水力切割技术报告
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水力割缝工艺技术水力喷砂割缝技术是采用含砂的高压水流通过井下割缝工具后,形成高速射流,在水流和磨料高速冲击下,将套管及周围岩层沿轴向切开,最后在近井地带形成多对宽约20mm,缝高200mm,缝深1200mm,互成180°的长缝,并可根据储层厚度提升管柱切割多条裂缝,从而达到增加井筒周围地层渗透率、改善近井带的渗流阻力及增产增注的目的。
水力喷砂割缝是一项增产增注新技术,相对于常规射孔而言,其解决了射孔深度不足、射孔压实带及污染的问题,同时增加了渗流面积,相对水力压裂而言,其施工简单,成本较低,所产生的裂缝易于控制,同时增产增注效果明显。
水力喷砂割缝后,油水井井筒周围岩层的几何形态发生了巨大变化,打破了原来地层的平衡状态,近井带应力重新分布,形成一对相对较深的缝隙,在强大的地应力作用下,调整了原来的应力场:在裂缝的表面区域为拉应力区,而非压应力区,使压实带的岩层发生疏松并产生新的裂纹,影响半径达到1.5米以上,从而有效提高地层的渗透能力,增大地层的渗透率。
割缝后近井地层的应力将大幅度下降,仅为钻井后井周应力的15%—5%,且影响范围达3m之多,虽然是局部地区渗透率大于其它地区的渗透率,但生产井的产量仍能得到很大的提高。
另外,水力喷砂割缝技术是利用磨料水流的磨蚀作用,能够有效减少对套管及水泥环的冲击、破坏作用,避免了常规套管射孔完井对地层的伤害,是提高油气井产量的新技术,对水力割缝过程中套管强度的变化和地应力的重新分布情况、近井地带渗透率的变化进行了有限元分析,认为割缝后套管强度仍能满足生产的需要,不会产生严重破坏,水力喷砂割缝增产增注机理,主要体现在以下几个方面:(1)清除油水井井壁泥浆污染。
通过水力喷砂割缝,在油水井筒附近割开缝,解除了由于钻井过程中泥浆侵入带来的污染,从而解除堵塞达到增产增注的目的;(2)解除密实圈,提高近井带渗透率。
钻完井后,在地应力的作用下,井筒附近形成应力集中区,其厚度大于油井直径,该区域内应力水平是远场的2.5 ~3倍,由于高主应力的作用,围岩被压实,形成密实圈,渗透率远低于远场渗透率。
水切割实习报告1. 实习背景和目的本次水切割实习是为了进一步了解水切割技术的原理、工艺和应用,提升自己在切割加工领域的实际操作能力。
通过实习,我希望能够掌握水切割的基本原理和操作技巧,了解其在不同行业中的应用情况,并且能够通过实际操作提高自己的工作能力。
2. 实习过程在实习开始前,我首先进行了水切割基础理论的学习和了解,包括水切割的原理、设备结构和工艺流程等方面的知识。
通过学习,我了解到水切割是利用高压水流将工件切割成所需形状的加工方法,其主要优势是不会产生热变形、不会产生切削应力以及可以切割多种材料等。
在实习过程中,我先是通过观察和调试水切割设备的工作状态,了解各个部件的功能和工作原理。
随后,我跟随着经验丰富的工作人员进行实际操作。
在实际操作中,我学会了调整水切割设备的参数,包括水压、切割速度和喷嘴角度等,以获得最佳的切割效果。
此外,我还学习到了如何安全操作水切割设备,包括穿戴防护装备、正确使用手柄和急停按钮等。
3. 实习收获通过本次实习,我收获了以下几点:3.1. 水切割原理和工艺的理解通过学习和实际操作,我对水切割的原理和工艺有了更深入的理解。
我了解到水切割是通过高压水流与切削材料的相互作用,将材料切割成所需形状。
同时,我也学会了调整水切割设备的参数,以获得更好的切割效果。
3.2. 切割材料的选择和处理在实际操作中,我学习到了不同材料的切割要点和特点。
不同材料在切割过程中会有不同的切削特性,如金属材料需要考虑切削速度、压力和喷嘴角度等因素,而石材等非金属材料则需要更加精细的切割工艺。
3.3. 安全操作和风险防控意识在实习过程中,我养成了安全操作的习惯。
