推进式堵水开关静动态特性分析
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堵水、调剖技术概述发布:多吉利来源:减小字体增大字体堵水、调剖技术概述油田开发到中后期,通过注水补充地层能量是我国大部分油田所采用的主要措施。
由于油层存在着非均质性,会出现水在油层中的“突进”和“窜流”现象,严重地影响着油田的开发效果。
为了提高注水效果和油田的最终采收率,需要及时的采取堵水调剖技术措施。
一、堵水调剖的概念(一)吸水剖面与调剖对于注水井,由于地层的非均质性,地层的每一层的吸水量都是不平衡的,每一层的每一部分的吸水量都是不同的,这反映在吸水剖面上。
地层吸水的不均匀性,为了提高注入水的波及系数,需要封堵吸水能力强的高渗透层,称为调剖。
(二)产液剖面与堵水对于油井,由于地层的非均质性,每一层与每一层的不同部分,产油量与含水率都不一定相同,其产液剖面是不均匀的。
封堵高产水层,改善产液剖面,称为堵水。
堵水能够提高注入水的波及系数。
堵水的成功率往往取决于找水的成功率。
除了直接测定产液剖面外,还可以利用井温测井等方法来确定出水层位。
二、堵水调剖方法(一)机械卡封利用井下工具将高吸水层或高产水层封住,称为机械卡封。
机械卡封作用范围只限于井筒范围,但由于施工简单,成本较低,往往成为优先考虑的堵水方法。
(二)化学堵水向地下注入化学剂,用化学剂或者其反应产物堵塞高渗透层或高产水层,称为化学堵水。
(1)单液法与双液法:从施工工艺来分,化学堵水可分为单液法与双液法。
单液法是向油层注入一种工作液,这种工作液所带的物质或随后变成的物质可封堵高渗透层。
双液法是向地层注入相遇后可产生封堵物质的两种工作液(或工作流体)。
注入时,这两种工作液用隔离波隔开,但随着工作液向外推移,隔离液越来越薄。
当外推至一定程度,即隔离液薄至一定程度,它将不起隔离作用,两种工作液相遇产生封堵地层的物质。
由于高渗透层吸入更多的工作液,所以封堵主要发生在高渗透层,达到调剖的目的。
(2)选择性堵水工艺:利用产液剖面等测试资料,确定出水部位后,进行选择性堵水。
高耸岸塔式进水口结构动静力特性仿真分析杨乐;王海军;赵典申【摘要】建立了泸定水电站深孔泄洪洞高耸岸塔式进水口结构模型,并进行三维有限元动静力分析.静力计算中,分不同工况考虑了各种荷载包括绕渗作用及温度场变化的作用,得到了结构的应力与位移分布.动力计算中对进水塔结构在空库及满库情况下的自振特性进行了分析.通过振型分解的反应谱法计算了在横河流向、顺河流向和竖直向地震共同作用下进水塔结构的动力响应,并将动力计算结果与静力计算结果进行叠加.重点分析了支铰大梁、边墙、闸门槽等部位的受力特性,并对进水塔各部位的动静力稳定性进行了评价.%The structural analysis model for the bank intake tower of spillway tunnel in Luding Hydropower Station is built for simulating the static and dynamic characteristics by 3D FEM. The stress and displacement distributions of intake tower in different working conditions are achieved by the static analysis after considering all loads, including the by-pass seepage and temperature change. The serf-vibration characteristics under the conditions of empty and full reservoir are studied in the dynamic analysis. The dynamic response of the intake tower under the combining action of earthquakes from the directions of flow, perpendicular to the flow in horizontal and vertical plane are studied by the response spectrum method, and the results are superimposed with the static analysis. The stresses on the crossbeam, side wall and gate slot are more concerned, and the overall static and dynamic stabilities of intake tower are assessed.