资源描述
会计学1喷嘴节流压差公式及其应用喷嘴节流压差公式及其应用研究思路研究思路伯努利方程连续性方程多喷嘴多喷嘴节流压差公式系统效率分析系统效率分析压力平衡关系式及压力平衡关系式及流体摩阻分析流体摩阻分析单喷嘴单喷嘴节流压差公式喷嘴当量直径的引喷嘴当量直径的引入及其应用入及其应用喷喷嘴嘴节节流流压压差差通通用用公公式式第1页/共80页一、单喷嘴节流压差计算公式的推导一、单喷嘴节流压差计算公式的推导第2页/共80页一、单喷嘴节流压差计算公式的推导一、单喷嘴节流压差计算公式的推导1.速度系数的引入及其物理意义速度系数的引入及其物理意义在截面1-1与2-2截面之间的伯努利方程为：22222222211PP式中：1P122P：截面1-1处的压力和速度：截面2-2处的压力和速度：流体从截面1-1到截面2-2处 的局部阻力系数：液体密度油管油管喷嘴喷嘴1122Dd流体单个喷嘴时节流流动示意图第3页/共80页一、单喷嘴节流压差计算公式的推导一、单喷嘴节流压差计算公式的推导1.速度系数的引入及其物理意义速度系数的引入及其物理意义22222222211PP21212211PP令：11212122PP理想流体：022222211PP实际流体2121202PP 202定义 为速度系数，速度系数，其物理意义物理意义是指实际流体实际流体通过喷嘴（有摩阻损失）时的速度速度与理想流体理想流体通过喷嘴时的速度速度（无摩阻损失）之比。显然速度系数小于速度系数小于1。第4页/共80页一、单喷嘴节流压差计算公式的推导一、单喷嘴节流压差计算公式的推导2.流量系数的引入及其物理意义流量系数的引入及其物理意义22VAQ pAA220220pAQ 令：dC020QCACQdpdpA20dC0Q：喷嘴收缩系数：喷嘴横截面积：喷嘴出口处缓变流动的过流面积：理想流体通过喷嘴的速度：理想流体通过喷嘴的流量：喷嘴的流量系数2A式中 为喷嘴的流量系数流量系数，其物理意义是实际流体实际流体流过喷嘴的流量流量与理想流体理想流体流过喷嘴的流量流量之比。其值小于小于1，也小于或等于喷嘴的速度系数小于或等于喷嘴的速度系数。dC第5页/共80页一、单喷嘴节流压差计算公式的推导一、单喷嘴节流压差计算公式的推导2.流量系数的引入及其物理意义流量系数的引入及其物理意义流量系数流量系数喷嘴结构喷嘴结构喷嘴内表面粗糙度喷嘴内表面粗糙度内部流体流动状态内部流体流动状态共同决定共同决定第6页/共80页一、单喷嘴节流压差计算公式的推导一、单喷嘴节流压差计算公式的推导3.单喷嘴节流压差计算公式的推导单喷嘴节流压差计算公式的推导20pdACQ 2121202PP 24dAp4222212182dCQPPd1)()()(8244242221DdDdCdCQdd02214222218dCQPPd42228dCQPd单喷嘴节流压差公式：单喷嘴节流压差公式：喷嘴节流压差，Pa：喷射液体密度，kg/m3：排量，m3/s：喷嘴流量系数，无因次：喷嘴直径，mPQdCd第7页/共80页第8页/共80页二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导油管油管喷嘴喷嘴11122Dd1流体多个不等径喷嘴时节流流动示意图多个不等径喷嘴时节流流动示意图d233喷嘴喷嘴2第9页/共80页二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导22222222211PP22223232211PP1-1截面到2-2截面：1-1截面到3-3截面：喷嘴结构一样3232PP喷嘴结构相同的不等径喷嘴，其速度和节流压差相同，只是排量分配不同而已。喷嘴结构相同的不等径喷嘴，其速度和节流压差相同，只是排量分配不同而已。2222211nndQdQdQnQQQQ21222212222211nnndddQdQdQdQ4122128dCQPd222221222)(8nddddCQP第10页/共80页二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导222221222)(8nddddCQP不等径喷嘴节流压差计算公式：不等径喷嘴节流压差计算公式：等径喷嘴节流压差计算公式：等径喷嘴节流压差计算公式：422228dnCQPdddddn21第11页/共80页第12页/共80页三、喷嘴节流压差计算公式的推广三、喷嘴节流压差计算公式的推广222221222)(8nddddCQP不等径喷嘴节流压差计算公式：不等径喷嘴节流压差计算公式：等径喷嘴节流压差计算公式：等径喷嘴节流压差计算公式：422228dnCQPd22221nedddd当量直径：当量直径：42228eddCQP喷嘴节流压差通用公式：喷嘴节流压差通用公式：当量直径当量直径dedde单喷嘴：不等径喷嘴：22221nedddd等径喷嘴：dnndde2第13页/共80页三、喷嘴节流压差计算公式的推广三、喷嘴节流压差计算公式的推广422811.0eddCQP喷嘴节流压差通用公式：喷嘴节流压差通用公式：国际单位制：矿场单位制：42216.225eddCQP单位制国际单位制PaKg/m3m3/s无因次m矿场单位制MPaKg/m3m3/min无因次mmPQdCed第14页/共80页三、喷嘴节流压差计算公式的推广三、喷嘴节流压差计算公式的推广计算条件：计算条件：喷嘴结构：6*6.3mm喷嘴流量系数：0.92喷射液体密度：1000kg/m3由上表可以看出，喷嘴节流压差与排量之间成二次方关系。