穿戴好防护装备,正确使用设备的手柄和急停按钮,严格按照操作规程进行操作,以保证自身的安全和设备的正常运行。
同时,我也培养了对风险的防控意识,时刻关注周围环境的安全状况,并及时采取相应的措施进行应对。
4. 实习总结本次水切割实习使我对水切割技术有了更深入的了解。
水切割工艺技术水切割工艺技术是一种利用高速水流进行切割的加工方法,它采用高压泵将水压增加到4000-6000巴,然后通过专用的喷头将水流喷射到被加工材料上,利用水流的冲击力将材料切割成所需形状。
下面将介绍水切割工艺技术的优势和应用领域。
首先,水切割工艺技术的切割效果非常好。
由于水切割过程中没有热量输入,所以能够避免材料的变形和氧化。
同时,水切割还能够实现高精度、高质量的切割,无论是简单的直线切割还是复杂的曲线切割,都可以轻松完成。
而且,水切割不会产生有毒气体和副产物,对环境没有污染。
其次,水切割技术具有广泛的适应性和灵活性。
无论是金属材料、非金属材料还是复合材料,水切割都能够进行有效的切割。
此外,水切割还可以切割各种硬度和厚度的材料,甚至可以切割一些传统加工方法难以切割的材料,如玻璃、石材、陶瓷等。
再次,水切割工艺技术的加工过程简单、安全。
在水切割过程中,操作者无需接触刀具,无需担心切割时的刀具磨损和损伤危险。
同时,由于水切割不产生火花和火焰,具有高度的安全性,适用于一些易燃易爆场所的加工。
最后,水切割工艺技术具有高效性和经济性。
水切割速度快,可以实现高效的生产。
而且,由于水切割不需要使用刀片和刀具的研磨和更换,因此可以减少生产成本。
此外,水切割还可以实现材料的最优利用,减少浪费。
应用方面,水切割工艺技术广泛应用于各个领域。
在建筑行业,水切割常被用于切割和加工各种石材、大理石、陶瓷砖等材料,以实现装饰效果。
在航空航天领域,水切割可以切割复杂形状的航空零部件,提高生产效率。
在汽车制造领域,水切割可以用于制造汽车车身零部件。
在电子产品制造领域,水切割可以切割各种电子板,满足产品尺寸和形状的要求。
总之,水切割工艺技术具有切割效果好、适应性广、操作简单、安全高效、经济性好等优势,在各个领域都有着广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和进步,相信水切割工艺技术将会越来越完善和成熟,为各个领域的加工提供更加高效、精确的解决方案。
水力切割技术在岩层工程中的应用研究首先,水力切割技术在岩层工程中的应用主要体现在两个方面:岩层预裂缝和岩石切割。
岩层预裂缝是指先在待切割的岩石表面开凿细小的裂缝,以提高后续切割的效果。
水力切割技术通过高压水射流对岩层进行预裂缝处理,能够使岩石的切割更加容易。
同时,水力切割技术也可以直接对岩石进行切割,可以切割各种硬度的岩石,包括砂岩、页岩、花岗岩等。
其次,水力切割技术在岩层工程中的应用研究主要涉及以下几个方面。
1.理论研究:通过数值模拟和实验研究,研究不同水射流参数对岩石切割效果的影响,以及岩层的裂缝扩展规律等。
这些研究有助于深入理解水力切割技术的作用机理,为优化工艺参数提供理论依据。
2.工艺参数优化:通过不断调整工艺参数,如水射流压力、流量、喷嘴类型和运动速度等,来优化水力切割技术的切割效果。
例如,提高水射流压力可以增加切割速度;调整喷嘴形状可以改善切割的均匀性等。
这些研究可以提高水力切割技术的效率和精度。
3.切割性能评价:通过实际工程中的切割试验,评价水力切割技术的切割性能。
包括切割速度、切割质量、切割表面的平整度等指标的评价。
这些研究可以为切割工艺的改进提供指导。
4.应用案例研究:通过对实际岩层工程中的水力切割应用进行案例研究,总结经验和教训,进一步完善水力切割技术的应用。
这些研究可以为其他工程提供参考,促进水力切割技术的推广和应用。
