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TCP分体式电磁博天堂app下载东西对真实负压值的影响研讨

前去列表公布日期:>2019-11-07 11:07:25    |    

     摘 要 TCP分体式电磁博天堂app下载工艺在渤海油田普及运用,但如今采取的TCP分体式电磁博天堂app下载东西从设计原理下敷衍了负压阀联通孔泄压延时性和点火棒在短油管内下落速率非瞬时性等标题,通常招致泄压未完成即触发点火,孕育发生的真实负压值小于设计值。为此,综合思量TCP分体式电磁博天堂app下载井卑劣体、东西等实际环境,创立了负压阀联通孔流体活动模型和点火棒下落速率模型,并对影响真实负压值的相关参数举行了分析,为负压值设计和现场谋略提供更准确的实践引导。

    油管运送射孔的基源头基本理是把每一口井所要射开的油气层的射孔(以下简称TCP)器全部勾搭在一同联接在油管柱的尾端,构成一个硬衔接的管串下入井中。为完要素体式电磁博天堂app下载,在引爆前使射孔井段
液柱压力低于地层压力,以掩护射开的油气层。渤海油田有数的TCP分体式电磁博天堂app下载东西串布局为钻杆、震击器、安全讨论、RTTS封隔器、钻杆、钻杆同位素、钻 杆、油管短节、流量阀、油管短节、压力开孔、油管短节、负压阀、油管短节、呆板压力点火头、射孔枪。

    分体式电磁博天堂app下载作业进程中,RTTS封隔器以下射孔管柱环空液体处于密闭和相对紧缩外形。点火时井口投点火棒,点火棒砸穿负压阀后环空紧缩液体颠末负压阀体上的4个联通孔向管内活动,构成泄压进程。传统 TCP 分体式电磁博天堂app下载工艺实践以为负压阀砸通瞬时完成泄压,点火棒延续下落撞击点火头引爆射孔枪,进而完成环空负压外形下的射孔。但实际RTTS封隔器以下环空紧缩液体很难短时间内完成泄压进程,有约莫出现泄压尚未完成即引爆射孔枪的环境,环空负压值未抵达设计值即创立了环空与地层的联通,进而招致真实射孔负压值小于设计负压值,惹起射孔孔道的洁净水平不佳,污染带厚度大,产量达不到配产要求等一系列标题。因此有必要对负压阀联通孔处流体泄压压力改造与时间的对应干系,以及点火棒在砸穿负压阀至撞击呆板压力点火头这段区间内下落速率与时间干系举行相关分析和研讨。

    1 数学模型创立
    1.1 基本假定
    ①负压阀小孔开启要领为瞬时全开;②敷衍泄压瞬时流体摩阻和压力颠簸;③负压阀联通孔处泄压时流体流态为紊流;④射孔液、完井液餍足牛顿内摩擦定律;⑤井筒温度取同深度地层温度;⑥敷衍射孔管柱讨论内壁处附加摩阻系数。

    1.2 负压阀联通孔流体活动模型
    1.2.1 射孔段井液紧缩系数
    液体的紧缩系数定义为单位体积液体体积随压力的改造率。在差异的温度、压力下,其数值差异。确定液体紧缩系数有图版法和阅历公式法 2 种,为方便谋略采取阅历公式法。由于射孔时井内液体为完井液和射孔液,其液体性子与地层流体类似,这里采取地层水的紧缩系数公式[1]谋略环空液体紧缩量。
 
    式中 T 为地层温度,℃;P 为地层压力,MPa;Rsw为自然气在水中的溶解度,m3/m3 。

    1.2.2 负压阀泄压进程各参数模型公式
    负压阀上联通孔直径通常为25 mm ,厚度一样伟大不大于5 mm。负压阀砸通后,环空液体颠末联通孔进入管内,液体具有一定流速,能构成射流,孔口边沿厚度的改造对液体出流不孕育发生影响,出流水股外貌与孔壁可视为环线打仗,且孔厚度与孔径之比(长径比) ≤0.5,因此负压阀联通孔可视为薄壁孔口。流体出流后,水股先紧缩后疏散,餍足薄壁孔口淹没出流条件。

    将负压阀联通孔的泄压泄流标题归为薄壁小孔卑劣体淹没出流标题,单个薄壁小孔流量公式为:
 