排量越大，对喷嘴节流压差影响就越大。因此，在喷射过程中，准确掌握排量是非常重要的。由上表可以看出，喷嘴节流压差与排量之间成二次方关系。排量越大，对喷嘴节流压差影响就越大。因此，在喷射过程中，准确掌握排量是非常重要的。第15页/共80页第16页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率评价喷嘴的能量转换效率和系统效率喷嘴上游处的能量：221211PPE喷嘴下游处的能量：2222E压能动能动能能量转换效率：212EE对于出口圆柱形喷嘴则有：212dCEE也就是说喷嘴的流量系数的平方流量系数的平方代表了喷嘴的能量转换效率喷嘴的能量转换效率，也即喷嘴将压能转换为动能的效率取决于喷嘴的流量系数喷嘴将压能转换为动能的效率取决于喷嘴的流量系数，进一步的与喷嘴的结构、内表面粗糙度和流体流态有关。因此，喷嘴的流量系数对喷射效果起着关键性的作用。喷嘴的流量系数对喷射效果起着关键性的作用。1.1 评价喷嘴的能量转换效率评价喷嘴的能量转换效率第17页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率评价喷嘴的能量转换效率和系统效率例如，假设喷嘴的流量系数为流量系数为0.9，则喷嘴的能量转换效率为能量转换效率为0.81。也就是说喷嘴将。也就是说喷嘴将81%的压能转换为流体的动能的压能转换为流体的动能，其余19%则由于局部摩阻局部摩阻而损失掉了。喷嘴流量系数 ，能量转换效率 ，相同条件下喷射效果就越好。1.1 评价喷嘴的能量转换效率评价喷嘴的能量转换效率第18页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率评价喷嘴的能量转换效率和系统效率 因此，筛选喷嘴时，应选取流量系数高的喷嘴筛选喷嘴时，应选取流量系数高的喷嘴。也即必须考虑喷嘴的结构、材质、结构、材质、加工工艺加工工艺。1.2 喷嘴优选喷嘴优选喷嘴结构优选：喷嘴结构优选：由下表可以看出，流线型和圆锥收敛型流线型和圆锥收敛型喷嘴流量系数最高，但流线型喷嘴加工难度大，故目前选择圆锥收敛型喷嘴圆锥收敛型喷嘴。目前实际加工喷嘴流量系数在0.90.95之间。加工要求：加工要求：加工喷嘴时内表面光洁度光洁度要求高，以提高喷嘴的流量系数和耐磨性。喷嘴材质：喷嘴材质：经过筛选，目前国内喷嘴材料为硬质合金硬质合金，其耐磨性基本能满足现场施工要求。同时，也在准备引进国外最新材料ROCTEC500。第19页/共80页薄壁孔口外伸短管内伸短管圆锥收敛型圆锥扩张型流线型喷嘴结构类型收缩系数速度系数流量系数流量系数薄壁孔口0.640.970.62外伸短管1.000.820.82内伸短管1.000.710.71圆锥收敛型0.980.960.95圆锥扩张型1.000.450.45流线型1.000.980.98不同喷嘴结构对应的流量系数不同喷嘴结构对应的流量系数第20页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率评价喷嘴的能量转换效率和系统效率1.3 评价喷射系统效率评价喷射系统效率地面压力喷嘴上游压力喷嘴下游压力流体沿程摩阻损失喷嘴局部摩阻损失sfsfssbPPPPPPP1122dC地面到喷嘴前的转换效率喷嘴转换效率：喷射系统效率：21实例：地面油管压力：30MPa； 流体沿程摩阻：10MPa； 喷嘴流量系数：0.9%7 .661地面到喷嘴前的效率：喷嘴的转换效率：整个喷射系统的效率整个喷射系统的效率：%819 . 022%5421第21页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率评价喷嘴的能量转换效率和系统效率1.3 评价喷射系统效率评价喷射系统效率提提高高喷喷射射系系统统效效率率提高喷嘴流量系数降低流体摩阻增加管柱内径采用组合管柱全部采用大管径油管适当控制排量优选喷嘴结构降低喷嘴内表面粗糙度第22页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用2.评价喷嘴的磨损情况评价喷嘴的磨损情况 由于喷嘴在施工后其磨损是不均匀不均匀的，有些磨损严重，有些较轻。这可能与以下两方面有关：地层裂缝产生的方位。布孔方式。多个喷嘴存在喷射流体的相互干扰，导致其压力分布发生了变化。 因此，我们要评价喷嘴的在施工前后的磨损情况，只能通过当量直径当量直径进行评价。也即将多个喷嘴等效成一个喷嘴多个喷嘴等效成一个喷嘴，对应的直径为当量直径。第23页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用2.评价喷嘴的磨损情况评价喷嘴的磨损情况42228eddCQP喷嘴节流压差通用公式：喷嘴节流压差通用公式：当量直径当量直径dedde单喷嘴：不等径喷嘴：22221nedddd等径喷嘴：dnndde2在施工前在施工前，喷嘴节流压差计算公式采用，喷嘴节流压差计算公式采用等径喷嘴计算公式等径喷嘴计算公式；在施工结束后或在施工过程中在施工结束后或在施工过程中，计算喷嘴节流压差，则应采用，计算喷嘴节流压差，则应采用不等径计算公式不等径计算公式。上述两个阶段都对应各自的当量直径，比较当量直径的变化就可以得出喷嘴的磨损情况，与多个喷嘴时完全等效，且实用、方便。上述两个阶段都对应各自的当量直径，比较当量直径的变化就可以得出喷嘴的磨损情况，与多个喷嘴时完全等效，且实用、方便。