探究石油垂直井的壓力

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1實(shí)驗(yàn)介紹

1．1實(shí)驗(yàn)條件

環(huán)空纏有致密紗布，實(shí)驗(yàn)單元兩端上下設(shè)計(jì)了兩個(gè)進(jìn)液口，目的是使壁面入流均勻?qū)嶒?yàn)用10mPa·s左右的白油代替常規(guī)原油，每天開展實(shí)驗(yàn)之前均事先測量室內(nèi)溫度和白油黏度，當(dāng)室內(nèi)溫度和白油黏度與前一天基本一致以后方可開展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)段射孔相位設(shè)計(jì)了3種：45度螺旋射孔、90度螺旋射孔、180度螺旋射孔，如圖3所示。射孔密度設(shè)計(jì)了3種：8、16、24孔／m。射孔直徑設(shè)計(jì)了3種：10、20、30mm。主流雷諾數(shù)設(shè)計(jì)為1000～20000。注入比設(shè)計(jì)為0．02％～10％。

1．2實(shí)驗(yàn)步驟

a、將事先設(shè)計(jì)加工好的不打孔眼的實(shí)驗(yàn)單元安裝在實(shí)驗(yàn)環(huán)路上，檢測實(shí)驗(yàn)環(huán)路是否密封良好，測量室內(nèi)溫度和白油黏度是否滿足實(shí)驗(yàn)要求，檢測流量和壓力測量精度是否滿足要求，然后調(diào)解主流控制閥門使主流雷諾數(shù)分別為壓力穩(wěn)定以后測量不打孔眼不同主流雷諾數(shù)條件下的壓差。

b、將事先設(shè)計(jì)加工好的一根壁面打好孔眼的目標(biāo)實(shí)驗(yàn)單元安裝在實(shí)驗(yàn)環(huán)路上，檢測實(shí)驗(yàn)環(huán)路是否密封良好，測量室內(nèi)溫度和白油黏度是否滿足實(shí)驗(yàn)要求，檢測流量和壓力測量精度是否滿足要求。調(diào)解主流控制閥門使主流雷諾數(shù)分別為壓力穩(wěn)定以后測量無壁面入流不同主流雷諾數(shù)條件下的壓差。

c、同時(shí)調(diào)解主流控制閥門和壁面入流控制閥門使壁面注入比分別為實(shí)驗(yàn)單元出口端主流雷諾數(shù)分別為壓力穩(wěn)定以后測量不同壁面入流不同主流雷諾數(shù)條件下的壓差。4）將事先設(shè)計(jì)好的其他實(shí)驗(yàn)單元（目標(biāo)實(shí)驗(yàn)段射孔格式3種、射孔密度3種、射孔孔徑3種）依次重復(fù)步驟的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2規(guī)律分析