    C1为薄壁小孔淹没出流的流量系数,可由实行测得。在雷诺数较大的环境下[2- 3],该系数取值为0.60~0.61。

   随着负压阀联通孔翻开,管外环空液体向管内活动,此时联通孔表里压差为:
    负压阀位置管内压力:
 
    井筒环空液体的瞬时压力即为射孔枪点火时的真实压力,在环空泄压进程当中触发点火时的真实负压值这里定义为当量负压值:
 
    式中:S1为负压阀小孔面积,m3;C1为活动系数;ΔP为小孔表里压差,MPa;ρw为井液密度,g/cm3;h为环空压力当量高度,m;L为管内液柱垂直长度,m;k为环空液体瞬时紧缩系数,无因次;V1为管外环空总体积,m3;V2 为累计小孔颠末体积,m3;h2为负压阀小孔位置垂深,m;h3为负压阀小孔与油层中部垂距,m; g为重力加快度,m/s2;Pa为设计负压值,MPa;R为钻杆内径,m;Pd为负压阀外环空压力,MPa;Pc为负压阀位置管内压力,MPa;PZ为当量负压值,MPa。

    1.3 点火棒下落速率模型
    1.3.1 模型公式推导
    井口投棒后,点火棒在钻杆和油管内下落的中前期处于类似匀速活动。对点火棒匀速下落进程举行受力分析,谋略砸通负压阀到撞击点火头进程中的下落速率。

    点火棒匀速下落进程紧张受重力G、浮力Ff、滑动摩擦阻力f、管壁支持力N、流体黏滞阻力FN和压差阻力FΔ作用,受力平衡如图1所示。
 
    点火棒下落进程中,其外貌受流体黏滞阻力的作用。由于完井液、射孔液为低分子化合物溶液,其流体性子接近净水,剪切应力与剪切速率之间的干系餍足牛顿内摩擦定律[4],则黏滞阻力为:
 

    流体颠末点火棒本体发生附面层的疏散,孕育发生旋涡并斲丧呆板能,在棒上下两端构成压力差,从而孕育发生压力差阻力,依据修正牛顿—雷廷格阻力公式[5-6]可以得:
 

    渤海油田井型多为定向井,点火棒在下落进程中紧贴射孔管柱内壁,受摩擦力作用:
 
    式中:μ为动力黏度,Pa·s ;R0为钻杆内半径,m;Ri为点火棒半径,m;u为流速,m/s;L为点火棒长度, m;C为扰流阻力系数,无量纲;λ为滑动摩擦系数,无量纲。

    1.3.2 模型公式验证
    以渤海油田某口完井施工数据为例,钻杆内半径 R0=0.035 1 m,点火棒半径 Ri=0.016 m,点火棒长度L=2.656 m,点火棒质料密度ρm=8 900 kg/m3,重力加快度g=9.81 m/s2,斜井段平均井斜角α=43°,井液动力黏度μ=1.01×10-3Pa·s,钻杆内壁与点火棒间滑动摩擦系数λ=0.15,扰流阻力系数C=0.44~0.50。射孔管柱点火头顶部斜深3 019 m。
    将以上数据区分代入公式(15)中,求得点火棒中缀匀速下落速率为 17.54 m/s。点火棒实际下落用时3 min 25 s,实际下落速率为20.82 m/s。模型谋略结果与实际数值方向为15.75%。

    2 实例谋略
    颠末创立的数学谋略模型模拟实际完井射孔作业中井底真实负压环境。以渤海油田某区块一口177.8 mm尾管射孔井为例,人工井底3 480.79 m;负压阀垂深2 617 m,RTTS斜深2 507.90 m,设计负压值 9.21 MPa,射孔枪长 175.70 m,RTTS 封隔器以下油管长度19.71 m,枪底至人工井底深度84.67 m, 88.9 mm钻杆斜深范围2 510.09~3 202.90 m,177.8 mm尾管挂顶深2 573.77m,244.5mm套管内容积38.19L/m,177.8 mm 尾管内容积 19.38 L/m,88.9 mm 钻杆与244.5 mm 套管环容 31.7 L/m,88.9 mm 钻杆与 177.8mm套管环容12.9 L/m,177.8 mm套管与射孔枪环容9.12 L/m,负压阀小孔直径 24 mm,负压阀段井斜41°,短油管长度9 m。