第24页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用2.评价喷嘴的磨损情况评价喷嘴的磨损情况此外，有一点应该认识到，喷嘴在不断磨损过程中，除了其尺寸变大外，其流道和内表面粗糙度也发挥生了了变化，最终导致流量系数降低，系统效率降低，这里假设流量系数与喷嘴出口直径成以下关系：0101deedCddC施工前喷嘴的当量直径和流量系数施工后喷嘴的当量直径和流量系数0ed0dC1ed1dC施工过程中喷嘴的磨损喷嘴直径变大喷嘴直径变大喷嘴出口形状和流道改喷嘴出口形状和流道改变变喷嘴内表面粗糙度增喷嘴内表面粗糙度增加加喷嘴流量系数降喷嘴流量系数降低低喷嘴节流压差降喷嘴节流压差降低低喷射速度大大降喷射速度大大降低低喷射效率大大降喷射效率大大降低低第25页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用2.评价喷嘴的磨损情况评价喷嘴的磨损情况2.1 实例计算实例计算杏平杏平7第三段第三段杏平7采用的是水力喷砂射孔压裂一体化工艺，喷嘴采用6个直径6.3mm的喷嘴。其中第三段采用一趟管柱压裂，压裂时施工排量1.8m3/min。则施工前喷嘴的当量直径为：也就是说，采用6个6.3mm的喷嘴与采用1个15.43mm的喷嘴，在相同情况下，两者的节流压差和喷射速度节流压差和喷射速度完全一样。 在第三段施工后，其喷嘴出口直径发生了不均匀磨损，经测得分别为7.7mm、6.8mm、7.9mm、9.1mm、7.5mm、8.3mm，则此时喷嘴的当量直径为：mmndde43.1563 . 60mmde39.193 . 85 . 71 . 99 . 78 . 67 . 72222221第26页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用2.评价喷嘴的磨损情况评价喷嘴的磨损情况2.1 实例计算实例计算杏平杏平7第三段第三段节流压差15.88MPa喷嘴当量直径15.43mm喷嘴当量直径19.39mm喷射速度160.48m/s施工过程中喷嘴磨施工过程中喷嘴磨损损节流压差10.07MPa喷射速度101.65m/s节流压差降低节流压差降低5.81MPa也就是说，当喷嘴当量直径由也就是说，当喷嘴当量直径由15.43mm变化到变化到19.39mm时，喷嘴节流压差降低了时，喷嘴节流压差降低了5.81MPa，而这可以从施工曲线上进行验证。，而这可以从施工曲线上进行验证。计算参数：计算参数：施工排量：施工排量：1.8m3/min施工前喷嘴流量系数施工前喷嘴流量系数Cd0：0.9第27页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用2.评价喷嘴的磨损情况评价喷嘴的磨损情况2.1 实例计算实例计算杏平杏平7第三段第三段加砂前井口油压：35MPa停止加砂后顶替时井口油压：28MPa由实际施工可以看出，在施工前后，相同排量下井口油压从35MPa降低到28MPa，降低了7MPa，而我们从理论公式估算出降低了5.81MPa，仅仅相差1.19MPa。表明理论计算具有一定的精确度和可靠性表明理论计算具有一定的精确度和可靠性。第28页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用2.评价喷嘴的磨损情况评价喷嘴的磨损情况综上所述，借助于上述理论，我们可以根据实际施工的压力变化情况估算出对应的喷嘴当量直径的变化，进一步估算出喷射速度是否能满足施工的需要，以便及时调整参数，提高施工的可靠性。综上所述，借助于上述理论，我们可以根据实际施工的压力变化情况估算出对应的喷嘴当量直径的变化，进一步估算出喷射速度是否能满足施工的需要，以便及时调整参数，提高施工的可靠性。施工压力变化量喷嘴当量直径变化量估算喷射速度决策是否需要是否需要调整参数调整参数能否进行能否进行下一段的下一段的施工施工第29页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力以喷嘴为节点，对喷射系统进行分析，可以得出，喷射系统的压力平衡关系式：cocoffPPPPP21)(静静喷嘴节流压差 井口油压 井口套压 油管静水压力 环空静水压力 油管摩阻 环空摩阻42228eddCQP第30页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力首先，对加砂前的井口压力进行预测，加砂前油管静水压力和环空静水压力一样。另外，套压可以近似认为等于零。故此时水力喷射过程中压力平衡关系式可以简化为：cooffPP也就是说，要能准确的预测井口油压，必须准确预测喷嘴节流压差喷嘴节流压差和不同排量下的流体摩阻流体摩阻。第31页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力校校正正喷嘴节流压差计算公喷嘴节流压差计算公式式实验验证实验验证满足工程要求否满足工程要求否？否否是是流体摩阻计算公式优选流体摩阻计算公式优选流体摩阻流体摩阻理论理论计算公式计算公式流体摩阻流体摩阻经验经验计算公式计算公式计算井口油压计算井口油压实际施工压力实际施工压力对比对比满足工程要求否？满足工程要求否？是是校正校正否否预测加砂前施工压力预测加砂前施工压力判断管柱工作性能判断管柱工作性能计算思路：计算思路：第32页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.1 喷嘴节流压差公式的验证喷嘴节流压差公式的验证2006年5月，在西峰油田进行了水力喷射工具的模拟试验。