总之,水力切割技术在岩层工程中有着广泛的应用。
通过理论研究、工艺参数优化、切割性能评价和应用案例研究等方面的研究,可以不断提高水力切割技术的效率和精度,从而更好地满足岩层工程对于岩石切割的需求。
悬臂式数控水切割机腾飞数控水切割机由CNC数控切割平台,高压系统,CAD/CAM软件系统及切割头,高压水开关阀,控砂系统,磨料自动供应系统等构成的切割系统共同组成。
一、控制系统:1、选用国内最先进的数控系统,高亮度液晶显示器,随时切换进给倍率,可随时回退加工和暂停,实时加工图形跟踪显示,全封闭耐磨薄膜操作开关,外挂电子手轮可近距离的找正和对刀。
2、CNC可通过COM,USB接口和PC机或U盘进行通讯,并具有实时故障诊断功能3、拥有独立开发的国际先进的水刀自动编程CAD/CAM软件4、可与国际上许多图形设计,软件的格式相兼容,如ASC、IGS、DXF、DWG、STEP等5、独立供电为驱动器,CNC、PLC等关键部件提供独立的抗干扰电源,不会发生莫名其妙的事件,提高工作效率。
二、主要技术参数1、大型高精度数控金属切割水刀机,金属切割用工作平台:X向可达10000mm及以上;控制精度:±0.02mm,切削精度:±0.1mm,XY向运动速度:0-15M,最高压力:400mpa;2、NEWCAM软件实践证明,采用合适的CAD,CAM软件也能大国度提高水刀的切割效果,为此我们引进了先进的水刀专用CAM系统-NEWCAM,CAD模块具有模块化编程,在CAM模块中具有拐角自动减速,切断自动减速等优秀特性,通过在拐角处与切断点降低程序速度,解决水刀的滞后效应引起的拐角过切现象与程序结束点无法切割的情况,有效的提高辅助设计、切割效果的质量和效率。
三、数控机床1、悬臂式结构,可完成任意复杂平面曲线的切割。
2、用户可以从三个方向装卸零件,克服了龙门式机床装卸空间狭窄的缺点。
3、伺服驱动,配置台湾产滚珠丝杠、直线导轨,可实现无间隙运动,确保运行平稳,X方向采用的是直径为50MM的丝杠,确保整个机床的传动平稳。
四、数控系统1、系统所配备的PCIMC-6A水切割专用软件上海奈凯电子科技有限公司为腾飞水刀定制的。
水切割实习报告一、实习背景及目的近年来,随着科技的发展和工业生产技术的进步,水切割技术在金属加工、建筑材料、广告制作等领域得到了广泛的应用。
作为一名材料科学与工程专业的学生,为了提高自己的实践能力和理论联系实际的能力,我利用暑假期间在一家水切割加工公司进行了为期一个月的实习。
本次实习的主要目的是了解水切割的基本原理、设备操作流程及安全注意事项,并掌握一定的实际操作技能。
二、水切割基本原理及设备1.基本原理水切割,又称高压水射流切割,是利用高压水射流的动能对材料进行切割的一种加工方法。
其主要原理是将水加压至数百MPa,然后通过喷嘴形成高速水射流,在水射流的冲击下,被切割材料产生热效应、应力效应和液压效应,使材料分离。
2.设备水切割设备主要由水泵、压力容器、喷嘴、切割平台、控制系统等部分组成。
其中,水泵和压力容器用于产生高压水射流,喷嘴是高压水射流的出口,切割平台用于放置被切割材料,控制系统用于控制整个切割过程。
三、实习内容及过程1.实习前的培训实习开始前,公司对我们的安全培训,讲解了高压水射流切割过程中的安全注意事项,以及设备操作规程。
此外,还对我们进行了设备操作的培训,使我们对水切割设备有了初步的了解。
2.实习过程实习过程中,我们主要进行了以下几个方面的工作:(1)设备调试:学会了如何启动、停止设备,调整水泵、压力容器等参数,保证设备正常运行。
(2)材料切割:学会了如何调整喷嘴距离、切割速度等参数,以达到理想的切割效果。
(3)切割工艺优化:通过调整切割参数,研究不同材料、不同厚度下的切割工艺,提高了切割质量和效率。
(4)设备维护:学会了如何对设备进行日常维护和保养,保证设备长期稳定运行。
