水力喷射压裂孔内压力分布研究

水力喷射压裂工艺是集水力射孔和压裂一体的新型油田增产技术.在室内实验基础上,运用流体力学计算方法,对水力喷射压裂孔道内压力场进行计算,得到了井下水力射流在地层孔道内的压力及速度分布,揭示了喷嘴空间位置、喷嘴数量、孔道形状、喷嘴压降和喷嘴直径对孔道压力的影响规律结果表明:高速射流之间具有很强的独立性,喷嘴空间位置和喷嘴数...     

水力喷射压裂孔道内部增压机制

在室内试验基础上,结合计算流体力学方法,得到水力喷射压裂孔道内的压力分布,并对喷嘴压降、喷嘴直径、套管孔眼直径对孔道增压的影响进行分析.结果表明:在水力射流和套管孔眼密封的共同作用下,水力喷射产生的孔道内部存在增压现象,从而在套管压力低于地层起裂压力下压开地层;孔道压力随喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增加;套管孔眼起到的密封作用能够大幅提高孔道压力,对孔道的增压影响很大;水力喷射压裂技术应用于裸眼井时,孔道增压有限,需要提高套管压力才能压裂地层.     

超临界CO2喷射压裂射流密封机理

超临界CO2(SC-CO2)喷射压裂技术有望成为非常规油气资源的高效开发手段。为了探明其射流密封机理,开展了SC-CO2喷射压裂作业时环空、孔眼及裂缝中的流场数值模拟研究。结果表明：SC-CO2喷射压裂作业时SC-CO2射流在环空附近形成低压区,促使环空流体进入地层孔眼而不进入已压开裂缝中,从而实现射流密封；SC-CO2喷射压裂的射流密封效果与喷嘴压降和喷嘴直径正相关,与套管孔径和环空压力反相关,而受到SC-CO2流体温度的影响极小；在相同的模拟条件下,SC-CO2喷射压裂的射流密封效果强于水力喷射压裂。     

水力喷砂射孔与起裂大型物理模拟试验

采用油田现场使用的施工参数、喷射工具和施工设备,用与长庆油田长6地层对应的露头岩样制作靶件,模拟水力喷砂射孔与起裂的过程,进行大型物理模拟试验,并用专用工具解剖试验靶件。结果表明:喷砂射孔的完整孔形呈泪滴形,分为套管穿孔段、入口反溅段、水泥环缩径段和主体段4部分;起裂后的孔道末端还有一狭长的剑形通道;试验条件下,射流速度超过一定限度后会导致靶件起裂,表明射流速度提高可使孔内局部增压显著;起裂后射流顺裂缝方向冲刷形成剑形通道,使喷砂射孔通道成倍增长,有利于改善穿透效果;多个喷嘴射出的孔道保持各自独立的孔形,起裂后的裂缝可连通各个孔道,在试验条件下多个射流通道共同作用可引导近井地带裂缝的形成与扩展。     

水力喷射多级压裂井下工具磨损规律分析

水力喷射压裂是一种集射孔、压裂及水力封隔一体化的增产改造新方法井下工具(喷枪)作为保证该技术成功实施的关键因素之一其工作寿命直接关系到该技术的施工效果。把现场应用后部分存在磨损的喷枪剖开后分析了喷枪内部喷嘴周围及外表面磨损较严重的区域再利用数值方法模拟计算了喷射压裂时工具内部流场研究了井下工具内部流道附近易磨损区域形成原因。结果表明：返溅回来的磨料射流会对喷枪外表面形成返溅冲蚀下层喷嘴外表面受到返溅冲蚀伤害比上层喷嘴严重;在胶结较差的地层高速磨料射流可能进入地层并通过已有的射孔孔眼冲蚀喷枪或油管外表面;同一喷枪的内部上层喷嘴上缘和下层喷嘴下缘属于易磨损区域喷枪内部流场的数值模拟结果很好地解释了出现该现象的原因。因此研究该技术中使用的井下工具磨损规律对于改进工具结构、提高喷枪寿命和水力喷射压裂成功率具有实际参考价值。     