试验采用了2个个6.3mm的喷嘴。相关施工数据和曲线见下表。第33页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.1 喷嘴节流压差公式的验证喷嘴节流压差公式的验证排量,m3/min施工压力,MPa喷嘴节流压差公式计算出的预测压力,MPa流量系数Cd=0.9流量系数Cd=0.92流量系数Cd=0.950.827.528.2327.0225.341.043.144.1142.2239.59由于地面模拟试验管线较短，流体摩阻几乎可以忽略，故由喷嘴节流压差计算公式计算出的压力就应该是实际的施工压力。由上表可以看出，当喷嘴流量系数取0.92时，由喷嘴节流压差计算公式计算出的压力与实际施工压力比较符合。由此可以得出：喷嘴节流压差公式是可以用来预测井口油压的，误差较小，可以满足工程要求。喷嘴节流压差公式是可以用来预测井口油压的，误差较小，可以满足工程要求。目前采用的喷嘴的流量系数为目前采用的喷嘴的流量系数为0.92。第34页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.1 理论方法的可信度评价理论方法的可信度评价目前，北京石油大学在计算喷射过程中流体摩阻时沿用了钻井液的计算公式，计算结果见下表。排 量 ,m3/min油管压耗，MPa套管压耗，MPa油管压耗+套管压耗，MPa1.29.161.7510.911.513.542.5916.131.818.633.5622.192.124.44.6729.072.430.825.8936.71计算条件计算条件：油管外径：73mm；油管内径62mm；套管外径139.7mm，套管内径127.3mm，油管长度1000m。第35页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.1 理论方法的可信度评价理论方法的可信度评价由上表可以看出，在1.8m3/min的排量下，1000m井深时：油管摩阻为油管摩阻为18.63 MPa，环空摩阻为环空摩阻为3.56 MPa，两者相加为，两者相加为22.19 MPa。显然这与实际施工严重不符。实际施工井深均大于1000m，但在1.8m3/min的排量下井口油压也只有25MPa左右，根据上述摩阻计算此时节流压差低于节流压差低于5MPa，这显然不可能。 故流体摩阻计算公式并不可信，计算误差特别大，不能满足工程要求。故流体摩阻计算公式并不可信，计算误差特别大，不能满足工程要求。第36页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.2 经验方法的可信度评价经验方法的可信度评价针对该问题，提出利用现场经验数据计算，具体如下表。油管摩阻计算油管摩阻计算排量排量摩阻系数摩阻系数排量排量摩阻系数摩阻系数排量排量摩阻系数摩阻系数m3/minMPa/1000mm3/minMPa/1000mm3/minMPa/1000m0012.29423.7920.10.6011.12.4252.14.0090.20.8761.22.5732.24.2650.31.1041.32.6952.34.4860.41.3061.42.8132.44.7090.51.5181.52.9482.54.9330.61.6861.63.062.65.1980.71.8431.73.172.75.4260.82.0171.83.3292.85.6560.92.1591.93.5772.95.926第37页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.2 经验方法的可信度评价经验方法的可信度评价油套环空摩阻计算油套环空摩阻计算排量排量摩阻系数摩阻系数排量排量摩阻系数摩阻系数排量排量摩阻系数摩阻系数m3/minMPa/1000mm3/minMPa/1000mm3/minMPa/1000m0010.60920.9660.10.1371.10.6482.10.9880.20.2091.20.6922.21.0130.30.271.30.7282.31.0350.40.3261.40.7642.41.0550.50.3851.50.8052.51.0760.60.4321.60.8392.61.0990.70.4781.70.8722.71.1180.80.5281.80.9052.81.1370.90.5691.90.9432.91.159第38页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.2 经验方法的可信度评价经验方法的可信度评价为了进一步研究摩阻的关系式和便于实际应用，对经验数据进行拟合，得到下图。QQQfo5468. 35832. 1375. 023:9 . 20Q相关系数为相关系数为0.99596。拟合精度很高，可以满足实际计算要求。拟合精度很高，可以满足实际计算要求。Q排量，m3/min；fo油管摩阻系数，MPa/1000m第39页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.2 经验方法的可信度评价经验方法的可信度评价:9 . 20QQQfc7229. 01161. 