四、实习收获及体会通过本次实习,我对水切割技术有了更深入的了解,收获如下:1.掌握了水切割的基本原理和设备操作流程,具备了一定的实际操作能力。
2.了解了水切割技术在各个领域的应用,拓宽了我的视野。
3.学会了如何分析切割过程中出现的问题,并采取相应的解决措施。
水力切割技术研究报告第一章前言1.1 研究目的及意义针对延长油田初次衰竭开发,二次注水开发,采收率低于同类油田。
随着油田的开发,呈现问题越来越多,如油井单井产液量低,含水率高,长期开发过程中,砂粒运移至油井近井地带,造成渗流阻力增大,产量降低;水井吸水剖面不均匀,同层内注入水沿微裂缝或层理较为发育的部位向前推进,层间注入水沿渗透率较高的层推进,从而水驱波及范围小,并且由于注入水水质不达标,造成注水井近井地带污染或形成水垢,因此注水过程中,注入压力高,出现注不进去的现象,若提高注水压力,又容易使微裂缝开启,出现水窜。
本次研究主要在于解决以上油田开发中存在的注水采油问题,通过对水力切割技术的研究,以获得一项油水井增产增注的改造技术,调整吸水剖面,提高注水效果,解除油井近井地带的污染、堵塞等问题,形成有利于油气水渗流的通道,降低渗流阻力,从而提高油井产液量。
水力切割技术,在国内最早始于辽宁工程技术大学与俄罗斯矿山学院合作,引进的一项增产改造技术,是在传统的水射流基础上,在水中加入少量磨料颗粒,通过泵车泵入井底,流体通过井下割缝工具后,形成高速射流,在水流和磨料高速冲击下,金属套管、水泥环和地层岩石由于受到巨大的打击力而破坏,同时作业过程中,割缝工具自行自上而下移动,穿透套管,最后在近井带形成一条宽约20mm,缝高200mm,缝深1200mm的缝,从而改善近井带的流体流动情况,达到增产增注的目的。
该项技术的研究在一定程度上,能够应对油田开发过程中出现的油水井注不进、采不出问题,为油田开发中保持稳产、提高采出程度提供了方法。
1.2 研究进展水力切割技术实际上是在纯水中加入磨料颗粒,形成固-液两相射流,由于加入的磨料颗粒量少,因此在形成射流过程中,磨料颗粒可以获得与水流相同的高速,而在相同的流速下,磨料颗粒对材料的打击力是纯水流的2.8倍,可以较快的切割开材料,因此采用磨料射流优于纯水射流对油水井的改造,水力切割施工结束后,可将套管、水泥环、岩层进行切开,并形成一定规模的缝。
装配式建筑的水切割施工技术研究随着人们对于建筑节能、环保和高效的要求不断提高,装配式建筑作为一种新兴的建筑形式逐渐受到关注。
其中,水切割技术作为一种重要的施工工艺,在装配式建筑中得到广泛应用。
本文将对装配式建筑的水切割施工技术进行研究,探讨其原理和应用,并分析其在实际工程中所面临的挑战。
一、水切割施工技术的原理及特点1. 水切割施工技术的原理水切割是利用超高压水流通过喷嘴产生的快速喷射力来切割各类材料。
通过将普通自来水经过压力增强设备提高到100-400MPa以上超高压状态后,再通过专用喷嘴进行喷射,使得高速流体产生巨大动能,从而实现对材料的切割。
2. 水切割施工技术的特点(1)非热作用:与传统火焰、等离子弧等热切割方法相比,水切割施工技术不会在切割过程中产生高温,避免了热变形、氧化等问题。
(2)环保节能:水切割使用的是普通自来水,无需添加任何化学药品,不产生有害气体和污染物,符合绿色环保要求。
(3)较高的精度和质量:水切割可以实现对各种材料的高精度切割,并且切割面光滑平整,无需后续加工。
(4)适应性强:水切割技术可以用于各类装配式建筑材料的切割,包括金属、混凝土、塑料、玻璃等。
二、装配式建筑中水切割技术的应用1. 组件制造装配式建筑的核心理念是将建筑过程工业化,在工厂内预制构件,并进行模块化组合。
而水切割技术正好能满足这一需求。
通过将不同材料进行精确的切割成特定形状和尺寸的构件,在工厂内进行批量生产。
如此一来,不仅提高了构件生产效率,还保证了构件的精度和质量。
