探究石油垂直井的压力

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1实验介绍

1．1实验条件

环空缠有致密纱布，实验单元两端上下设计了两个进液口，目的是使壁面入流均匀实验用10mPa·s左右的白油代替常规原油，每天开展实验之前均事先测量室内温度和白油黏度，当室内温度和白油黏度与前一天基本一致以后方可开展实验。实验段射孔相位设计了3种：45度螺旋射孔、90度螺旋射孔、180度螺旋射孔，如图3所示。射孔密度设计了3种：8、16、24孔／m。射孔直径设计了3种：10、20、30mm。主流雷诺数设计为1000～20000。注入比设计为0．02％～10％。

1．2实验步骤

a、将事先设计加工好的不打孔眼的实验单元安装在实验环路上，检测实验环路是否密封良好，测量室内温度和白油黏度是否满足实验要求，检测流量和压力测量精度是否满足要求，然后调解主流控制阀门使主流雷诺数分别为压力稳定以后测量不打孔眼不同主流雷诺数条件下的压差。

b、将事先设计加工好的一根壁面打好孔眼的目标实验单元安装在实验环路上，检测实验环路是否密封良好，测量室内温度和白油黏度是否满足实验要求，检测流量和压力测量精度是否满足要求。调解主流控制阀门使主流雷诺数分别为压力稳定以后测量无壁面入流不同主流雷诺数条件下的压差。

c、同时调解主流控制阀门和壁面入流控制阀门使壁面注入比分别为实验单元出口端主流雷诺数分别为压力稳定以后测量不同壁面入流不同主流雷诺数条件下的压差。4）将事先设计好的其他实验单元（目标实验段射孔格式3种、射孔密度3种、射孔孔径3种）依次重复步骤的实验内容。

2规律分析

需要再次说明的是这些实验套管内径均为124mm左右，两个测压点距离均为6m左右，普通套管指的是没有射孔的套管。分别给出了无壁面入流条件下不同射孔密度、射孔直径、射孔相位的射孔井筒流动壁面摩擦压降梯度与主流雷诺数的关系曲线。从图4中可以看出，射孔密度、射孔直径、射孔相位对射孔井筒流动壁面摩擦压降影响均显著，随着射孔密度增大、射孔直径增大、射孔相位增大，射孔井筒流动壁面摩擦压降均增大。射孔直径为20mm、射孔相位为90°、主流雷诺数为20000条件下，射孔密度为8、16、24孔／m对应的射孔井筒流动壁面摩擦压降梯度分别约为，分别比普通套管流动壁面摩擦压降增大15．14％、22．41％、30．46％。射孔密度为16孔／m、射孔相位为90°、主流雷诺数为20000条件下，射孔直径为10、20、30mm对应的射孔井筒流动壁面摩擦压降梯度分别约为，分别比普通套管流动壁面摩擦压降增大。射孔密度为16孔／m、射孔直径为20mm、主流雷诺数为20000条件下，射孔相位为对应的射孔井筒流动壁面摩擦压降梯度分别约为399、414、430Pa／m，分别比普通套管流动壁面摩擦压降梯度增大约为17．96％、22．41％、27．14％。可见射孔孔眼的存在明显增加了井筒壁面的粗糙度，进而导致井筒流动壁面摩擦压降增大。为了分析射孔密度、射孔直径、射孔相位对射孔井筒流动总压降和混合压降的影响规律，分别给出了出口主流雷诺数为5000条件下，不同射孔密度、不同射孔直径、不同射孔相位的射孔井筒流动总压降梯度与壁面注入比的关系曲线。分别给出了出口主流雷诺数为5000条件下，不同射孔密度、不同射孔直径、不同射孔相位的射孔井筒流动混合压降梯度与壁面注入比的关系曲线。可以看出，射孔井筒出口主流雷诺数相同条件下，壁面注入比对射孔井筒流动总压降影响显著，随着壁面注入比的增大，射孔井筒流动总压降增大。壁面注入比分别为0．01％、0．1％、1％、10％时，射孔井筒流动压降梯度分别约为28、36、45、82Pa／m，分别比普通套管流动壁面摩擦压降梯度（约为29Pa／m）增大约为－3％、25％、56％、185％。说明壁面注入比较低时，射孔井筒流动总压降小于射孔井筒流动壁面摩擦压降。随着射孔密度、射孔直径、射孔相位的增大，射孔井筒流动总压降均增大，但相对壁面注入比对射孔井筒流动总压降的影响，射孔密度、射孔孔径、射孔相位的影响均较小，由此可知高壁面注入比条件下混合压降和加速度压降都比较显著。中可以看出，射孔井筒出口主流雷诺数相同条件下，随着壁面注入比的增大，射孔井筒流动混合压降增大，但壁面注入比对射孔井筒流动混合压降的影响存在一个临界值。当壁面注入比小于临界值时，射孔井筒流动混合压降为负值，说明此时壁面入流的存在降低了射孔井筒流动总压降；当壁面注入比大于临界值时，射孔井筒流动混合压降为正值，说明此时壁面入流的存在增加了射孔井筒流动总压降。临界壁面注入比的大小主要受射孔密度和射孔孔径的影响，随着射孔密度和射孔孔径增大，临界壁面注入比增大。在本研究条件下（井筒内径为124mm左右、射孔密度为8～24孔／m、射孔孔径为10～30mm）壁面临界注入比为0．05％～0．1％。

3结论

壁面注入比分别为0．01％、0．1％、1％、10％时射孔井筒流动压降分别比普通套管流动壁面摩擦压降增大约－3％、25％、56％、185％。壁面注入比对射孔井筒流动混合压降的影响存在一个临界值。当壁面注入比小于临界值时，射孔井筒流动混合压降为负值，表明壁面注入比较小时，壁面有流体注入时的压降要比无注入时的低；当壁面注入比大于临界值时，射孔井筒流动混合压降为正值，表明壁面注入比较大时，壁面有流体注入时的压降要比无注入时的高。临界壁面注入比的大小主要受射孔密度和射孔孔径的影响，随着射孔密度和射孔孔径增大，临界壁面注入比增大。本研究条件下壁面临界注入比为0．05％～0．1％。

作者：魏建光汪志明张权高学珍单位：东北石油大学