02相关系数为相关系数为0.9911。拟合精度很高，可以满足实际计算要求。拟合精度很高，可以满足实际计算要求。Q排量，m3/min；fc油套环空摩阻系数，MPa/1000m对油套环空摩阻经验数据进行处理，得到下图，并对其进行拟合。第40页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.2 经验方法的可信度评价经验方法的可信度评价:9 . 20QQQfc7229. 01161. 02Q排量，m3/min；fo油管摩阻系数，MPa/1000mfc油套环空摩阻系数，MPa/1000m由此可以得出计算油管摩阻和油套环空摩阻的经验关系式。QQQfo5468. 35832. 1375. 023油管摩阻：油套环空摩阻：第41页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.2 经验方法的可信度评价经验方法的可信度评价由此可以得出计算油管摩阻和油套环空摩阻的经验关系式，根据经验关系式可以计算出不同排量下的摩阻系数。见下表排量,油管摩阻系数,油套环空摩阻系数,总摩阻系数总摩阻系数,排量,油管摩阻系数,MPa/1000m油套环空摩阻系数,总摩阻系数总摩阻系数,m3/minMPa/1000mMPa/1000mMPa/1000mm3/minMPa/1000mMPa/1000m00001.93.60.954.550.61.640.392.0323.760.984.740.82.020.52.522.13.941.014.9512.340.612.952.24.131.035.161.22.620.73.322.34.351.055.391.42.890.783.682.44.581.075.641.53.020.823.852.54.831.085.911.63.160.864.022.65.111.096.21.73.30.894.192.75.421.116.521.83.440.934.372.85.751.116.86适用范围：适用范围：27/8油管油管+51/2 套管套管第42页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证流体摩阻计算方法探讨及其验证3.2.2 经验方法的可信度评价经验方法的可信度评价由于上述计算公式是通过现场实际数据整理得到的，故认为是可信的。此外，如果经验公式计算出的摩阻有较大误差，而喷嘴节流压差公式已经得到室内试验和现场模拟试验的证明是可信的，那么由经验公式和喷嘴节流压差计算出的井口压力应该与实际误差也较大。因此，下面通过间接法来验证经验公式的可靠性。第43页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力井号井号喷点位置喷点位置,m施工排量施工排量,m3/min施工压施工压力力,MPa计算节流计算节流压差压差,MPa计算流体计算流体摩阻摩阻 ,MPa预测压预测压力力,MPa绝对误绝对误差差,MPa相对误相对误差差,%塞塞390-221931111.24.695.6910.38-0.827.34黄黄552635111.54.697.7612.450.958.27杏杏74-0316501.824.115.27.2122.41-1.697.03塞塞388-2419961.826.515.28.7223.92-2.589.75黄黄5526351.826.515.211.5126.710.210.78罗罗628601.830.215.212.4927.69-2.518.32塞塞389-211930227.618.769.1527.910.311.13塞塞390-221958222.418.769.2928.055.6525.2塞塞390-2219312.129.4820.699.5530.240.762.58塞塞392-2620062.128.520.699.9230.612.117.4塞塞390-2219582.226.522.710.1132.816.3123.8池池5120322.232.522.710.4933.190.692.12安安8115302.438.127.028.6335.65-2.456.42庄庄26-1618302.4630.9728.3910.6239.018.0425.96注：只针对直井中工具第一次施工时的施工分析，且只预测加砂前的施工压力注：只针对直井中工具第一次施工时的施工分析，且只预测加砂前的施工压力直井水力喷射压裂施工中施工压力与计算压力的比较直井水力喷射压裂施工中施工压力与计算压力的比较3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证第44页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证由上表可以看出，大部分井预测压力与实际施工压力误差在10%以内。只有塞390-22、庄26-16井预测出的误差大于20%，根据分析认为，这是由于施工时仪表显示排这是由于施工时仪表显示排量明显低于实际排量导致。分析如下：量明显低于实际排量导致。分析如下：塞塞390-22井射孔曲线井射孔曲线第45页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证塞塞390-22压裂曲线压裂曲线1.结合射孔曲线与压裂曲线分析认为，很有可能是射孔时排量过低才导致该井在经过几次憋压后才压开。