钻井用浮箍结构冲蚀安全优化数值模拟研究

针对固井过程中套管用浮箍、浮鞋等附件频频发生失效事故,开展固井浮箍、浮鞋冲蚀优化的数值模拟研究。通过建立浮箍流场CFD有限元模型,定量模拟研究不同阀芯开度下含有固相颗粒的多相流对浮箍阀体的冲蚀速率,建立了冲蚀速率与固相颗粒含量、固相颗粒大小、阀芯开启度的关系曲线。结果表明:弹簧式浮箍在开启高度L大于或等于40mm,舌板式浮箍在阀板开启角度大于50°时,能使其冲蚀速率显著减小。     

油气田设备多相流冲蚀磨损主控因素研究进展

针对油气田开发过程中,大量设备/管道承受高压/高流速多相流体中固相颗粒的冲蚀磨损作用,易导致损伤失效情况,系统梳理了国内外对材料冲蚀磨损主控因素的研究成果,着重分析了金属材料力学特性、多相流体特性、固相颗粒特性和冲蚀磨损条件等4类因素对金属材料冲蚀速率的影响规律,指出了当前油气田设备多相流冲蚀磨损主控因素研究在分析方法方面仍存在不足,并为后续研究工况设置、实验装置使用方式提出了建议。     

竖直弯管中含固体颗粒分散泡状流冲蚀预测

目的研究竖直弯管在含固体颗粒分散泡状流下的冲蚀规律,探究管内气液分布、颗粒分布及三维冲蚀形貌之间的关系。方法提出基于VOF模型和DPM模型的瞬态冲蚀数值计算方法,利用Oka等人提出的冲蚀模型及Grant和Tabakoff提出的颗粒-壁面碰撞模型计算管壁冲蚀速率。结果基于VOF和DPM模型的CFD冲蚀计算结果与经验模型及简化CFD模型的计算结果相比,更接近实验值。分散泡状流中,固体颗粒大部分分散在液相中,管道不同截面处的含液率与颗粒粒含量相关性较大,下游直管段和弯头处固体颗粒的粒含量大于上游直管段。含固体颗粒弯管在分散泡状流作用下,冲蚀区域较大,冲蚀最严重位置出现在弯头出口处附近。结论含砂分散泡状流冲蚀条件下,竖直弯管冲蚀形貌与管内气液固分布直接相关,多相流冲蚀瞬态仿真方法可较准确计算气液固分布并预测管道冲蚀。     

压裂液向上迁移对浅层地下水环境的影响分析

深部流体迁移过程机理不清造成在水力压裂开发页岩气过程中,对于压裂液或深部地层卤水是否会从深部迁移至浅层而污染地下淡水资源这一问题仍存争议。深部压裂液向上迁移至浅层含水层,必须在自下而上的驱动力作用下经由渗透性能较好的通道才会在短时间内(10 a)发生。结合我国油气沉积盆地地质与水文地质背景,从地下流体渗流机理出发,分析了页岩气沉积盆地地层渗透率的特征及形成机理,建立了压裂液向上迁移的概念模型。结果表明:地形驱动力和超高压驱动力是携带流体向上迁移的固有驱动力,具有持久性但极限水力梯度为1;而页岩储层上覆地层的渗透率一般小于1×10~(-16) m~2,此时压裂液向上迁移速率小于1 cm/a;水力压裂过程不会改变天然状态下页岩储层上覆地层的渗透率与向上的水力梯度,但新生裂隙若贯通压裂区和导水断层或压裂液进入废弃油气井时,其会对浅层含水层造成污染;利用所建立的压裂液向上迁移的概念模型,对我国典型油气沉积盆地压裂液向上迁移的可能性进行分析发现,在水力压裂前后压裂液很难向上迁移并对浅层地下水造成污染。     

