先減壓式油田注水恒流堵塞器動(dòng)力學(xué)和可靠性的研究.pdf

1、分層注水是目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的提高石油采收率的方法，對(duì)我國(guó)的石油增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義，其中分層流量控制是分層注水方法的核心技術(shù)之一。隨著中老油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中注采不平衡問(wèn)題的積累和非均質(zhì)復(fù)雜斷塊油層的開(kāi)發(fā)，使得油田井層間滲透率和壓力產(chǎn)生不平衡，這要求分層注水方法的分層更加細(xì)化，而傳統(tǒng)固定水嘴堵塞器存在測(cè)調(diào)工作量大和流量受地層和注水壓力影響的缺點(diǎn)，因此急需新的替代技術(shù)以適應(yīng)當(dāng)前注采工藝的要求。
　　恒流堵塞器具有測(cè)調(diào)工作量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

2、及成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的分層注水流量調(diào)節(jié)方法。但現(xiàn)有恒流堵塞器存在流量調(diào)節(jié)精度較低和使用可靠性較差的缺點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文結(jié)合黑龍江省科學(xué)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目“分層注水恒流堵塞器的研制”(編號(hào)：GC05A508)，利用機(jī)械、電子和材料等學(xué)科的理論，并采取計(jì)算機(jī)模擬、地面和井下試驗(yàn)等分析手段，研制出一種新型分層注水恒流堵塞器。
　　本文提出了先減壓式恒流堵塞器結(jié)構(gòu)，分析了其在內(nèi)泄漏和振動(dòng)特性等方面的優(yōu)點(diǎn)。充分考慮了內(nèi)泄漏、阻尼力、液壓

3、卡緊力及局部流場(chǎng)分布等因素的影響，采用鍵合圖理論，建立了先減壓式恒流堵塞器的動(dòng)力學(xué)模型，為分析其靜動(dòng)態(tài)特性提供了基礎(chǔ)。
　　建立了先減壓式恒流堵塞器的計(jì)算流體力學(xué)與鍵合圖理論相結(jié)合的混合仿真方法，對(duì)先減壓式恒流堵塞器的靜態(tài)特性和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。試驗(yàn)表明，仿真結(jié)果準(zhǔn)確可靠。同時(shí)還對(duì)該恒流堵塞器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，在控制好加工成本的基礎(chǔ)上，使其靜動(dòng)態(tài)特性滿足了實(shí)際應(yīng)用要求。
　　對(duì)恒流堵塞器的主要失效形式進(jìn)行了研究，在流體

4、-顆粒兩相流理論、顆粒動(dòng)力學(xué)、三體磨損與污染卡緊理論的基礎(chǔ)上，建立了污染磨損和卡緊的數(shù)值模擬方法。在Matlab平臺(tái)上對(duì)先減壓式恒流堵塞器的污染磨損和卡緊進(jìn)行了計(jì)算，比較了配合間隙、閥芯振動(dòng)的影響。同時(shí)，還研究了該恒流堵塞器的閥口沖蝕和閥內(nèi)氣蝕，采用Fluent軟件對(duì)沖蝕和氣蝕進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了二者對(duì)該恒流堵塞器流量特性的影響。模擬結(jié)果與實(shí)際相符，可為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。
　　搭建了恒流堵塞器地面試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)先減壓式恒流堵塞器的流

5、量特性和可靠性進(jìn)行了試驗(yàn)。在綜合分析、計(jì)算和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定了恒流堵塞器的結(jié)構(gòu)、材料和關(guān)鍵部位表面處理方法。結(jié)果表明所采用的理論和數(shù)值模擬方法可有效地對(duì)恒流堵塞器的流量特性和可靠性指標(biāo)進(jìn)行分析，所研制的恒流堵塞器在流量調(diào)節(jié)精度和可靠工作壽命等方面都可以滿足油田分層注水技術(shù)的要求。
　　本文還提出了將恒流堵塞器和井下分層測(cè)調(diào)儀結(jié)合使用的分層注水流量調(diào)配方式，分析了該方案的可行性，對(duì)具體實(shí)施方案、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路組成和軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。