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水平井环空加砂压裂连续油管力学分析

水平井环空加砂压裂连续油管力学分析

作者：于建东北石油大学

学位级别：硕士

环空加砂、油管补入平衡液的连续油管环空加砂压裂技术解决了水力喷射压裂过程中喷嘴寿命低、施工排量小的缺点，为“缝网压裂技术”和“体积压裂技术”的实施提供了新途径。但是，连续油管环空加砂压裂技术目前存在以下问题：大排量注... 详细信息

环空加砂、油管补入平衡液的连续油管环空加砂压裂技术解决了水力喷射压裂过程中喷嘴寿命低、施工排量小的缺点，为“缝网压裂技术”和“体积压裂技术”的实施提供了新途径。但是，连续油管环空加砂压裂技术目前存在以下问题：大排量注入压裂液易引起井眼温度发生较大的改变，导致流体流动摩阻变化复杂，无法由地面压力真实地反映井底压力的变化;同时压裂过程中封隔器因承受较大的活塞力存在移动或拉断的可能性，直接影响压裂层位的准确定位和压裂施工安全。针对以上问题，本文进行了以下几方面的研究：（1）通过压裂过程中压裂液温度的准确计算，依据温度和含砂比对压裂液流动特性影响的实验结果，采用环空内压裂液流动摩阻分段计算方法，准确计算不同影响因素（不同排量、井深、压裂液密度）下压裂液的流动摩阻，并在此基础上制定环空加砂压裂过程中的环空及油管地面压力与井底压力的关系图版。（2）对环空加砂压裂过程中的连续油管进行力学分析，建立连续油管变形微分方程。并根据变形微分方程对连续油管屈曲进行判断，实现连续油管的井下状态的分析。建立环空加砂压裂过程中连续油管应力计算模型，并通过差分方法建立连续油管应力数值计算模型。（3）运用Ansys有限元软件对环空加砂压裂过程中封隔器胶筒与套管之间的接触应力进行数值模拟，得到不同节流压差作用下的封隔器胶筒锚定力。结合现场试验测试结果，建立不同喷嘴节流压差作用下的水力锚锚定力计算模型。（4）以环空加砂压裂过程中连续油管底端轴向力与锚定力相等为原则，建立压裂过程中保证封隔器不发生移动的连续油管临界注入排量计算模型。并以现场某口环空加砂压裂水平井为例，对该井的连续油管临界注入排量和应力进行计算分析。因此，环空加砂压裂过程中井底压力的准确计算，地面压力与井底压力的关系图版的建立，保证封隔器不发生移动的连续油管注入排量的确定以及通过应力分析进行的连续油管强度校核，对方便现场地面施工压力的选择，提高环空加砂压裂定点施工的准确性和确保压裂管柱施工的安全性均具有重要的意义。

关键词：环空加砂压裂连续油管临界排量管柱力学

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水力喷射环空加砂压裂工具提质研究与应用

采油工程 2020年第3期 13-19,78页

作者：陈佳丽大庆油田有限责任公司采油工程研究院

连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺集射孔、压裂等多功能于一体,是水平井开发的主体压裂技术之一。针对Y211底部封隔器、射孔枪、定位器、单流阀、平衡阀等核心及配套工具在多段压裂施工中性能需进一步提升的问题,开展了水力喷射环空加... 详细信息

连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺集射孔、压裂等多功能于一体,是水平井开发的主体压裂技术之一。针对Y211底部封隔器、射孔枪、定位器、单流阀、平衡阀等核心及配套工具在多段压裂施工中性能需进一步提升的问题,开展了水力喷射环空加砂压裂工具提质研究。通过理论分析和室内实验验证,设计了带肩部保护机构的复合密封胶筒,优化了卡瓦结构参数和材料,创建了"变堵为疏"防砂、排砂方法,研制了耐磨蚀性强的新型射孔枪。整体工艺达到承压80MPa、耐温150℃、单趟管柱压裂42段、施工排量16m3/min、加砂规模不受限的技术指标,已应用84口井972段,增油效果明显,可扩展在直井大规模压裂等领域应用。