    模拟点火棒砸穿负压阀瞬时,管表里创立联通,负压阀管内压力、负压阀管外环空压力及负压阀表里压差,如图2所示。
 
    图2可以看出,负压阀联通孔砸通后,实践上环空压力由26.4 MPa冉冉飞扬至17.4 MPa。由于液体进入量较小,液柱高度革新不大,管柱内压力细微高涨。管表里压差在 0.8 s 内由 9.21 MPa 降至 0MPa,即负压阀联通孔在给定条件下需要0.8 s时间完玉成部泄压进程。

    随着管外环空液体向管内补充,环空与地层压力差值即实际负压值也冉冉接近设计负压值。点火棒砸穿负压阀至撞击点火头进程中,负压值改造如图3所示。
 
    点火棒下落速率为17.92 m/s,砸穿负压阀至撞击呆板压力点火头行程时间为0.50 s,即在0.50 s时 刻,触发射孔枪点火。此时负压阀泄压还未完成,真实负压值为7.70 MPa,小于设计值9.21 MPa,要抵达设计负压值还需要0.3 s再触发点火。 3 模型分析给定参数条件,人工井底2 500 m;负压阀垂深2 100 m,RTTS 斜深 2 000 m,设计负压值 7 MPa,射孔枪长 280 m,RTTS 以下油管长度 50 m,枪底至人工井底深度30 m,套管内容积39.55 L/m,套管与油管环容35.34 L/m,套管与射孔枪环容14.67 L/m,负 压阀小孔直径24 mm,钻杆内径121 mm。钻杆内半径0.035 m,点火棒半径0.016 m,点火棒长度2.656 m,点火棒质料密度8 900 kg/m3,重力加快度9.81 m/s2,井液动力黏度1.01×10-3Pa·s。

    投棒点火进程中,影响点火棒下落速率的最大不确定性要素为投棒井的井眼轨迹,尤其是负压阀上部相近井斜大小,因此找到井斜与点火棒中缀下落速率干系有利于分析点火棒从负压阀到点火头的活动时间,终极确定射开油层段真实负压值的大小。如图4所示,井斜越大点火棒中缀速率越小。
 
    当井斜、环空容积发生改造时,需要负压阀以下短油管最优劣度如表1所示。

    由短油管最优劣度与井斜、环空容积干系表可以看出,井斜越小环空容积越大,需要的短油管越长。渤海油田 TCP 分体式电磁博天堂app下载现场负压阀至点火头之间普遍采取的 3 根累计 9 m 长的短油管,很多条件下9 m长的短油管并不完全餍足现场分体式电磁博天堂app下载的要求,需要依据实际环境调停短油管长度以餍足射孔负压值的最低要求。比如,射孔管柱 RTTS 封隔器以下环空容积9 m3,负压阀相近井斜20°时,需要至少9.8 m 的短油管,才气餍足点火棒在短油管内下
 
    落时间不大于负压阀联通孔泄压时间的需求。渤海油田套管射孔多为 244.5 mm 套管射孔和177.8 mm尾管射孔,此中177.8 mm尾管射孔由于受井身结讨论射孔东西限定,其 RTTS 封隔器以下环空容积通常较大,现场大多运用的 3 根 9 m 短油管不餍足实际需求。

    4 结论
    1)渤海油田 TCP 分体式电磁博天堂app下载负压阀与点火头之间的短油管存在长度不敷征象,其在设计原理上无视了射孔段环空液体的紧缩性,招致约莫出现点火进程中环空泄压不及时,真实负压值达不到设计负压值等标题。

    2)颠末创立的数学模型,谋略分析了TCP分体式电磁博天堂app下载进程中局部压力改造、瞬时当量负压、点火棒下落时间等,并颠末一口井的实际数据模拟了各参数改造规律,验证了该口井射孔实践真实负压值未抵达设计值要求。

    3)如今渤海油田常用的负压阀至呆板压力点火头之间 3 根累计 9 m 长度的短油管,在很多环境下尤其是228.6 mm套管悬挂177.8 mm尾管射孔的井身布局,着实践谋略的发生负压值大多都不餍足
设计负压值要求,需依据每口井的实际井身布局、环空容积对短油管长度举行调停。

    4)综合思量 TCP 分体式电磁博天堂app下载工艺、东西的特点,颠末对数学模型的推导、分析和实例谋略,为渤海油田 TCP 分体式电磁博天堂app下载负压值设计和现场谋略提供更准确的实践引导。

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