气举柱塞偏心环空间隙流场数值分析

柱塞气举利用井底压差推动柱塞沿井筒运动,依靠柱塞与管壁间隙密封举升上部液体至井口,达到排水采气目的。目前,针对柱塞实际运动中发生偏心对气举密封的影响认识不够清晰,导致无法进一步优化柱塞密封结构和工艺参数。为此,利用气液两相分层流动数值计算方法,讨论了紊流槽内相含率和速度场变化规律,并分析其多道密封机理,获得不同偏心距导致的环空间隙差异条件下柱塞密封效果。研究结果表明：当柱塞与油管轴线处于同心状态作业时,根据特定场合设计的柱塞外壁紊流槽的密封效果可以满足气举要求,但由于柱塞运动时很难保证同心,随偏心距逐渐增大,柱塞与油管间隙增大导致其密封效果逐渐变差。在偏心距为0.9 mm时,窜气量相比同心状态增加140.33%,大量气体发生滑脱;偏心距为1.5 mm时,液体以0.29 kg·m-3的速度泄露至柱塞下方区域。故偏心状态对气举柱塞密封性能的影响不容忽视,对此修正柱塞偏心环空状态下的运动方程,以探究柱塞偏心后对启动压力和单次循环排液量的影响。     

棒状柱塞结构优化模拟

柱塞气举是页岩气压裂液返排的关键技术之一。为了进一步提高棒状柱塞举液密封效果，利用Fluent软件建立单一流道的二维几何模型，采用湍流模型模拟棒状柱塞运行时凹形槽内流场情况，优选槽型（正直角梯形、等腰梯形、反等腰梯形、反直角梯形和矩形），对比分析不同槽深和槽宽时的流场情况，并开展优化后棒状柱塞与常用衬垫式柱塞对比物理模拟实验。结果表明，柱塞运行时在凹槽中心有一个低速区，在该低速区会不断产生干扰流体正常流动的涡流，从而使整体流速降低以达到密封的效果；在对比槽型中，正直角梯形槽的密封效果最好；现场常用参数范围内，随槽宽、槽深增大，密封效果变强（槽宽20 mm、槽深6 mm时最优），且槽宽对柱塞密封性的影响大于槽深。物理模拟实验证实，相同条件下优化后的棒状柱塞在小气量情况下举液效果优于常用衬垫式柱塞。本研究结合CFD建立了可靠物理模型，且优化后棒状柱塞举液效果较好，对现场实际应用有指导作用。     

分体式柱塞气举实验模拟

为了进一步改进分体式柱塞的性能,使其排液能力更加显著,我们在分析新型分体式柱塞气举原理的基础上,我们自行设计并搭建了分体式柱塞的模拟实验装置,建立分体式柱塞气举模拟实验,实验模拟了分体式柱塞启动、连续排液过程及卸载过程,对比分析了分体式柱塞气举和常规气举排液规律,对比分析了注液、气量对柱塞上升、下落时间的影响规律。该实验目的：首先通过观察现场模拟实验的实验现象来了解分体式柱塞工作特点;然后分析这些影响分体式柱塞运行周期的因素,为研究出工作效率更高、更加适合现场油田环境的柱塞做准备工作。该实验对完善及推广柱塞气举工艺具有实际的意义。     

气井柱塞举升排液采气优化设计

从气井柱塞上行程的动力学分析入手 ,充分考虑地层产气、产液等因素对柱塞及液柱上升的影响 ,建立了柱塞上、下行程动态模型 ,同时结合气井生产动态 ,建立了柱塞举升排液采气优化设计模型。利用该模型能够计算气井生产时的积液速度、柱塞最佳上升速度以及将井底液柱举升至地面所需要的最高套压值 ,从而可以预测出柱塞排液的运行周期数和周期举液量。现场试验证明 ,该模型将柱塞运行动态与气井的生产动态较好地结合 ,能够适应液体、井况和油藏参数或特性的变化 ,预测结果与实际结果吻合较好 ,具有普遍的实用性。     