围压下磨料射流喷射套管及灰岩实验研究

在设计可承受围压的磨料射流喷射实验装置基础上,选取低孔低渗的石灰岩及套管试件,改变喷射压力、围压、喷嘴直径、喷射距离等因素,分析磨料射流切割套管及岩心的特性。结果表明,喷射压力、喷嘴直径等是影响磨料射流喷射效果的主要控制因素,喷射压力及喷嘴直径越大,喷射效果越好,射孔深度越深;射穿套管的时间对喷距及围压较为敏感,但岩样中的射孔深度对二者变化时的响应较小。     

水力喷射压裂用喷嘴结构分析

为提高水力压裂用喷嘴在喷砂压裂过程中的喷射性能，利用计算流体力学软件建立了喷嘴流场模型，分析了喷嘴直圆柱段长度、收缩角和喷嘴全长对水力喷射特性的影响。结果表明，随着喷嘴直圆柱段长度的增加，喷射流体速度增加，能量损失减小；收缩角较小的喷嘴喷射动能较大且能量损失较小；喷嘴总长越长，流体速度保持越好。在井底空间条件限制下，通过分析3种结构参数的变化对水力性能的影响，最终确定了最优喷嘴结构参数。     

后混式磨料射流清洗油管涂料的实验研究

通过对后混合式磨料射流清洗油管涂料的实验研究,得出了后混合式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率与喷嘴直径、喷距、喷射角以及颗粒直径的关系。后混式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率随喷嘴直径的增大而增大,喷距、喷射角和磨料颗粒直径最佳参数值分别为250 mm、90°和0.8 mm。     

岩盐水力压裂的实验研究

采用自制的ZH-1型等围压三轴水力压裂仪,对岩盐水力压裂中围压和轴压(水平地应力和铅直地应力)对破裂压力的影响规律进行了实验研究,得到了本文实验所用岩盐破裂压力与围压和轴压间呈线性关系的经验计算公式。     

脉冲射流喷嘴机理及水力特性研究

在对新型射流机理探讨的基础上,研究了脉冲射流喷嘴的机理和水力能量关系,得出了计算式.结果表明,脉冲喷嘴的瞬时高频射流所获能量是低频射流的2.558倍,是连续射流的1.438倍. 还得出了脉冲射流喷嘴的水马力和冲击力的计算式.为脉冲射流喷嘴的应用及进一步研究,提供了理论依据.     

自吸环空流体式自激振荡脉冲粒子射流调制机制分析

基于现有技术分析,提出利用环空水力能量在井下调制脉冲粒子射流用于硬地层钻井提速的技术设想。模拟分析所提出的自吸环空流体式自激振荡脉冲射流调制元件吸入环空粒子,并振荡加速形成脉冲粒子射流的机制。结果表明:随着围压、粒径、粒子密度和泵压的增大,粒子在自激振荡腔室内的停留时间逐渐缩短,运行轨迹趋于简化;粒子出口速度随着围压、粒径和泵压的增大而增大,随着粒子密度的增大呈先增大后减小的趋势,存在最优粒子密度。研究结果证实了井下调制式脉冲粒子射流钻井方法的原理可行,为实际钻井技术的发展提供了重要依据。     

液氮磨料射流流场特性及颗粒加速效果研究

采用计算流体力学方法,在考虑液氮物性变化以及液氮与磨料颗粒相互作用的基础上,模拟液氮磨料射流流场,并分析液氮射流对磨料颗粒的加速效果。结果表明:在相同喷嘴压降下,液氮磨料射流不仅具有比磨料水射流更高的射流速度和颗粒速度,而且能够在壁面上产生与水射流相当的射流冲击效果;液氮射流能够对颗粒产生较好的加速效果,最大颗粒速度随着喷嘴压降和喷嘴直径的增加而增大,随着颗粒直径的增加而降低;围压和颗粒初始速度对最大颗粒速度影响极小,在工程应用中可以忽略不计。     