2. 连接与拼装在装配式建筑的施工过程中,构件之间的连接和拼装是一项重要任务。
传统的焊接、螺栓连接等方式难以满足要求,而水切割技术可以通过切割出特定形状的槽口或孔洞来实现构件之间的精确衔接。
通过控制水切割喷嘴的运动轨迹和加工参数,可以实现构件的精准配合和连接。
3. 管道布局在装配式建筑中,管道系统是至关重要的一部分。
传统方法往往需要大量现场焊接和对材料进行加工,效率低下且易产生问题。
超高压水切割市场分析报告1.引言1.1 概述超高压水切割技术是一种利用高压水流对材料进行切割和加工的先进技术,其在工业领域有着广泛的应用。
本报告将对超高压水切割技术进行全面介绍,分析其在工业领域的应用情况,并对超高压水切割市场现状进行深入分析。
通过对市场的发展趋势、技术创新与发展以及市场前景的展望,旨在为行业内的相关企业和专业人士提供有益的参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应包括整篇文章的章节安排和重点内容概述。
具体来说,可以包括对各个章节的内容进行简要介绍和概括,以便读者对全文有整体的了解。
下面是文章结构部分的内容示例:文章结构:本报告主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分,将概述超高压水切割技术的概况、本文的组织结构、撰写此文的目的以及总结预测,为读者提供整体的框架。
接下来的正文部分将详细介绍超高压水切割技术的原理、在工业领域的应用情况以及市场现状分析。
最后,在结论部分我们将对市场发展趋势、技术创新与发展以及市场前景作出总结和展望。
通过本报告的结构安排,读者可以系统地了解超高压水切割技术的市场情况和未来发展趋势。
1.3 目的目的部分的内容应包括对本篇文章的写作目的进行说明。
在超高压水切割市场分析报告中,写作的目的是为读者提供对超高压水切割技术的全面介绍,并分析其在工业领域的应用和市场现状。
同时,也旨在探讨超高压水切割技术的市场发展趋势、技术创新与发展的影响,以及未来市场前景的展望。
通过本篇分析报告,读者可以对超高压水切割技术有更深入的了解,为相关行业的决策者提供市场决策和技术创新方面的参考。
1.4 总结总结通过本报告对超高压水切割市场进行了全面深入的分析和研究,我们可以得出以下几点结论:首先,超高压水切割技术作为一种高效、环保的切割加工工艺,将在工业领域发挥越来越重要的作用,特别是在金属、石材、玻璃等材料的加工领域。
其次,超高压水切割市场目前已经呈现出快速增长的趋势,尤其是在发达国家和地区的市场规模较大,但在一些新兴市场仍有较大的发展空间。
水力发电厂切割系统的自动化设计与实现水力发电是一种清洁、可持续的能源,取之不竭,用之不尽,而水力发电厂中的切割系统则是完成水轮机安装与维护的重要工具。
为了提高切割系统切割效率、降低操作难度、提高操作安全性,并为水力发电厂提供可靠的技术支撑,自动化设计与实现成为了必不可少的工作。
一、水力发电厂切割系统的自动化技术背景切割作业是水力发电厂常见的作业之一,其主要任务是切割设备,完成设备的拆除和安装,确保机组的正常运转。
在传统切割方式中,人工操作占主导地位,由于操作人员操作技能的不同,切割效率和操作安全性参差不齐,面临着严峻的挑战。
自动化技术的发展和应用,为解决这一问题提供了重大的支持。
自动化技术可以利用计算机、机械、电子仪器等技术手段,实现对切割过程的智能控制和优化管理。
自动化技术的应用可以提高作业效率和品质,降低工作成本,同时也可以保障操作人员的生命财产安全。
二、水力发电厂切割系统的自动化设计原则1. 智能化原则自动化设计的核心在于智能化。
切割系统应具有一定的智能性,能够自动判断切割部位和切割深度,并自动调节切割速度和切割力度。
同时,液压力和切割速度应是根据不同条件进行调整,以适应切割不同材质和厚度的设备。