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】4页(P25-28)【关键词】岸塔式进水口;三维有限元;动静力分析;振型分解反应谱法;泸定水电站【作者】杨乐;王海军;赵典申【作者单位】四川华电泸定水电有限公司,四川,泸定,626100;河海大学水利水电工程学院,江苏,南京,210098;四川华电泸定水电有限公司,四川,泸定,626100【正文语种】中文【中图分类】TV732.1;TV741(271)泸定水电站泄洪洞进水口采用岸塔式结构,塔顺水流向长55 m,宽24 m,高74 m,进水口设平板检修闸门和弧形工作闸门,弧形工作闸门孔口尺寸12 m×9.4 m (宽×高),洞身为无压城门洞形,断面尺寸为12 m×17 m (宽×高)。
油井出⽔原因及堵⽔⽅法油井出⽔原因及堵⽔⽅法报告姓名:赵春平班级:⽯⼯11-10 学号:11021467前⾔油井出⽔是油⽥采油过程中的⼀种重要的现象,我们可以从许多⽅⾯来判断发现油⽥油井出⽔现象,例如,油井产出液中,含⽔增加,含油降低即是油井出⽔的前兆;油井产液量猛增,且含油率下降;油井井⼝压⼒猛增,产液量猛增;油井⼤量出⽔⽽⼏乎不出油;⽤仪器测试时,发现油井含⽔增加。
进⾏⽣产测试时,电阻曲线有明显的变化等。
这些都是油井出⽔的重要特征。
通过这些现象我们可以判断油井出⽔原因。
为了应对油井出⽔的问题,减少过早见⽔或者串槽的危害,我们必须找出出⽔地层,判断出⽔原因,作出相应的堵⽔措施。
⽽在油⽥实际操作中,最常⽤的是机械堵⽔法和化学堵⽔法。
⼀、油井出⽔原因油井的出⽔原因不同,采取的堵⽔措施⼀般也不同,在油⽥中常见的出⽔原因⼀般包括:1、注⼊⽔及边⽔推进对于⽤注⽔开发⽅式开发的油⽓藏,由于油层的⾮均质性及开采⽅式不当,使注⼊⽔及边⽔沿⾼、低渗透层及⾼、低渗透区不均匀推进,在纵向上形成单层突进,在横向上形成⾆进或指进现象,使油井过早⽔淹。
2、底⽔推进底⽔即是油层底部的⽔层,在同⼀个油层内,油⽓被底⽔承托。
“底⽔锥进”现象:当油⽥有底⽔时,由于油井⽣产压差过⼤,破坏了由于重⼒作⽤所建⽴起来的油⽔平衡关系,使原来的油⽔界⾯在靠近井底处呈锥形升⾼的现象。
注⼊⽔、边⽔和底⽔在油藏中虽然处于不同的位置,但它们都与要⽣产的原油在同⼀层中,可统称为“同层⽔”。
“同层⽔”进⼊油井,造成油井出⽔是不可避免的,但要求缓出⽔、少出⽔,所以必须采取控制和必要的封堵措施。
3、上层⽔、下层⽔窜⼊所谓的上层⽔、下层⽔,指油藏的上层和下层⽔层。
固井不好,套管损坏,误射油层,采取不正确的增产措施,⽽破坏了井的密封条件;除此之外还有⼀些地质上的原因,例如有些地区由于断层裂缝⽐较发育,⽽造成油层与其它⽔层相互串通等。
4、夹层⽔进⼊夹层⽔⼜指油层间的层间⽔,即在上下两个油层之间的⽔层。
浅析石油开采井下作业堵水技术的应用发布时间:2022-10-09T07:26:09.220Z 来源:《中国科技信息》2022年11期作者:苏文渊贺小莹屈江华[导读] 随着我国汽车数量越来越多,工业化的进程越来越深入,苏文渊贺小莹屈江华(延长油田股份有限公司陕西延安 716003)[摘要]:随着我国汽车数量越来越多,工业化的进程越来越深入,对石油天然气资源的需求量越来越多,这就需要石油企业要进一步的提升油气资源采收率以满足当今环境的需求。
在石油开采的过程中经常会出现油井出水等问题,这会导致石油开采率大大降低,影响开采工作的顺利进行。
因此,我们要采用井下堵水技术,对出水量较大的井段进行隔离处理,确保石油高效的开采工作。
本文主要介绍了油气井出水带来的危害,主要介绍了常用的堵水技术并对井下堵水技术要点进行了分析,旨在能够促进油气井井下作业的顺利开展。
[关键词]:石油开采井下作业堵水一引言随着经济的不断发展,进一步的推动了科技水平的提升,科技水平的提升使得我国油气资源开采的效率越来越高。