基于PCA-PSO-SVM模型的海底多相流管道内腐蚀速率预测

针对海底多相流管道内腐蚀速率的预测问题,首先对影响该种类型管道内腐蚀速率的相关因素进行了分析,对PCA算法、PSO算法和SVM算法分别进行了介绍,提出了可用于海底多相流管道内腐蚀速率预测的PCA-PSO-SVM组合模型,在此基础上使用PCA-PSO-SVM组合模型对44组海底多相流管道内腐蚀速率的影响因素和管道内腐蚀速率数据进行了学习训练,对10组数据进行了预测,并将该组合模型与PCA-GA-SVM模型、PCA-LS-SVM模型和PCA-CV-SVM模型3种预测模型的预测结果进行了对比,以验证所提方法的可靠性和可行性。结果表明:温度对海底多相流管道内腐蚀速率的影响相对较大,压力对其的影响相对较小;使用PCA-PSO-SVM组合模型对海底多相流管道内腐蚀速率预测的平均绝对误差仅为1.848%,模型训练时间仅为3.17 s,这两项数据均小于其他预测模型,表明针对海底多相流管道内腐蚀速率的预测问题,PCA-PSO-SVM组合模型具有可靠性和可行性。     

渤海某油田注水井筛管失效测试及原因分析

目的 对注水井防砂筛管失效进行原因分析,解决注水井防砂问题。方法 针对渤海某油田注水井的防砂筛管失效问题,打捞失效筛管,并对破损区取样,通过损伤部位宏观和微观形貌、关键区域EDS能谱成分测量及室内模拟测试与计算分析等手段,综合分析各部位的损伤特征及规律。结果 宏观和微观形貌分析结果表明,损伤区域呈现明显的冲蚀损坏特征,测试与计算结果得出损伤速率为1.299 mm/a,寿命预测约为0.35 a(4.2个月),与现场实际比较吻合。结论 地层砂在筛管外堆积,造成筛管堵塞,形成高压差,高速注入水冲击筛管外的堆积砂,形成含砂流体在筛管外表面附近区域的紊流,对筛管局部反向冲击形成含砂流体冲刷腐蚀,从而造成局部冲蚀破坏穿孔。为有效解决冲蚀损伤问题,建议后续采取砾石充填防砂方式。     

气液固多相流对法兰接缝处的腐蚀行为研究

目的揭示不同条件下法兰接缝处的腐蚀速率。方法基于流动动力学数值模拟软件,分析法兰接缝处的流场变化、不同因素的电化学腐蚀速率和冲刷腐蚀速率。结果在文中的研究条件下,随着接缝深度的增加,法兰接缝处的流速分布分为0～0.6 mm和0.6～5 mm两个阶段,在法兰接缝表面均存在明显的压力梯度层和温度梯度层。同时随着固体杂质质量流量的增大,法兰处腐蚀速率呈直线增大,当其质量流量大于4kg/s时,其腐蚀速率达到最大值;而含砂流体流速与腐蚀速率基本符合正态分布规律。结论对于气液固多相流条件下法兰处的腐蚀,主要是由于电化学腐蚀和冲刷腐蚀相互作用产生的,并且其冲刷腐蚀速率远远大于电化学腐蚀速率。     

中国油气井高压除砂器技术现状

油气井井口高压除砂器的作用是净化井底返排液中地层砂、压裂砂、岩屑等固相颗粒,保护下游设备免受冲蚀,从而延长下游设备的使用寿命。比较国内现有的几种油气井高压除砂器的结构、工作原理和特点,结果表明现有井口除砂器主要存在压力级别低、分离效率不稳定、依靠人工排砂劳动强度大等问题。针对问题提出了改变常规井口除砂器的技术措施和发展方向。建议中国应尽早着手研发使用于页岩气等非常规油气专用的井口除砂装置。     

考虑环空压力的生产套管CO2腐蚀速率预测

目的 预测考虑环空压力条件下不同产量、温度变化碳钢套管的腐蚀速率.方法 利用优化的经典半经验模型对碳钢套管的腐蚀速率进行预测.明确海洋环境碳钢套管CO2腐蚀的机理,找出海水中生产套管发生腐蚀的主要影响因素及腐蚀机理,通过CO2溶解度模型优化腐蚀速率预测模型,考虑温度、环空压力、产量等变化对腐蚀的影响规律,预测生产套管的...     