2. 可编程原则切割系统应该具有可编程性,可以通过编程改变切割方案,实现多种切割工艺的自动实现。
操作人员只需要按照要求进行编程,即可完成切割工艺的自动执行,减少了人工干预的成本,提高了切割效率。
3. 安全性原则自动化设计必须具备安全性原则。
安全性是自动化设计的首要问题,在操作人员的安全方面,切割系统必须具备紧急停止功能,一旦发现安全隐患,立即进行停机处理。
同时,在操作过程中,切割系统应该具备操作记录、数据分析和自我检测等功能,保障设备的稳定运行。
三、水力发电厂切割系统的自动化实现1. 切割控制系统自动化的切割控制是切割系统的核心部分,控制系统主要包括主控制器、驱动器、交流伺服电机和控制器等。
电机采用交流伺服电机,在控制器的控制下,实现切割深度、速度和液压力的自动控制。
水力切割技术研究报告第一章前言1.1 研究目的及意义针对延长油田初次衰竭开发,二次注水开发,采收率低于同类油田。
随着油田的开发,呈现问题越来越多,如油井单井产液量低,含水率高,长期开发过程中,砂粒运移至油井近井地带,造成渗流阻力增大,产量降低;水井吸水剖面不均匀,同层内注入水沿微裂缝或层理较为发育的部位向前推进,层间注入水沿渗透率较高的层推进,从而水驱波及范围小,并且由于注入水水质不达标,造成注水井近井地带污染或形成水垢,因此注水过程中,注入压力高,出现注不进去的现象,若提高注水压力,又容易使微裂缝开启,出现水窜。
本次研究主要在于解决以上油田开发中存在的注水采油问题,通过对水力切割技术的研究,以获得一项油水井增产增注的改造技术,调整吸水剖面,提高注水效果,解除油井近井地带的污染、堵塞等问题,形成有利于油气水渗流的通道,降低渗流阻力,从而提高油井产液量。
水力切割技术,在国内最早始于辽宁工程技术大学与俄罗斯矿山学院合作,引进的一项增产改造技术,是在传统的水射流基础上,在水中加入少量磨料颗粒,通过泵车泵入井底,流体通过井下割缝工具后,形成高速射流,在水流和磨料高速冲击下,金属套管、水泥环和地层岩石由于受到巨大的打击力而破坏,同时作业过程中,割缝工具自行自上而下移动,穿透套管,最后在近井带形成一条宽约20mm,缝高200mm,缝深1200mm的缝,从而改善近井带的流体流动情况,达到增产增注的目的。
该项技术的研究在一定程度上,能够应对油田开发过程中出现的油水井注不进、采不出问题,为油田开发中保持稳产、提高采出程度提供了方法。
1.2 研究进展水力切割技术实际上是在纯水中加入磨料颗粒,形成固-液两相射流,由于加入的磨料颗粒量少,因此在形成射流过程中,磨料颗粒可以获得与水流相同的高速,而在相同的流速下,磨料颗粒对材料的打击力是纯水流的2.8倍,可以较快的切割开材料,因此采用磨料射流优于纯水射流对油水井的改造,水力切割施工结束后,可将套管、水泥环、岩层进行切开,并形成一定规模的缝。
1996年俄罗斯岩石力学及矿山测量研究院佩图霍夫院士研制成功一种设备,采用在油层部位对井筒切割一对互成180°与井轴线对称的宽12一15mm、高180mm、深1000mm的狭长深缝,射流工作压力35MPa,以每分钟5mm的走行速度割开套管,可在岩层中切开深1000mm的深槽。
1998年初,辽宁工程技术大学经过改进设计,在俄方设备、设计思想的基础上经过修改,将割缝设备试制成功。
进行了地面试验和实际割缝试验,割缝后的油井产量增加1倍以上,有效期两年。
这不仅可以解决因堵塞造成近井地层渗透率下降,而且还可以使井周高应力区应力重新分配而得到松弛,从而减轻压实效应产生的渗透率低下,没有第二次堵塞的问题。
目前为止已经为大庆、胜利、河南、中原等油田提供井下割缝的专用工具进行油井、水井的割缝施工,包括各油田自行进行施工的井数在内,大庆、胜利、辽河、中原、河南、吉林、华北、长庆等油田施工井数至2003年为止超过三百余口井,并开发了用于4寸油井施工的割缝工具,施工后产油量及注水量一般为施工前的2倍,只有个别井因其他原因增产效果不明显,稳产时间一般在两年以上。