柱塞气举中柱塞运动分析

在综合考虑油藏特性、油井流入动态、柱塞—液柱特性、液柱以上气体、柱塞下气体的膨胀和摩阻影响等因素后,导出了柱塞运动的微分方程．利用数值求解得到柱塞运动的特性,这将有利于对柱塞气举的深入理解和柱塞气举的设计。     

全金属螺杆泵漏失机理研究

传统的橡胶螺杆泵采用过盈方式啮合,当压力小于泵的击穿压力之前,泵没有漏失现象,但全金属螺杆泵定转子都是金属材质,且定转子之间采用间隙配合的啮合方式,所以即使在泵正常工作时,漏失也是一直存在的,研究全金属螺杆泵的漏失规律,为研究整个螺杆泵工作特性奠定基础。在同心环缝隙流动基础上充分考虑流体惯性力引起的压降漏失,研究全金属螺杆泵漏失计算通式,在对模型进行验证的基础上,分析漏失模型的影响因素,结果表明全金属螺杆泵漏失量主要受泵本身结构参数和泵送流体密度的影响,其中间隙高度为影响漏失的主要因素。     

电潜泵-气举组合接力举升工艺研究

针对单项人工举升工艺不能满足的深抽问题,从举升工艺原理与工艺管柱结构角度,提出了多种可能的组合举升方案以及组合原则。鉴于气举的独特优点,深井泵与气举的组合,尤其是电潜泵(ESP)与气举(GL)的组合具有突出优点,适合大排量深抽。对ESP-GL的举升管柱结构型式进行了探讨,提出了利用小直径油管与气举阀直接连接代替常规环空气举的实施方案,避免了环空直接气举对动液面深度和下部深井泵的影响,为其他举升工艺与气举的组合创造了条件。利用提出的ESP-GL组合设计方法所开展的设计计算表明,在电潜泵排量和举升压头不变的条件下,气举组合接力举升后可使电泵的下泵深度达到6 000 m以上,为深层油气藏的大排量举升提供了技术手段;而在ESP下泵深度不变的条件下,气举组合后有助于提高其产量。     

井下抽油泵运动副合理尺寸的选用

以流体动力学为基础，根据从柱塞－泵筒运动副在井底流场下的变形、柱塞－泵筒运动副的流体润滑特性、漏失特性和柱塞泵筒运动副的能耗特性，研究了柱塞－泵筒运动几何尺寸的合理选取方法和选取公式．结果表明，运动副在液压力作用下呈“Ｖ”字形，应注意防砂和排砂．下井后运动副的间隙值会有较大改变，地面试验的间隙值只能作为参考，同时应改进现有抽油泵试验台的模拟条件．柱塞的有效长度、柱塞－泵筒相对运动速度和柱塞－泵筒初始间隙是相互关联的三个因素，选取时应综合考虑井深、抽汲液粘度、井温、排量、加工成本和工作可靠性等影响，以取得较好的经济技术指标．     

失返性漏失井环空动液面计算方法

漏失是目前钻井工程中经常遇见的复杂情况,其中恶性失返漏失最为严重。准确确定漏层位置对防漏及堵漏作业十分重要,但是在堵漏过程中却时常出现在知晓漏失层位及静液面的前提下堵漏成功率不高的现象,其主要原因为没有考虑恶性失返漏失时井筒中动、静态液面的差距,导致堵漏不成功。目前工程人员大多在停泵后采用电法或声纳等方法测量漏失静态页面,缺少准确确定钻井过程中漏失动态液面的方法。从钻井工程水力学角度出发,提出了基于钻井立压的漏失动态液面计算方法。能够确定钻井过程中失返漏失动态液面的位置,从而可以为堵漏作业中堵漏浆上界面位置设计提供重要依据,防止堵漏作业结束后上界面位置低于预期而导致堵漏作业失败情况的发生。     