但是随着我国钻采的深度越来越深,钻采的地质条件也越来越差,钻采过程中遇到的困难也越来越多。
比如井内出水事故的发生会对油井的开采造成很大的影响,严重时可能导致整个井的报废,造成国家经济的重大损失。
因此,我们要尽可能的避免此类事故的发生,确保井下开采工作的顺利进行。
油井堵水技术的出现能够很好的抑制油井出水状况,能够有效的消除一些安全隐患,而且可以确保正常的产液剖面,确保油气井下工作的顺利进行。
二油井出水的原因及危害1.1 油井出水原因在井下作业时,油井出水的情况一般分为两种,同层出水和异层出水。
前者是由底水、边水及注入水所组成;后者是由于固井质量不佳以及套管损坏等原因所导致的流体窜槽所引发的出水。
而且地层的渗透率具有非均质性的特征,结合油水的流度不一样,所以注入的水会优先向高渗透地层流动,这就导致油井的含水量逐步上升,从而产生出水现象。
在油田进入高含水后期开发阶段,由于窜槽、注入水突进或其他原因,使一些油井过早见水或遭水淹,为了消除或减少水淹造成的危害,所采取的一系列封堵出水层的井下工艺措施统称为油井堵水。
油井堵水的目的是控制产水层中水的流动和改变水驱油中水的流动方向,提高水驱油效率,使油田的产水量在某一时间内下降或稳定,以保持油田增产或稳产,堵水的最终目的在于提高油田采收率。
油井堵水主要有机械堵水和化学堵水两种方法。
根据油井出水原因不同,采取的封堵方法也不同。
一般对外来水(如上层水、下层水及夹层水)或者水淹后不再准备生产的水淹层,搞清出水层位后,多采用打水泥塞或用封隔器将油、水层分开,然后向出水层位挤入非选择性堵剂,封堵出水层。
不能将油、水层封隔开时,多采用具有一定选择性的堵剂进行封堵,如对于边水和注入水普遍采用选择性堵剂堵水。
为控制个别水淹层的含水,消除合采时的层间干扰,多采用封隔器暂时封堵高含水层。
第一节油井出水原因及防水措施一、油井出水原因1、注入水及边水边水是指处于油层边部的水。
由于油层性质不均匀以及开采方式不当,使注入水及边水沿高渗透层及高渗透区不均匀突进,在纵向上形成单层突进,在横向上形成“舌进”,使油井过早水淹。
2、底水当油层有底水时,由于井底压力下降,破坏了由于重力作用建立起来的油水平衡关系,使原来的油水界面在靠近井底处呈锥形升高,这种现象称为“底水锥进”。
底部水层的水锥入井底,随着原油一起采出,造成油井含水上升。
3、上层水、下层水及夹层水是指从油层上部或下部的含水层及夹于油层之间的含水层。
由于固井质量不高,套管外水泥环密封不严,使油层与水层连通在一起;或是由于误射水层,使油井出水。
由于这些都是油层以外的水,所以统称为外来水。
二、油井防水措施1、制定合理的油田开发方案,特别是要根据油层的特点,合理地划分注采系统,采取分采分注;规定合理的油水井工作制度,以控制油水边界均匀推进。
2、在工程上要提高固井质量和射孔质量,避免采取会造成套管损坏的井下工艺技术措施,以保证油井的密封条件,防止油层和水层窜通。
2012年12月
第40卷第23期
机床与液压
MACHINETOOL&HYDRAULICSDec.2012
Vol.40No.23
DOI:10.3969/j.issn.1001-3881.2012.23.013
收稿日期:2011-11-16基金项目:中原石油勘探局资助项目(2011202)作者简介:张俊亮(1976—),男,工程师,中原油田博士后工作站在站博士后,从事井下工具的研究工作。Email:zhangdzu@126.com。
推进式堵水开关静动态特性分析张俊亮,韩进,张强德,曹海燕,李丽云(中原油田采油工程技术研究院,河南濮阳457001)
摘要:推进式堵水开关是一种井下智能堵水工具。开关在打开和关闭状态下,活塞轴向受力平衡,在打开和关闭瞬间,因地层和油套环空压差造成活塞受轴向冲击。分析了活塞开、关时的液压冲击力,并结合AMESim软件对活塞受冲击状况进行仿真,结果表明:增加活塞环空长度、降低电机转速、增加螺杆轴向限位轴肩等可减小瞬态液动力对开关的活塞产生的轴向冲击。为堵水开关结构优化提供设计了依据。关键词:堵水开关;静动态分析;冲击;仿真中图分类号:TE931文献标识码:A文章编号:1001-3881(2012)23-051-3