成功率高,只需借用油田的压裂设备即可施工;成本低、操作简单,不会出故障,而且已经被推广应用在极薄油层、多层套管油层代替射孔及进行油井的深穿和井下扩孔。
1.2.1 割缝工具的研究进展水力喷砂割缝工具主要由三部分组成:移动器、复位器、喷枪。
移动器控制喷枪在施工时产生一定自上而下的移动速度,复位器在完成一组割缝后恢复到位。
辽宁工程技术大学张永利等人研制的早期喷枪结构如图1所示,在水压作用下,喷枪随同有关部件向下移动,其向下移动速度由移动器中上下活塞之间的液压油通过安装在活塞上的溢流阀流向上活塞上部空间的速度而决定。
当停止输人高压水流时,受压的复位弹簧伸长,喷枪受弹簧弹力复位上行,在上活塞空间的油流回原来的空间。
由于高压水流的喷射,使喷枪内的喷嘴磨损较快,早期的喷枪上只带一个喷嘴,喷嘴磨损后就不能继续作业,割缝效率低。
图1 割缝工具结构示意图后来,辽宁石油勘探局工程院王辅升等人对该装置进行了改进,一,由于早期割缝工具在移动过程中不是匀速移动的,割缝形态不能达到预期的效果,因此设计了地面匀速送进绞车,主要由滚筒、涡轮涡杆减速器、电磁调速电动机和电磁刹车灯组成,该装置可实现无极调速控制喷枪匀速送进;二,实现多级喷嘴设计,克服一个喷嘴效率低,多次起下割缝工具更换喷嘴的缺点,该多级喷嘴由喷射体、喷嘴、内滑套、钢球等组成,结构见下图所示,有上下两级,共8个喷嘴,交错布置,施工过程中可投入钢球剪断销钉推动内滑套下行,以更换喷嘴。
从而减少了起下管柱次数;三,设计水力扶正器和套管接箍探测器,以保证喷射过程中管柱的稳定和喷射工具的准确定位,提高喷射施工效果。
图2 多级喷嘴割缝工具而矿场应用较多的还是在早期割缝工具结构上,改进喷嘴,增加为上下两级,8个喷嘴,交错布置,其下部移动器沿用了早期的移动器控制割缝过程中的喷嘴移动,割缝一次完成后,通过上提割缝工具至上段设计割缝位置继续施工。
图3 割缝工具结构示意图1-喷枪;2-复位器;3-移动器水力割缝工具中实现喷嘴自行自上而下移动切割成缝的是移动器,移动器的核心部分为安装在活塞上的溢流阀。
只有当油腔的油压随工作压力达到一定值时,溢流阀才自动开启,这时油经溢流阀从下油腔流至上油腔,当低于一定工作压力时,阀即自动关闭。
喷枪移动速度即切割速度就是由油流通过阀的流量来决定的。
根据割缝工具结构尺寸设计,当工作压力为30~35MPa 时,下油腔内的压力即溢流阀进口处的油压为10MPa,而上油腔内的压力即出口压力接近于0,进出口压差达10MPa,而流量仅为24~26ml/min.溢流阀是将刻有相同平面螺纹的铜质底板及塑料圆片的一面相对而放,然后用螺钉锁紧,结构较为简单。
因为油在平面螺纹中流动是流动速度极小的非达西渗流流动。
在这种情况下,流体与固体之间相互作用的大小决定了流体的流动速度,而且有一个初始压力梯度。
当q>0时: ()k p Lq γμ-= ;q=0时:p L γ≤ 式中:q 为流量;μ为流体粘性系数;k 为系统渗透率;p 为进出口的压力差;L 为流过长度;γ为初始压力梯度。
只有压力差达到γ 值后,渗流才能开始,压力低于γ,渗流停止,因此γ也称为溢流阀的阀值。
下图是石油大学孙卫娟所设计的溢流阀,其技术参数为:割缝设备在 30~35MPa 压力下,变压器油所受的压力10MPa ,即溢流阀的压力10MPa ,在此压力下,溢流阀的流量为24~26ml/min ,它的开启压力为 5 MPa 。
由于溢流阀的渗流通道极为细小,任何固体杂质都可能使它产生堵塞,因此除了在移动器安装过程中需特别注意保持变压器油和油腔的干净外,还要在阀的底端安装多层过滤网,以保证其通道的畅通,即保证整个割缝设备运行的可靠性和稳定性。