2.与塞389-21对比发现，两者喷点位置接近，排量均为2m3/min时，塞389-21施工压力为27.6MPa，而该井仅仅为22.4MPa。因此，该井排量明显偏低。经过分析认为塞经过分析认为塞390-22井预测误差偏大是因为仪表排量明显低于实际排量导致的。井预测误差偏大是因为仪表排量明显低于实际排量导致的。第46页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证1.结合施工曲线分析认为，该井与塞390-22一样，地层难以以压开很可能是因为射孔时排量过低导致的。2.与安81井对比可知，安81井喷点位置比该井浅，排量也比该井低，而施工压力却比该井高7.13MPa。因此，该井排量也明显偏低。3.根据加砂后曲线特征计算表明，该井实际排量也低于显示排量。经过分析认为庄经过分析认为庄26-16井预测误差偏大同样是因为仪表排量明显低于实际排量导致的。井预测误差偏大同样是因为仪表排量明显低于实际排量导致的。第47页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa计算流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%仪表显示实际预测塞390-22195821.81.822.415.28.5523.751.356.03塞390-2219582.22 226.518.769.2928.051.555.83庄26-1618302.462.262.2630.9723.969.733.662.698.68三口井反算的实际排量与仪表显示排量的比较三口井反算的实际排量与仪表显示排量的比较采用试错法，进行反算，认为上述3口井在实际施工时，实际排量比仪表显示排量要低约0.2m3/min。采用反算的排量后，误差均在10%以内。第48页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证喷嘴节流压差计算公喷嘴节流压差计算公式式流体摩阻经验计算公式流体摩阻经验计算公式预测加砂前施工压力预测加砂前施工压力判断管柱工作性能判断管柱工作性能地地面面加加砂砂油管静水压力和环油管静水压力和环空静水压力改变空静水压力改变喷嘴节流压差改变喷嘴节流压差改变预测加砂后施工压力变化预测加砂后施工压力变化直井水力喷射射孔整个过程计算步骤：第49页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证对于水平井，有一个问题就是如何计算摩阻如何计算摩阻。前面的摩阻经验计算公式是通过直井的数据统计得出来的，该公式能否适用于水平井？为此，我们首先按照实际喷点位置进行计算，然后再根据计算结果进行校正。第50页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证庄平庄平7、庄平、庄平12井井两口井均为国外公司施工，采用了两口井均为国外公司施工，采用了6个个5.3mm喷嘴，流量系数取喷嘴，流量系数取0.98。第51页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证庄平庄平12及庄平及庄平7施工压力与预测压力比较施工压力与预测压力比较井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa计算流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%庄平1221601.832.326.749.4336.173.8711.99庄平1223101.832.226.7410.0936.834.6314.37庄平1224581.836.126.7410.7337.471.373.8庄平722071.8634.528.559.8838.433.9311.39庄平724051.8538.128.2510.7238.970.872.28注：两口井为国外公司施工，注：两口井为国外公司施工， 采用了采用了6个个5.3mm喷嘴。且计算只针对工具的第一次施工，喷嘴流量系数取喷嘴。且计算只针对工具的第一次施工，喷嘴流量系数取0.980.98由上表中的绝对误差项可以看出，预测压力均比实际施工压力要高。而喷嘴流量系数为0.98，喷嘴节流压差计算不应该偏高，故很有可能是摩阻计算偏高所致。为此，我们对摩阻进行校正，均乘以校正系数校正系数0.8，计算结果见下表。第52页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证庄平庄平12及庄平及庄平7施工压力与校正后的预测压力比较施工压力与校正后的预测压力比较由上表可以看出，在对流体摩阻进行均乘以校正系数校正系数0.8后后，整体误差明显降低，均在10%以内，可以满足现场计算的要求。