天然裂缝性地层钻井液漏失规律研究

天然裂缝性地层钻井中经常发生钻井液漏失,明确漏失规律对防漏堵漏十分重要。采用赫巴模式来描述钻井 液的流变性,建立了一维无限长裂缝地层中的钻井液漏失模型,研究了正压差、裂缝宽度、钻井液流变参数对漏失速率 及最终漏失量的影响。研究表明,赫巴模式钻井液的漏失速率曲线在双对数坐标下具有典型的3 段式特征,第一段和 第三段为直线,中间段为弧形;漏失速率随着压差和裂缝宽度的增加而非线性增加,随着稠度系数、流型指数和动切力 的增加而减小,但与裂缝宽度已不符合立方定律关系;最终漏失量随着压差、裂缝宽度平方的增加线性增加,随着动切 力增加线性减小,随着流型指数的增加非线性减小,而与稠度系数无关。研究对认清漏失规律及采取合理的防漏堵漏 措施具有参考意义。     

柱塞排水采气工艺适应性判别方法实验及理论研究

为了明确柱塞气举工艺选井的压力条件以及建立更为准确有效的工艺可行性判别方法,利用U形管原理对实际柱塞工艺井的井筒结构进行简化,建立了柱塞在井底和井口位置的状态模型,得出了工艺可行性判别图版。通过柱塞气举实验和现场实际生产数据对模型的准确性进行验证,实验数据验证准确率为87.5%,现场实际数据验证准确率为80%,准确度较高。研究结果表明：本文所建立的模型可判断柱塞在井筒中是否可以运行至井口将液体带出,因此,既可以用于柱塞工艺可行性判别条件之一,也可以作为已经实施了柱塞工艺气井的废弃指标,同时,在模型的实际应用中,依据实际井况建立的判别图版可简便快速的获取判断结果。     

柱塞泵中柱塞摩擦副泄漏流量的分析

考虑到柱塞密封长度的变化，对柱塞与缸孔间环形间隙流动流量公式进行修正，得出修正系数的计算公式，为柱塞泵（马达）容积效率的分析和计算提供了方便。     

对钻孔漏失的认识及常规堵漏工艺的探讨

本文针对复杂地层钻进中不同的漏失难题,再结合常规钻孔漏失种类的漏失通道大小形状及循环冲洗液液力差的分析,细分漏失钻孔类型,通过钻孔内冲洗液漏失的留置状态加以判别,选择经济堵漏材料,对不同分类漏失钻孔进行了堵漏工艺的探讨。     

井下掺液抽稠油泵研究

通过对常规泵进行串联、改造 ,研制出了井下掺液抽稠油泵。对泵结构的可行性进行了论证 ,阐述了泵的工作原理 ,并对泵的工作参数进行了分析。该泵是通过从油管掺入液、从油套环空产出液 ,在上冲程时吸入产出液 ,在下冲程时举升混合液 ,从而实现了在柱塞下方掺液 ,避免了出现砂磨柱塞的现象 ,减少了稠油对柱塞运动的阻力 ,克服了泵上掺液不能降低进泵原油粘度的缺点 ,解决了在井筒降粘和稠油抽汲中存在的问题。该泵使用了连动式凡尔与弹簧 ,保证了底阀与顶阀打开与关闭的同步性 ,能够达到吸入产出液、加入掺入液以及举升混合液同时进行的目的。该泵的设计原理可行 ,工艺容易实现 ,是一种理想的新型抽稠油泵。     

吐哈油田气举采油适应性分析

气举是人为地将高压气体从地面注入到油井中,依靠气体的能量将井中原油举升到地面的人工举升方法,如气举完井工艺优化设计技术、气举完井管柱配套技术、气举阀投捞技术、气举井测试及工况诊断技术、气举系统优化技术.在实践中,针对吐哈两个油田(鄯善油田、丘陵油田)的应用实际,从采油方式、油管尺寸、井口回压、气举阀工作参数、完井管柱、气举阀投捞技术、气举测试等具体问题解决中,对气举采油的适应性进行了分析研究,形成了适合吐哈油田的气举采油配套技术和配套工具系列,从而部分解决吐哈油田气举采油中适应性问题.     