StaticandDynamicCharacteristicsAnalysisofPushTypeSwitchforWaterBlockingZHANGJunliang,HANJin,ZHANGQiangde,CAOHaiyan,LILiyun(PetroleumEngineeringInstituteofZYOF,PuyangHenan457001,China)Abstract:Pushtypeswitchforwaterblockingisatypeofintelligentblockingtoolusedinoilwell.Inthestateofopenorclose,thepistonoftheswitchbearingbalancedaxialforce,butonthemomentofopeningandclosing,forthedifferentialspacepressureofannularofoilandstratum,therewastheaxialimpacttothepiston.Thehydraulicimpactwasanalyzedatopeningorclosingofthepis-ton,andAMESimsoftwarewasusedtosimulatetheimpactstates.Theresultsshowthatlengtheningthepistonannular,loweringmotorspeedandincreasingaxiallimitshaftshoulderofscrewrod,theaxialimpacttothepistonbymomenthydra-dynamicforceonopeningandclosingofthepistoncanbelightened.Itprovidesdesignbasisforoptimalstructureofthewaterblockingswitch.Keywords:Waterblockingswitch;Staticanddynamicanalysis;Impact;Simulation
推进式堵水开关是用于高含水油井堵水作业的井下工具,与封隔器等配套使用,每个油层对应一个开关,主要功能是关闭高含水层,打开低含水层,以实现提高采收率的目的。推进式堵水开关克服以往机械式堵水开关受地层压差影响的弊端,在打开和关闭状态下实现轴向压力平衡,但在开-关或关-开瞬间,因地层压力与套压不同而产生瞬态液动力[1-2]。瞬态液动力对开关的活塞产生轴向冲击,影响开关的打开或关闭,严重时可能破坏开关的机械结构。因此通过分析开关静动态特性,以确定合理机械结构,确保推进式堵水开关可靠工作。1推进式堵水开关结构推进式堵水开关结构如图1所示,主要由上接头、传感器、控制电路、驱动电机、驱动螺杆、外套筒、活塞、活塞套、下接头等组成,电机安装在活塞套上端部,驱动螺杆一端与电机轴配合,另一端通过螺纹与活塞连接。传感器接收井口环空压力脉冲信号,控制电路根据信号情况控制驱动电机正反转,电机通过驱动螺杆将转动变为活塞的上下移动。电机正转推动活塞下行至下限位置打开该地层,电机反转推动活塞上行至活塞上限位置关闭该地层。推进式堵水开关采用侧进液模式,活塞装有密封圈,阻止液体流入活塞底部或顶部空间,使液体仅在活塞环形空间内流动,图1为开关处于打开状态,进液口与出液口连通。
图1推进式堵水开关结构图2推进式堵水开关静动态特性分析
2.1推进式堵水开关静态特性分析
堵水开关在打开状态时轴向受力如图2所示,地层油水混合液流经进液口-活塞环空-出液口至油套环空,通过采油泵抽至地面管线。在此状态下,因地层压力,活塞轴向受力情况为:F1=p1A1
F2=p1A2
式中:F1为向上的轴向推力;F2为向下的轴向推力;
p1为地层液体压力;
A1为环空截面积1;
A2为环空截面积2。
设计中,环空截面积1与环空截面积2相等,故F1=F2,活塞轴向受力平衡。
图2推进式堵水开关打开时轴向受力图推进式堵水开关关闭时,进液口关闭,出液口与活塞环空连通,如图3所示。
图3推进式堵水开关关闭时轴向受力图此时,活塞受轴向压力源自油套环空压力,活塞轴向受力情况为:F1=p2×A1
F2=p2×A2
式中:F1为向上的轴向推力;
F2为向下的轴向推力;
p2为油套环空压力;
A1为环空截面积1;
A2为环空截面积2。
因A1=A2,故活塞轴向受力平衡。因此,推进式堵水开关在打开或关闭状态时,轴向受力平衡,未产生向上或向下的轴向推力,保护电机轴不受持续的轴向压力。2.2推进式堵水开关动态特性分析