井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa校正后的流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%庄平1221601.832.326.747.5534.291.996.15庄平1223101.832.226.748.0734.812.618.1庄平1224581.836.126.748.5935.33-0.772.14庄平722071.8634.528.557.936.451.955.66庄平724051.8538.128.258.5836.83-1.273.34第53页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证地平地平1井井采用6个6.3mm喷嘴喷射射孔未压开采用6个5.5mm喷嘴喷射射孔水力射孔施工过程：水力射孔施工过程：第54页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证地平地平1第一次施工压力与预测压力比较（校正前）第一次施工压力与预测压力比较（校正前）井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa计算流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%地平127841.113.25.688.7414.421.229.25地平127841.926.516.9312.6729.63.111.69地平127842.234.522.714.3737.072.577.45注：注： 采用了采用了6个个6.3mm喷嘴。且计算只针对工具的第一次施工，喷嘴流量系数取喷嘴。且计算只针对工具的第一次施工，喷嘴流量系数取0.92 地平地平1第一次施工压力与预测压力比较（校正后）第一次施工压力与预测压力比较（校正后）井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa校正后流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%地平127841.113.25.686.5612.24-0.967.31地平127841.926.516.938.1926.43-0.070.26地平127842.234.522.79.7333.48-1.022.96对比两表可以看出，在对流体摩阻校正后，整体计算误差降到在对流体摩阻校正后，整体计算误差降到10%以内以内。第55页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证地平地平2井井第56页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa校正后的流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%地平2247819.94.695.8410.530.636.35地平224781.514.610.557.6318.183.5824.49地平22478218.718.769.428.169.4650.59地平224782.219.622.710.2332.9313.3368.02地平226601.8125.615.349.3324.67-0.933.63地平地平2井施工压力与预测压力比较（校正后）井施工压力与预测压力比较（校正后）由上表可以看出，地平2在喷点为2478m处水力射孔时，压力明显偏低。分析可能是球座坐封不严或施工时地面设备存在供液不足造成的。第57页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证其他井其他井排量低于排量低于1.2m3/min时时井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa计算流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%路平2147419.14.694.349.03-0.070.75吴平52095110.94.696.1710.86-0.040.36靖平421461.0311.54.986.4511.43-0.070.62吴平5226519.54.696.6711.361.8619.59吴平72346112.94.696.9111.6-1.310.08靖平42350111.34.696.9211.610.312.76吴平826921114.697.9312.621.6214.72吴平422001.215.56.757.3114.06-1.449.26低排量时施工压力与预测压力的比较（校正前低排量时施工压力与预测压力的比较（校正前）由上表可以看出，对于排量低于1.2m3/min时，使用直井经验摩阻计算公式基本上可以满足计算要求。在1m3/min排量下，大部分井可以实现球座密封。只有2口井在此排量下，钢球不能将球座密封，表现为施工压力比理论预测压力要低。第58页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证其他井其他井排量低于排量低于1.2m3/min时时低排量时施工压力与预测压力的比较（校正后低排量时施工压力与预测压力的比较（校正后）井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压力,MPa计算节流压差,MPa计算流体摩阻 ,MPa预测压力,MPa绝对误差,MPa相对误差,%路平2147419.14.693.478.16-0.9410.29吴平52095110.94.694.949.63-1.2711.68靖平421461.0311.54.985.1610.14-1.3611.84吴平5226519.54.695.3410.030.535.55吴平72346112.94.695.5310.22-2.6820.79靖平42350111.34.695.5410.23-1.079.49吴平826921114.696.3411.030.030.3吴平422001.215.56.755.8512.6-2.918.7由该表可以看出，对于低排量，校正后整体计算误差反而变大。