图4 溢流阀结构图1.2.2 割缝机理的研究进展由前所述,水力切割也即是固-液两相流切割,工业上广泛称其为磨料射流切割,其实质上是一样的,与其他工业上的应用所不同的是所用割缝设备有所区别。
磨料射流对金属套管岩层的切割,之前仅见到张永利将井下割缝射流视为自由射流而对金属套管和岩层切割所进行的初步研究,实际上,由于磨料射流在八十年代末就开始广泛的在很多工业部门得到了应用,因而很多学者分别从本部门的实际需要出发,进行了大量的实验研究,通过对实验数据的整理,得到了对不同的类型材料、不同厚度进行切割允许的切割速度和需要的射流压力。
A.I.Momber 等就收集了从1989年至1999年不同学者提出的经验公式达数十种之多,公式中考虑的工况参数也不相同,所有公式都是对后混砂的磨料射流,采用不同比例的水喷嘴直径与磨料喷嘴直径的情况得出的,用以确定切割一定厚度的不同材料的切割速度和射流压力。
薛胜雄等在其所著的《高压水射流技术与应用》一书中,从大量的磨料射流切割的实际应用中收集了一些工况参数,列成表供相同材料切割的参考。
Ansari 等对于岩石也举出了一些例子。
但是所有的上述公式和参数都是不同的学者根据本单位的需要,对本部门经常切割的材料采用不同的实验途径所得到的,而且都是在自由射流切割条件下取得的,所用的靶距、切割速度或一次切割的深度也不相同,因而带有很强的经验性,没有普遍参考的意义,只能在切割厚度相近的相同材料选择切削速度或对一定切削速度切割深度下,选择其他射流切割参数,有一定参考意义。
对于水射流作用下的材料失效或破坏的机理。
1961年Singh 和Harman提出了应力波说,即由于射流打击在材料上产生的应力波造成材料的破坏,Leach 和Waiker提出了射流切割深度与声速的公式,认为材料的破坏是射流打击力产生的。
Farmer 和Atrewell、Daniel 和Rowlands通过实验作了进一步验证,经过理论推算及实验,认为只有射流压力超过了20倍的材料抗拉强度才会破坏。
Powell 和Simpom、Bieniawski等根据岩石存在大量微裂隙,因而认为岩石失效是在射流压力下裂隙扩展的结果,提出应以普遍的Griffith 准则作为裂纹失稳,也即材料破坏的判据。
1975年cooley通过试验以抗压强度作为裂纹的定量关系式。
但是在井下割缝中射流是非自由射流,即在射开套管后对岩层切割时射流是在缝隙中流动对岩层进行切割,该文仍将其视为自由射流。
同时对于冲击金属套管的作用力是所有撞击材料的总打击力,不是单个颗粒接触材料时的打击力,显然与实际有较大的差距。
除此之外还未见到磨料射流对金属套管及岩层作用以及在磨料作用下金属套管和岩层在磨料射流作用下破坏机理的研究失稳扩展的依据,认为切割岩石射流工作压力应为岩石抗压强度的10 倍。
Foreman等认为岩石在射流作用下的破坏是与渗入裂纹中产生的水作用有关。
Crow还提出了射流经过切削面由于张力产生的气穴作用造成岩石破坏,而Rehbinder在研究射流切割机理中发现,材料在射流作用下的破坏是在射流直径外圈开始的,并得出在1 .81倍射流直径处,材料颗粒上将产生最大拉应力,在这拉应力作用下,材料可能失效。
此外还有如Bresee 和Crist Dellx 和Heilhecker 等提出了一些说法,在此不一一介绍。
但都是在试验基础上,以一些假设作为前提提出的,由于试验方法条件不同,考虑问题的着重点及对试验结果的分析认证方面的差异,因而这些学说都有局限性。
实际上材料在射流作用下破坏机理是复杂的,是射流对材料所产生的多种作用而产生的破坏,总的来说,普遍认为材料在射流作用下破坏主要是以下几种作用引起的。
(1)射流与材料接触的打击力、打击压力;(2)材料在射流作用下产生的应力波;(3)射流产生的水锤作用;(4)材料在射流作用下产生的气蚀作用;(5)射流作用在材料表面产生的水楔作用;(6)在射流压力脉动下产生的疲劳破坏。