油气田压裂返排液治理技术研究现状

概述了压裂的目的、压裂液以及压裂返排液的来源和和水质特征。综述了近十年来絮凝沉降法、生物及生化法、高级氧化技术和Fe/C微电解组合工艺的水处理作用原理及其在压裂返排液治理中的应用进展。分析并指出了压裂返排液处理技术中存在的问题和今后的主要发展方向。     

页岩气压裂返排废水处理方法探讨

页岩气作为重要的非常规天然气资源,已成为全球油气资源勘探与开发的新亮点,但其特殊的钻采开发技术可能带来新的环境污染问题,尤其是在页岩气压裂作业过程中将产生大量压裂返排废水,这类废水中含有随着返排废水带出的地层地下水、废压裂液和钻屑等,具有高盐、高矿化度、高色度、含有毒有害物质、可生化性差和难处理的特点。为此,在查阅相关文献的基础上,对页岩气开发现状、页岩气压裂液体系、页岩气压裂返排废水处理现状以及高盐度难降解有机废水处理现状进行了总结和分析,并结合西南地区页岩气压裂返排废水的水质污染特征,提出了组合工艺是处理页岩气压裂返排废水的有效方法,同时应加强对页岩气压裂返排废水中有机污染物的降解历程、机理和反应动力学规律的研究。     

页岩油气低碳烃无水压裂液体系性能研究

滑溜水压裂液因为具有成本低的优势而在页岩气压裂中被广泛应用,但在水资源匮乏及运输困难的情况下,需要大量水源的页岩气滑溜水压裂液应用受到一定的制约,另外滑溜水压裂液对具有低孔低渗特点的页岩气储层污染严重。为解决传统页岩油气滑溜水压裂液可能带来污染与油基压裂液成本高的问题,首先合成烷基磷酸酯胶凝剂,同时采用混合烃(C_6-C_8)为基液,配合复合交联剂形成无水低碳烃压裂液体系,体系的基本配方为质量分数98%混合烃+0.70%胶凝剂+0.80%复合交联剂+0.50%破胶剂。体系性能评价表明:压裂液具有良好的抗温(60～100℃)、抗剪切(170 s~(-1),90 min)性能,而且破胶效果优良(小于2 mPa·s)     

填埋场井筒效应及其对污染监测井监测效果的影响

构建了填埋场渗漏条件下,含水层-监测井系统水流和污染物运移的代表性概念模型.利用等效渗透系数法描述双重介质系统中的水流运动和水头分布,而多孔介质溶质运移的ADE方程和管流的一维溶质运移方程被分别用来模拟污染物在含水层和井孔中的迁移和分布,最终形成了描述渗滤液渗漏条件下监测井-含水层系统中污染物迁移分布的控制方程.基于Fortan平台,编制了该方程的有限差分求解程序,应用该程序模拟分析了填埋场渗漏条件下,地下水监测井内部及周边水流和溶质的运动、井筒存在对水流和溶质运移的影响.结果表明：井筒效应影响井孔周边的局部地下水流场和浓度场,导致井孔内下部区域污染物浓度增大,井筒外一定区域浓度减小;井筒效应的影响随着径距增加而减小,当径距大于2倍含水层厚度时,井筒效应导致的监测误差最大不超过20%.井径对井筒效应的影响较为复杂,并非单调增加.在本案例中,井径小于0.1m时,井筒效应随着井径增大而增大;反之,当井径大于0.1m后,井筒效应导致的监测误差随着井径增大而减小.含水层渗透系数和比单位弹性贮水系数越大,井筒效应的影响越小.因此具有强渗透性且孔隙度更大的卵、砾石含水层中,井筒效应的影响更小;而对于弱渗透性或中等渗透性的砂土、砂黏土含水层,井筒效应对监测效果的影响更大.     

机械活性物质环境条件对产品的影响及对策

介绍了机械活性物质环境条件中的砂尘环境和影响砂尘环境的因素;分析了砂尘环境对产品的主要影响,如造成产品冲蚀和磨损,降低电子产品的性能等;最后提出了对砂尘防护的几点对策.通过分析研究,旨在为相关企业提供理论依据和技术参考,便于在产品生产过程中,注意增强产品对环境的适应性,从而提高产品的质量.     