故对于排量小于故对于排量小于1.2m3/min时，摩阻计算直接采用经验公式，没有必要乘以校正系数时，摩阻计算直接采用经验公式，没有必要乘以校正系数0.8。第59页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证其他井其他井排量大于排量大于1.7m3/min时时由下表可以看出，当排量大于1.7m3/min时，经过校正后的理论预测井口油压与实际施工油压比较接近，整体误差均小于小于10%，可以作为施工前的预测参考值，也可以用来判断施工过程中压力是否异常。第60页/共80页井号喷点位置,m施工排量,m3/min施工压施工压力力,MPa计算节流压差,MPa校正后流体摩阻 ,MPa预测压预测压力力,MPa绝对误绝对误差差,MPa相对误相对误差差,%路平115601.821.115.25.4520.65-0.452.13吴平520951.823.815.27.3222.52-1.285.38吴平221941.8123.815.377.723.07-0.733.08吴平422001.824.515.27.6922.89-1.616.59吴平522651.825.115.27.9123.11-1.997.92吴平623221.8924.6716.768.4225.180.512.06吴平723461.8222.215.548.2623.81.67.22靖平423501.822.515.28.2123.410.914.04吴平423901.8123.915.348.3823.72-0.180.74吴平124361.8224.915.548.5824.12-0.783.13吴平724601.7923.715.038.5623.59-0.110.47地平226601.8125.615.349.3324.67-0.933.63吴平826921.823.115.29.424.61.56.51杏平71850227.618.767.0225.78-1.826.6靖平421462.127.920.698.4929.181.284.59吴平12295228.118.768.7127.47-0.632.25靖平423502.230.822.79.732.41.65.21吴平724602.1429.821.489.931.381.585.3吴平826922.134.220.6910.6531.34-2.868.36吴平824962.1530.321.6810.0931.771.474.84大排量时施工压力与预测压力的比较（校正后大排量时施工压力与预测压力的比较（校正后）第61页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证水平井水力喷射射孔整个过程计算步骤：喷嘴节流压差喷嘴节流压差计算公式计算公式流体摩阻经验流体摩阻经验计算公式计算公式排量小于排量小于1.2m3/min,校正系数校正系数=1排量大于排量大于1.7m3/min,校正系数校正系数=0.8预测加砂前施工压力预测加砂前施工压力判断管柱工作性能判断管柱工作性能地地面面加加砂砂油管静水压力和环油管静水压力和环空静水压力改变空静水压力改变喷嘴节流压差改变喷嘴节流压差改变预预测测加加砂砂后后施施工工压压力力变变化化第62页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用4 .判断施工压力是否异常的经验方法判断施工压力是否异常的经验方法喷点位置施工排量,m3/min参考施工压力,MPa2000260011113200027001.82326大于1800227喷嘴结构为喷嘴结构为6*6.3mm，只针对工具第一次施工，只针对工具第一次施工施工压力参考范围施工压力参考范围若若喷点位置和排量喷点位置和排量在上述范围内，而在上述范围内，而施工压力却明显不在参考范围内施工压力却明显不在参考范围内，认为施工可能，认为施工可能存在异常存在异常。4.1 施工压力参考范围施工压力参考范围第63页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用4 判断施工压力是否异常的经验方法判断施工压力是否异常的经验方法4.2 通过提高排量来验证施工压力是否正常通过提高排量来验证施工压力是否正常4.2.1 通过排量每提高通过排量每提高0.1m3/min时井口油压增加量来判断时井口油压增加量来判断下表计算了从1m3/min到2.6m3/min，排量每提高0.1m3/min时井口油压的增加量。计算井深为1000m。第64页/共80页四、喷嘴节流压差计算公式的应用四、喷嘴节流压差计算公式的应用施工排量,m3/min计算节流压差,MPa节流压差增加值,MPa校正后流体摩阻 ,MPa流体摩阻增加值,MPa总增加值,MPa14.692.951.15.680.993.140.191.181.26.751.073.320.181.251.37.931.183.500.18
展开阅读全文