关键词：水力喷砂射孔环空加砂压裂 Y211底部封隔器射孔枪提质增效

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带封隔器的环空加砂压裂管柱应力与变形计算

当代化工 2015年第7期44卷 1638-1641页

作者：吴景春张庚赵阳郑克华东北石油大学石油工程学院黑龙江大庆163318

对带封隔器的环空加砂压裂管柱在管柱自由下井、水力喷砂射孔和环空加砂压裂三种工况下的受力及变形进行了研究。建立了压裂管柱的受力模型,考虑了重力效应、温度效应、活塞效应、鼓胀效应及摩阻效应对压裂管柱的影响,分析了带封隔器的... 详细信息

对带封隔器的环空加砂压裂管柱在管柱自由下井、水力喷砂射孔和环空加砂压裂三种工况下的受力及变形进行了研究。建立了压裂管柱的受力模型,考虑了重力效应、温度效应、活塞效应、鼓胀效应及摩阻效应对压裂管柱的影响,分析了带封隔器的环空加砂压裂管柱在不同工况下的受力状况,计算了压裂管柱在不同工况下的变形量,从而为油田在环空加砂压裂过程中计算下入压裂管柱的长度提供理论依据。

关键词：封隔器环空加砂压裂管柱受力管柱变形

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大庆油田水力喷射压裂的产业化研究

油气井测试 2022年第3期31卷 39-44页

作者：马梓涵王金友张宏岩张春辉张晓川张妍中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院黑龙江大庆163453

连续油管水力喷射环空加砂压裂技术存在施工效率低、安全性差、成本高,无法形成完备的致密储层水平井压裂体系。从射孔控制技术、压裂控制技术、喷枪结构优化、工具生产和现场施工方式优化等方面进行研究,建立射孔排量、时间、压力三参... 详细信息

连续油管水力喷射环空加砂压裂技术存在施工效率低、安全性差、成本高,无法形成完备的致密储层水平井压裂体系。从射孔控制技术、压裂控制技术、喷枪结构优化、工具生产和现场施工方式优化等方面进行研究,建立射孔排量、时间、压力三参数施工图版,射孔效率提高1倍;形成施工排量与加砂浓度最佳匹配图版,压裂效率提高20%;研制耐反溅磨蚀喷枪,防返溅性能提升1倍。产业化应用后,现场应用161口井,压裂1863段,施工成功率100%,节约综合成本52%,施工效率提高2.3倍,为大庆油田外围低渗和致密储层的低成本高效率开发提供技术保障。

关键词：大庆油田水力喷射压裂环空加砂压裂水平井施工图版参数优化产业化高效开发

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振动工况下连续管的冲蚀磨损研究

材料保护 2020年第5期53卷 42-46页

作者：张益维郑华林肖启明吴光杰重庆三峡学院机械工程学院重庆404000 重庆市轻合金材料与加工工程技术研究中心重庆404000 西南石油大学机械工程学院四川成都610500 智能制造先导技术重庆市高校工程研究中心重庆404000

环空加砂压裂中,连续管在高压高速压裂液的作用下易发生振动,在振动工况下连续管又反作用于环空压裂液流态,使其外壁冲蚀磨损更为复杂、严重,目前对振动工况下连续管的冲蚀磨损研究不多。为此,基于液-固两相流、流固耦合和冲蚀理论,建... 详细信息

环空加砂压裂中,连续管在高压高速压裂液的作用下易发生振动,在振动工况下连续管又反作用于环空压裂液流态,使其外壁冲蚀磨损更为复杂、严重,目前对振动工况下连续管的冲蚀磨损研究不多。为此,基于液-固两相流、流固耦合和冲蚀理论,建立了振动工况下连续管外壁冲蚀磨损几何模型;采用Grant和Tabakoff模型求解砂砾冲蚀速率,借助试验数据验证了CFD数值模型;并利用该模型对连续管振动频率及振幅对其外壁冲蚀磨损影响进行了研究。结果显示:连续管从无振动到振动状态时,其冲蚀磨损剧烈增加。振动状态下,随振动频率的增加,冲蚀磨损出现减小趋势。随振幅增加,连续管外壁冲蚀磨损更为严重。

关键词：连续管振动液固两相流流固耦合冲蚀磨损环空加砂压裂

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连续管外壁冲蚀磨损规律

中国粉体技术 2016年第6期22卷 80-83页

作者：刘少胡张益维涂忆柳长江大学机械工程学院湖北荆州434023 西南石油大学机电工程学院四川成都610500

基于液-固两相流和冲蚀理论,建立环空携砂压裂液冲蚀磨损连续管外壁模型,采用Grant和Tabakoff模型求解砂砾冲蚀速率,并借助实验数据验证CFD数值模型;利用该模型研究弯曲连续管与直连续管、质量流量、砂砾粒度、压裂液注入排量及压裂液... 详细信息

