北油气田超深井分段改造完井技术。顺北油气田12口井应用了该技术,应用结果表明:裸眼封隔器、投球分级滑套和压差滑套耐温180℃、耐压90 MPa,分段级数可达5级;交联缓速酸耐温180℃,黏度提高2倍以上,酸岩反应速率降低20%以上,酸液穿透距离由100 m提高至120 m;现场应用分段级数最高达到4级,封隔器下深达8833 m,应用温度最高达182℃;压后折算产量同比邻井平均提高20%,SHB4-5H井等3口井达到日产油量超过千吨,实现了少井高产。

井下电控水泥释放工具研制与试验

针对国内外传统油气井释放水泥工具所存在的弊端,基于井下电动工具的设计原理,创新性地研制出了一套新型井下电控水泥释放工具。详细介绍了该工具的结构组成和工作原理,重点对工具动作部件进行了力学分析,探究了井斜、温度、压力及井液性质对工具开启的影响,所研制的井下电控水泥释放工具外径为73 mm,长度为1 400 mm,可根据不同施工井况,通过变扣灵活配备不同规格的储灰筒。高压地面试验和现场施工试验分别验证了工具耐高温高压性能以及倒灰作业施工的可行性。可为油气井封堵作业的安全施工提供更高效可行的技术支撑。

超高温高压完井组块密封的研制

组块密封作为完井工程中的保持井筒完整性、实现井下资源分层开采的重要工具,其工作的可靠性与稳定性不言而喻。在超高温高压油气田中,对于组块密封的耐温性、耐压性要求更高,该方面研究在国内少有涉及。本文通过新型耐高温气密材料的开发、组块密封结构设计,结合结构仿真与试验,研制形成多个尺寸系列耐温204℃、耐压10000 psi的完井组块密封工具,为我国超高温高压油气田开发提供了国产化工具支持。

低张力抗高温有机盐完井液体系研究

为了满足高温低渗气田完井作业施工对完井液综合性能的要求,提高完井作业效率,在分析了目标气田基本概况的基础之上,以防水锁剂F-2和缓蚀剂HSJ-H为主要处理剂,研究了一种适合高温低渗气田的低张力抗高温有机盐完井液体系,并对其综合性能进行了评价。结果表明:低张力抗高温有机盐完井液具有良好的防膨性能,在温度范围为50~170℃时均能使防膨率达到90%以上。完井液体系具有良好的表面/界面活性,经过高温老化后的完井液仍能具备较低的表面张力(19.7 mN/m)和界面张力(0.98 mN/m)。另外,完井液体系还具有良好的抗高温防腐蚀性能,在实验温度达到170℃时,完井液对S13Cr钢片的腐蚀速率仍低至0.0504 mm/a。研究结果认为低张力抗高温有机盐完井液能够满足目标气田完井作业施工的需求。

660 MW等级燃重油锅炉水冷壁高温硫腐蚀研究

本文介绍了某660 MW等级燃高硫份重油项目锅炉水冷壁腐蚀情况,探讨研究了炉膛水冷壁高温硫腐蚀机理,分析了该类型锅炉炉膛水冷壁产生高温腐蚀的具体原因,并针对性提出了防止腐蚀的措施。

SIM-1气举井固体缓蚀剂的研究与应用

高矿化度的弱酸性采出水中的CO2 引起了文东油田高含水气举采油井生产管柱的严重腐蚀 ,研制了固体状缓释性酰胺咪唑啉缓蚀剂SIM 1 (有效成分 75% ) ,简要介绍了制备过程。室内评价表明 :①直径 4 0mm、长 4 0 0mm的园柱体 60℃时在油田采出水中的溶解时间 ,在静止水中大于 1 5天 ,在流动水中大于 5天。②在 60℃的常压CO2 饱和 3 %NaCl溶液中 ,50— 1 0 0mg/L的SIM 1可有效地保护A3、N80和J55钢材。③SIM 1与油基清蜡剂配伍。④电化学测试表明SIM 1为控制阳极过程为主的混合型缓蚀剂。在文东油 1 1口气举井试用 ,SIM 1缓蚀剂投入井底 ,使其在采出液中浓度维持在 1 0 0mg/L左右 ,投加周期为 2 1— 3 5天。第一周期末 ,井口采出水含铁平均由 1 93mg/L降到 76.9mg/L ,对N80钢的腐蚀速率平均由 0 .7892mm/a降到 0 .0 2 1 62mm/a ,井筒挂环腐蚀速率(一口井 )由 0 .894 4mm/a降到 0 .0 73 0 0mm/a。