稠油热采井防砂筛管失效机理及完整性研究

目的防止热采井筛管损坏,延长热采井防砂有效期。方法基于有限元理论,分别针对基管和外保护套,开展热采井优质防砂筛管在不同热应力补偿器及其安放间隔条件下的完整性研究,并开展室内实验,探究筛管在腐蚀、冲蚀共同影响下的失效规律。结果目前现场所使用的热应力补偿器设计基本满足防砂筛管基管的力学完整性需求,但无法保证外保护套的力学完整性,无法避免筛管的热应力损坏,建议在热应力补偿器设计时应充分考虑外保护套的受力状态及变形情况。纯高流速流体冲刷对管材本体无破坏作用,却对冲蚀-腐蚀环境中腐蚀产物膜具有冲刷破坏作用,冲蚀-腐蚀迭加条件是筛管冲蚀损坏的主要因素。结论合理的热应力补偿器加放及筛管材质选择,有利于提高筛管完整性,延长防砂有效期。     

川西致密砂岩气藏水平井高效分段压裂技术及应用

针对川西致密砂岩气藏的地质特征,从如何建造高效复杂缝网的目标出发,建立了基于三种砂体分布特征的压裂模型。以最小阻隔层厚度划分渗流单元,基于单个渗流单元采用数值模拟手段精细优化裂缝条数及单条裂缝形态参数,形成了基于独立渗流单元的水平井精细分段压裂优化技术;在裂缝系统如何有效长期保持方面,建立支撑剂非连续铺置的评价方法,形成了便捷、低成本的脉冲纤维加砂压裂工艺,同时通过实验评价储层伤害,建立起一套防膨降水锁压裂液体系,降低了天然气从基质向裂缝的流动阻力,使人工裂缝参数与砂体展布、储层渗流能力相匹配。现场应用效果较好,对国内外难动致密砂岩气藏的有效开发具有借鉴意义。     

哈法亚油田注水井管材腐蚀规律研究

目的合理地进行井筒选材和更好地开展防腐工作。方法通过高压釜模拟哈法亚油田注水井腐蚀介质环境,研究温度、压力和pH对注水井油管L80钢腐蚀规律的影响。结果随着实验温度的升高,L80钢表面腐蚀产物越来越疏松,腐蚀速率增大;随着注水压力的升高,腐蚀速率增大,局部腐蚀逐渐增强;随着pH的升高,L80的腐蚀速率有所降低,主要发生全面腐蚀;腐蚀产物主要为铁的氧化物和CaCO_3。结论该研究为井筒选材和防腐工作提供一定的技术支持。     

VES压裂液中表面活性剂对煤基质的伤害性研究

VES压裂液具有配制简单、携砂能力好、破胶彻底等优点,但其中的阳离子表面活性剂易在煤层基质表面发生吸附滞留。本文通过对煤基质接触后的VES压裂液中的表面活性剂残留的分析,得到了表面活性剂在煤粉表面的吸附等温曲线,可以通过这种方法来评价VES压裂液在煤层气开采过程中的地层伤害性。采用紫外分光光度法分析VES压裂液中的十六基三甲基溴化铵,它在煤粉表面的饱和吸附量为16.32 mg/g;使用两相滴定法分析VES压裂液中的十二烷基三甲基溴化铵,它在煤粉表面的饱和吸附量约为13.24mg/g。实验表明,不同的表面活性剂采用不同的分析测定方法更准确。     

南海高温高压含CO2气井管柱腐蚀适用性评价

目的 明确南海高温高压含CO2气井管柱材料腐蚀适用性,指导现场管柱材料选择.方法 采用高温高压釜腐蚀实验仪器对井筒高温高压环境条件下不同材料腐蚀速率进行实验分析,并采用扫描电镜及能谱分析仪对腐蚀实验后试样腐蚀形貌进行分析,评价不同井筒环境下管柱材料腐蚀适用性.结果 150℃条件下,材料腐蚀速率随分压的增加而增大,同时随...     

复合催化氧化技术对油气田压裂返排液的处理研究

酸化压裂作业废水是石油天然气生产过程中的主要污染源,它的污染成份复杂,有害物质浓度高,特别是含有胍胶和表面活性剂等高分子物质,具有高COD、高稳定度、高粘度的特点.本文通过对压裂液的来源、水质特征、治理现状等常用方法的分析,确定了物理化学脱稳,过滤、O3/H2O2复合催化氧化、深度氧化的达标治理工艺路线.经过处理后的压裂液澄清透明,达到国家二级排放标准(GB8978-96).