尽管推进式堵水开关在静态时活塞轴向受力平衡,但在打开或关闭瞬间,液体对活塞产生轴向冲击,造成瞬间轴向力的不平衡,影响电机对活塞的驱动,若冲击力过大则影响整个工具的使用效果。
2.2.1开关瞬间液体冲击力分析
[3]
根据推进式堵水开关活塞结构,将其简化为一滑阀开关,文献[4]已分析并得出结论:阀体关闭时,液体冲击与关闭速度和进出口压差成正比。因此仅对堵水开关打开瞬间液动力影响因素进行分析,开关打开瞬间如图4所示,当阀体右移打开时,通过滑阀阀腔的液体以一定速度流动,产生液体动量冲击,对阀芯有轴向的瞬态作用力。
图4推进式堵水开关简化图Fk=ρAvLdvdt=ρLdQdt(1)
·25·机床与液压第40卷式中:Av为阀芯有效面积;v为阀腔内液流速度;L为阀腔内液流实际长度;ρ为液体的密度;Q为通过滑阀口流量;t为时间。忽略阀腔内液体泄漏量、压缩性,由节流公式得出通过滑阀口的流量:Q=Cdwx2ρΔ槡P=Cdwx1ρ(p1-p2槡)(2)式中:Cd为流量系数;Δp为通过阀口的压差;w为面积梯度;x为阀芯开口;p1为进液口压力(油层压力);p2为出液口压力(环空套压)。由式(1)、(2)得瞬态液动力为:Fk=ρLCdw1ρ(p1-p2槡)dxdt+LCdx1ρ(p1-p2槡)d(p1-p2)dt(3)由上式可知,液体瞬态液动力与阀腔内液流长度、阀芯运动速度和压力变化成正比,通常情况下,油层液体压力p1大于环空套压p2,不同深度的油井压力参数不同,与工具结构无关。因此在设计时,根据工具整体尺寸情况,尽可能加大阀腔内活塞环形槽长度,从而增加液流长度减小冲击;为减小因阀芯运动速度对活塞轴向的液体冲击,设计电机经减速器后输出转速为4r/min,降低了阀芯的运动速度。对开关瞬间液动力分析后,利用AMESim软件对液体冲击力进行仿真分析,进一步优化开关结构。2.2.2基于AMESim软件的液体冲击仿真AMESim(AdvancedModelingEnvironmentforper-formingSimulationofengineeringsystems)是法国Imag-ine公司于1995年推出的基于键合图的液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件,AMESim使用户能够借助其友好的、面向实际应用的方案,研究任何元件或回路的动力学特性。更为重要的是其图形化物理建模方式,使得用户可以从繁琐的数学建模中解放出来,只专注于物理系统本身的设计[5]。根据推进式堵水开关简化结构建模,基于AMESim软件的开关模型如图5所示。图5堵水开关模型图中:p0为开关轴向平衡力、p1为层压力(30MPa)、p2为套压(10MPa)。其中p0保持开关静态时轴向力平衡。设定图5中左侧开关信号如图6(a)所示,为研究堵水开关打开瞬间状态,将信号设定为每秒开关一次。仿真结果如图6所示。
图6开关瞬间活塞冲击仿真图设定开关在正常状态下1s后完全打开,由图6(b)(c)(d)可知,打开瞬间,压力快速升高,活
塞受压力冲击产生加速度,加速度在0.01s即达到最大,活塞在0.1s左右因压力冲击完全打开。因此在原设计中仅靠电机轴通过销钉拉动螺杆无法克服瞬间冲击,活塞瞬间加速度会拉溃电机。对开关结构进行优化后,增加螺杆轴向限位轴肩(图1),可防止活塞瞬间被压力冲击至活塞下限位置,保护电机及工具的正常工作。3结论
(1)推进式堵水开关利用传感器技术、单片机
技术实现将井口压力信号转换为开关器的打开或关闭动作,堵水开关在静态时轴向压力平衡,克服以往机械式堵水开关受地层压力影响的缺点。(2)通过对开关打开和关闭瞬间的轴向冲击力
分析,结合AMESim软件的仿真结果,对推进式堵水开关结构进行优化,增加活塞环空长度、降低电机转速、增加螺杆轴向限位轴肩等,使堵水开关结构更加合理。参考文献:【1】卫秀芬,陈凤.大庆油田机械堵水技术的发展及展望
[J].新疆石油天然气,2007(6):43-46.【2】陈艳秋,周圣军.机械堵水管柱存在问题及下步对策
[J].胜利油田职工大学学报,2008(6):166-167.【3】尹玉臣,高莹.瞬态液动力对电磁换向阀安全运行的影
响[J].煤,2004(6):50-53.【4】杨树人,汪志明,何光渝,等.工程流体力学[M].北京:石油工业出版社,2006.【5】付永领,祁晓野.AMESim系统建模和仿真:从入门到精
通[M].北京:北京航空航天出版社,2005.
·35·第23期张俊亮等:推进式堵水开关静动态特性分析