【摘 要】
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连续油管水力喷射压裂技术被广泛应用于油气井的增产改造,然而在水力喷射压裂过程中,高速携砂压裂液将对连续油管造成冲蚀,尤其是在连续油管作业机滚筒上缠绕的螺旋缠管段发生的冲蚀最为严重,严重的冲蚀磨损可能致使连续油管发生刺漏及断裂破坏,因此,有必要对水力喷射压裂过程中螺旋缠管段连续油管的冲蚀特性进行研究。应用UG软件与ANSYS WORKBENCH软件的MESH及FLUENT等子模块,以计算流体动力学及
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连续油管水力喷射压裂技术被广泛应用于油气井的增产改造,然而在水力喷射压裂过程中,高速携砂压裂液将对连续油管造成冲蚀,尤其是在连续油管作业机滚筒上缠绕的螺旋缠管段发生的冲蚀最为严重,严重的冲蚀磨损可能致使连续油管发生刺漏及断裂破坏,因此,有必要对水力喷射压裂过程中螺旋缠管段连续油管的冲蚀特性进行研究。应用UG软件与ANSYS WORKBENCH软件的MESH及FLUENT等子模块,以计算流体动力学及冲蚀磨损理论为基础,采用离散型模型,结合水力喷射压裂工艺参数,以2.375″连续油管为例,进行了连续油管冲蚀磨损特性的有限元计算分析方法研究,得到了连续油管最大冲蚀磨损速率及冲蚀磨损分布云图,按此方法分析了单一携砂液属性和缠管参数变化的2.375″、2.875″及3.5″三种规格连续油管的冲蚀磨损特性变化规律。应用ANSYS WORKBENCH软件的DESIGN EXPLORATION子模块,根据优化设计理论,选用序列二次规划算法,基于单属性参数变化的连续油管冲蚀磨损分析,以携砂液流速、携砂颗粒直径及携砂颗粒质量流量为优化参数,以最小冲蚀磨损速率为最优目标,分析了携砂压裂液多属性耦合作用的三种规格连续油管的冲蚀特性,得到了携砂压裂液的三参数最优配置及多属性参数耦合作用下冲蚀磨损速率曲面云图。研究结果表明:缠绕在滚筒上连续油管的外侧冲蚀磨损比较严重;增大携砂液流速及携砂颗粒质量流量将导致连续油管最大冲蚀磨损速率增大;增大携砂颗粒直径、携砂颗粒形状因子、滚筒直径及连续油管规格可减小连续油管最大冲蚀磨损速率;不同规格连续油管的携砂颗粒直径、携砂颗粒质量流量及携砂液流速三属性参数的最优配置值各不相同,对于2.375″连续油管,最优配置值为0.45mm、0.25kg/s、25m/s;对于2.875″连续油管,最优配置值为0.15mm、0.45kg/s、10m/s;对于3.5″连续油管,最优配置值为0.55mm、0.55kg/s、18m/s;携砂颗粒质量流量和携砂颗粒直径的最优值受油管规格的影响较大,携砂液流速最优值受连续油管规格的影响较小。论文研究结果为连续油管水力喷射压裂作业的携砂液属性参数配置、连续油管规格及滚筒尺寸的选择提供了理论参考,具有较大的工程应用价值。
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