基于液-固两相流和冲蚀理论,建立环空携砂压裂液冲蚀磨损连续管外壁模型,采用Grant和Tabakoff模型求解砂砾冲蚀速率,并借助实验数据验证CFD数值模型;利用该模型研究弯曲连续管与直连续管、质量流量、砂砾粒度、压裂液注入排量及压裂液黏度对连续管外壁冲蚀磨损规律影响。数值计算结果表明:弯曲连续管冲蚀磨损严重,且最大冲蚀磨损发生在弯曲连续管与套管形成的小间隙处;随质量流量的增加,连续管冲蚀磨损愈加严重;砂砾粒度对连续管外壁冲蚀磨损影响敏感;随着注入流量的增加,连续管外壁冲蚀磨损呈快速增长趋势;压裂液黏度的增加,最大冲蚀率呈现下降趋势。

关键词：连续管液固两相流冲蚀外壁环空加砂压裂

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连续油管体积压裂的关键工具研制及应用

连续油管体积压裂的关键工具研制及应用

作者：王澈东北石油大学

学位级别：硕士

连续油管体积压裂技术是水平井开发的主体压裂技术之一,可增加裂缝与储层接触体积,实现纵向多动用、横向高强度,提高特低渗透油层单井产量。同时该技术还具有施工效率高、安全环保及作业成本低等优点。论文针对该技术在大庆油田的应用现... 详细信息

连续油管体积压裂技术是水平井开发的主体压裂技术之一,可增加裂缝与储层接触体积,实现纵向多动用、横向高强度,提高特低渗透油层单井产量。同时该技术还具有施工效率高、安全环保及作业成本低等优点。论文针对该技术在大庆油田的应用现状,结合工艺管柱组成及技术特征,采用理论和实验方法,对关键工具结构进行设计和参数优选,以及材料和性能的改进,具体如下:针对适应于新井或老井的常规双封上提分段压裂工艺,在大排量、大砂量体积压裂中出现的工具磨蚀严重、发生断裂及压后管柱上提负荷过大等问题。对K344-110小直径封隔器钢体结构、滤砂与导压通道、内通道抗冲蚀性结构进行了设计和材质优选;采用有限元法,将胶筒易失效的肩部设计为圆弧过渡结构,应力集中降低了14%;采用实验方法,优选出了帘线角度为15°。采用计算流体动力学方法,优选出喷砂口形状为多孔结构,以及孔径、孔间距;采用分体设计原则,改进了导压通道结构。设计了水力锚密封及限位结构,改进了锚爪结构参数、材料和渗碳工艺,使水力锚内径由φ46mm增大至φ60mm。设计了油、套压差控制的压力可调机构,以及由中心阀板、扭簧等组成的双重密封结构,解决了油管防喷问题。经过这些工具改进和工艺完善,形成的连续油管双封上提压裂技术,已在大庆油田现场试验62口井546段,承压达80MPa、耐温120℃,为5 /″套管固井的新井或老井重复多级压裂提供了工作性能更加可靠的工具和技术。针对适应于新井的连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺,封隔器存在坐封控制难、易砂堵、解封难、胶筒易损坏等问题。设计了复合密封方式及其肩部保护机构的III型密封单胶筒,达到了20k N坐封力下承压80MPa、耐温150℃技术指标;采用有限元法,优选了卡瓦结构参数和材料。采用喷嘴内射流的数值仿真,优选了喷嘴入口曲线半径、直线段长度、出口直径以及喷嘴间距,改进喷枪外套连接结构、枪体与外套限位与固定方式,将整体盐炉淬火改为局部热处理工艺。采用圆台式金属凡尔密封与“L”型橡胶密封相结合,设计了单流阀结构;配套了高导流摩擦可调定位器、平衡阀、安全丢手装置、扶正器等工具。通过这些工具改进和配套,完善了连续油管体积压裂管柱和工艺,现场应用84口井972段,最高施工压力达到69MPa、排量16.5m/min,满足了低渗透致密储层5 /″套管固完井的新井高效体积压裂需要。本文研究成果提高了关键工具性能指标,促进了大庆油田连续油管体积压裂技术的进步,对国内其它压裂工艺技术的发展提供了借鉴作用。

关键词：连续油管双封上提压裂环空加砂压裂工具