需要再次說明的是這些實(shí)驗(yàn)套管內(nèi)徑均為124mm左右，兩個(gè)測壓點(diǎn)距離均為6m左右，普通套管指的是沒有射孔的套管。分別給出了無壁面入流條件下不同射孔密度、射孔直徑、射孔相位的射孔井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降梯度與主流雷諾數(shù)的關(guān)系曲線。從圖4中可以看出，射孔密度、射孔直徑、射孔相位對(duì)射孔井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降影響均顯著，隨著射孔密度增大、射孔直徑增大、射孔相位增大，射孔井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降均增大。射孔直徑為20mm、射孔相位為90°、主流雷諾數(shù)為20000條件下，射孔密度為8、16、24孔／m對(duì)應(yīng)的射孔井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降梯度分別約為，分別比普通套管流動(dòng)壁面摩擦壓降增大15．14％、22．41％、30．46％。射孔密度為16孔／m、射孔相位為90°、主流雷諾數(shù)為20000條件下，射孔直徑為10、20、30mm對(duì)應(yīng)的射孔井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降梯度分別約為，分別比普通套管流動(dòng)壁面摩擦壓降增大。射孔密度為16孔／m、射孔直徑為20mm、主流雷諾數(shù)為20000條件下，射孔相位為對(duì)應(yīng)的射孔井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降梯度分別約為399、414、430Pa／m，分別比普通套管流動(dòng)壁面摩擦壓降梯度增大約為17．96％、22．41％、27．14％。可見射孔孔眼的存在明顯增加了井筒壁面的粗糙度，進(jìn)而導(dǎo)致井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降增大。為了分析射孔密度、射孔直徑、射孔相位對(duì)射孔井筒流動(dòng)總壓降和混合壓降的影響規(guī)律，分別給出了出口主流雷諾數(shù)為5000條件下，不同射孔密度、不同射孔直徑、不同射孔相位的射孔井筒流動(dòng)總壓降梯度與壁面注入比的關(guān)系曲線。分別給出了出口主流雷諾數(shù)為5000條件下，不同射孔密度、不同射孔直徑、不同射孔相位的射孔井筒流動(dòng)混合壓降梯度與壁面注入比的關(guān)系曲線。可以看出，射孔井筒出口主流雷諾數(shù)相同條件下，壁面注入比對(duì)射孔井筒流動(dòng)總壓降影響顯著，隨著壁面注入比的增大，射孔井筒流動(dòng)總壓降增大。壁面注入比分別為0．01％、0．1％、1％、10％時(shí)，射孔井筒流動(dòng)壓降梯度分別約為28、36、45、82Pa／m，分別比普通套管流動(dòng)壁面摩擦壓降梯度（約為29Pa／m）增大約為－3％、25％、56％、185％。說明壁面注入比較低時(shí)，射孔井筒流動(dòng)總壓降小于射孔井筒流動(dòng)壁面摩擦壓降。隨著射孔密度、射孔直徑、射孔相位的增大，射孔井筒流動(dòng)總壓降均增大，但相對(duì)壁面注入比對(duì)射孔井筒流動(dòng)總壓降的影響，射孔密度、射孔孔徑、射孔相位的影響均較小，由此可知高壁面注入比條件下混合壓降和加速度壓降都比較顯著。中可以看出，射孔井筒出口主流雷諾數(shù)相同條件下，隨著壁面注入比的增大，射孔井筒流動(dòng)混合壓降增大，但壁面注入比對(duì)射孔井筒流動(dòng)混合壓降的影響存在一個(gè)臨界值。當(dāng)壁面注入比小于臨界值時(shí)，射孔井筒流動(dòng)混合壓降為負(fù)值，說明此時(shí)壁面入流的存在降低了射孔井筒流動(dòng)總壓降；當(dāng)壁面注入比大于臨界值時(shí)，射孔井筒流動(dòng)混合壓降為正值，說明此時(shí)壁面入流的存在增加了射孔井筒流動(dòng)總壓降。臨界壁面注入比的大小主要受射孔密度和射孔孔徑的影響，隨著射孔密度和射孔孔徑增大，臨界壁面注入比增大。在本研究條件下（井筒內(nèi)徑為124mm左右、射孔密度為8～24孔／m、射孔孔徑為10～30mm）壁面臨界注入比為0．05％～0．1％。

3結(jié)論

壁面注入比分別為0．01％、0．1％、1％、10％時(shí)射孔井筒流動(dòng)壓降分別比普通套管流動(dòng)壁面摩擦壓降增大約－3％、25％、56％、185％。壁面注入比對(duì)射孔井筒流動(dòng)混合壓降的影響存在一個(gè)臨界值。當(dāng)壁面注入比小于臨界值時(shí)，射孔井筒流動(dòng)混合壓降為負(fù)值，表明壁面注入比較小時(shí)，壁面有流體注入時(shí)的壓降要比無注入時(shí)的低；當(dāng)壁面注入比大于臨界值時(shí)，射孔井筒流動(dòng)混合壓降為正值，表明壁面注入比較大時(shí)，壁面有流體注入時(shí)的壓降要比無注入時(shí)的高。臨界壁面注入比的大小主要受射孔密度和射孔孔徑的影響，隨著射孔密度和射孔孔徑增大，臨界壁面注入比增大。本研究條件下壁面臨界注入比為0．05％～0．1％。

作者：魏建光汪志明張權(quán)高學(xué)珍單位：東北石油大學(xué)