煤层气同心管气举排水工艺参数的确定方法

煤层气井在产气之前需要进行排水降压作业,同心管气举通过在生产油管中加入小油管,可以为气举提供注气通道的同时,又不影响油套环空作为气井的产气通道。结合固相颗粒在垂直气液两相流中的运移模型,给出了同心管气举条件下,不同粒径煤粉颗粒排出井筒所需要的气液流速条件。通过同心管环空气液两相流压力计算,给出了同心管气举阀安装位置的设计方法,并结合煤层气井排采过程中煤层气井的生产动态特征,给出了注气量的确定方法。对同心管气举排水工艺进行了现场试验,分析了试验气井的实际排采曲线,证明同心管气举排水工艺的可行性,以及气举参数设计的合理性。通过计算排采阶段同心管的气举效率,表明该工艺在整个试验阶段可以保持较高的举升效率。根据煤粉排出的临界条件,判断以及预测煤粉在井底沉积的可能性和时间。     

浅析大牛地气田柱塞气举排水采气工作制度优化

大牛地气田东区气井产水量相对较高,华北分公司在该区对8口气井进行了PCS柱塞气举的应用,很好地解决了气井的排水问题.对试验气井周期进站压力和流量进行了分析,结合气井总体生产情况,完成了柱塞气举工作制度优化.     

故障工况下有杆泵采油系统运行特性及示功图研究

根据井液进出泵筒速度及泵筒内井液压力变化规律分别建立正常工况、气体影响、漏失影响和供液不足等工况下的泵阀运行特性模型,并与杆管液动力学模型进行耦合,形成故障工况下有杆泵采油系统的仿真模型及对故障工况下的有杆泵采油系统运动特性的仿真分析。结果表明:仿真结果与现场实测地面示功图具有良好的一致性且预测产液量平均误差低于6%,验证了故障仿真模型的准确性;碳纤维混合杆柱相对于钢杆采油系统示功图载荷绝对值较小,加载和卸载线较长,谐波个数较少且平滑;气体影响、游动阀漏失会减小加载完成时抽油杆柱的谐振,供液不足、气体影响和固定阀漏失会加剧卸载完成时抽油杆柱的谐振;基于该故障仿真模型可获得碳纤维抽油杆等新型抽油杆故障工况下的示功图图库。     

岩溶峰丛洼地水土漏失过程、机理及综合防治研究进展

开展岩溶峰丛洼地水土漏失的理论研究,为岩溶地区石漠化综合治理和生态环境保护提供理论参考。从水土漏失概念、过程、特点、机理、研究方法及防治措施等方面,梳理了20世纪60年代以来岩溶地区水土漏失理论的研究进展,对未来水土漏失研究趋势进行了分析。认为今后岩溶区水土漏失研究应重点关注:1)地质环境、降雨、土壤理化性质及地下水动力条件等与水土漏失之间的相互作用; 2)水土漏失监测设备研发与方法创新,构建监测水土流失/漏失的综合体系; 3)对不同岩溶背景、地貌类型坡面-洼地-落水洞水土漏失的生物与工程协同阻控技术体系研究; 4)水土漏失强度等级划分及效益评价等方面的深入研究。     

水玻璃与氯化钙双液堵漏方法在社垌矿区的应用

钻孔漏失会给钻进工作带来诸多不利,解决方法不当既会影响工程进度,又会遭受经济损失,甚至会造成孔内事故。因此,及时发现钻孔漏失的原因及类型,找到合适的解决办法具有非常重要的现实意义。该文介绍了一种使用水玻璃与氯化钙双液堵漏方法,并对其堵漏原理及施工工艺进行阐述。根据社垌矿区十余个漏失钻孔的堵漏效果来看,该方法具有堵漏成功率高、施工简单、安全可靠、堵漏速度快的特点,非常适合推广应用于小裂隙漏失的钻孔。