真空喷射射流流场的Fluent模拟分析

为了对真空射流流场进行研究,应用Fluent软件并基于VOF(volume of fluid)方法、k-ε标准湍模型及PISO算法,对不同喷口直径及入射压力的直射式锥型流道喷嘴的射流流场速度和湍流运动分布进行了数值模拟分析.结果表明:1)入口压力相同,喷嘴直径越大,射流与周围介质间的速度梯度越大,可促进射流的扩散和液滴破碎后的尺寸均匀分布;2)喷嘴直径一定,入口压力在10~15 MPa内,射流湍流强度分布达到最佳状态,射流流场较好;3)如果不考虑材料的溶解性,相对于三氯甲烷和四氯化碳,丙酮作为溶剂时的液体喷射雾化效果较好,适于制备质量较好的高分子薄膜.     

水能切割废钢喷嘴的设计与实验研究

喷嘴是水射流切割系统的关键元件，通过研究一级喷嘴直径、二级喷嘴直径、混合腔直径和喉管距、系统工作压力、磨料直径大小等对轴向射流速度的影响，为水切割喷嘴的优化设计奠定了基础，其结果可为高压水切割工具的设计提供参考依据。     

围压条件下井底环空循环吸入式粒子射流破岩试验

井底环空循环吸入式粒子射流钻井是解决硬地层破岩钻井效率低下的有效途径。采用所研制的井底围压试验装置,试验探索井底环空循环吸入式粒子射流破岩的规律。结果表明:随着围压的增大,粒子射流破岩效率逐渐减小;随着射流压力、粒子直径和硬度的增大,粒子射流破岩效率逐渐增大;随着喷距和粒子质量分数的增大,射流破岩效率呈现先增大后减小的趋势;井底环空循环吸入式粒子射流高效破岩钻井方法确实可行。     

双股高速燃气射流在液体中扩展及相互作用的实验研究

设计了多级渐扩形和矩形观察室,借助高速录像系统研究了双股高速燃气流喷入液体中的扩展及相互作用过程.探讨了喷孔直径、喷孔间距、喷射气压等参数变化对射流扩展形态的影响.结果表明:渐扩结构中较大的渐扩尺寸比能抑制射流扩展过程中的不稳定性;喷射压力越大,射流轴向扩展速度越大,射流的不稳定性越强;和矩形结构相比,同样的工况下,渐扩结构射流轴向速度较小,径向速度较大.     

脉冲式增压器增压特性研究

由于深井、超深井数量的增加,传统机械式钻头破岩钻井已无法满足钻井效率需求。为此设计了脉冲式增压器用以提高深井、超深井钻井效率,降低钻井成本。基于所设计的增压器的结构和工作原理,考虑螺杆转速、高压喷嘴直径、钻井液密度和冲程等因素对增压效果的影响,建立数学模型。在此基础之上,考虑脉冲式增压器不发生自锁的条件,并分别分析转速、钻井液密度、高压喷嘴直径和冲程对增压频率、喷嘴流速和增压压力的影响。得到增压器各影响因素与增压特性之间的关系。旨在为设计的增压器提供理论支撑与优化依据。结论认为:高压喷嘴流速和增压压力随着螺杆转速、冲程的增大而增大,并且增压特性较好。随着高压喷嘴直径的增大出口流速和增压压力明显降低,增压能力明显变弱。随着钻井液密度增大,出口流速和增压压力稍微增大,其对增压特性影响不明显。喷嘴高压射流频率仅受转速影响,随着转速增大而增大。要想获得较好增压特性,螺杆转速应不低于100 r/min,活塞行程不低于25 mm,高压喷嘴直径不大于1.4 mm。     

旋涡管内的能量分离

改变旋涡管切向喷进速度以对旋涡管进行管内能量分离研究.结果表明旋涡管内能量分离效果主要取决于切向喷进速度.在亚声速区,分离效果与旋涡管喷嘴出进口压力比呈线性关系,且与喷嘴进口压力无关;最大能量分离效果发生在临界压力比附近,且受喷进压力影响,能量分离过程主要发生在旋涡管的前三分之一管段。还对最大能量分离效果进行了分析.