随着我国石油开采规模的扩大,开采过程中遇到的地质条件越来越复杂,开采难度越来越大,如何实现安全生产是各大油田工作中的重要任务。近几年来,在塔里木油田山前构造带油气勘探开发过程中,常遇到地层压力高(超过70MPa)的情况,为了平衡地层压力,常常需要在泥浆中添加铁矿粉等杂质以增大泥浆密度。在这种高压大密度泥浆工况下,现有单级节流系统常常因为节流阀破坏失效而发生井喷事故,造成巨大的经济损失和人员伤亡,已经成为影响塔里木油田勘探开发的技术难题。本文针对塔里木油田的现场工况,提出采用多级节流系统解决上述问题。多级节流不仅能有效地提高节流系统的压井能力,还能改善节流阀的工况条件,增加了节流系统在压井过程中的可靠性,适合在高压高产油气层进行压井作业。本论文结合油田的现场需要,开展了多级节流系统机理研究并完成了多级节流系统的结构设计,论文期间主要做了以下几方面的工作: 1.在分析单级节流系统节流机理的基础上,提出了采用多级节流方式实现对高压高产油气层进行压井作业,并对多级节流管汇的结构进行了研究和设计。 2.分别对节流管汇中的锥形节流阀和楔形节流阀进行了流场计算,通过分析初步找到了锥形节流阀阀杆断裂、阀芯脱落和楔形节流阀阀体冲蚀破坏的原因,并对两种节流阀各自的优缺点进行了比较。 3.在分析两种节流阀失效原因的基础上,通过对楔形节流阀阀芯的优化,提出了新型节流阀的结构,经流场分析和计算证明该节流阀能满足塔里木油田现场的工况要求,适合在多级节流系统中采用。 4.设计了一套专门用于控制多级节流管汇液动平板阀的控制系统,主要目的是为多级节流系统在压井过程中实现自动控制奠定基础。 本文是与塔里木油田合作的“复杂条件下超高压油气井压力控制技术研究”项目的部分内容,其研究成果已经通过了塔里木油田勘探开发指挥部的现场试验和项目验收,为塔里木油田单级节流系统在高压高产油气层压井能力不足、可靠性差的问题找到了一条切实可行的解决办法,进一步提高了我国在高压高产油气层进行勘探开发作业的技术水平。