水力参数和磨料参数对前混式磨料射流切割套管的影响研究

水力参数和磨料参数对前混式磨料射流切割套管的效率有着极重要的影响。实验表明 ,前混式磨料射流切割套管的效率随着泵压的增加而增加 ;当喷嘴直径为 3.0 mm时 ,其切割效率最高 ;在磨料颗粒的直径为0 .3mm左右、磨料百分比浓度为 31%时 ,可获得最佳的切割效率。

前混式磨料水射流切割套管的深度计算模型

基于能量原理 ,建立了前混式磨料水射流切割套管的物理模型和数学模型。理论分析和实验结果表明 ,前混式磨料水射流切割套管的深度与磨料的种类有密切的关系。采用石榴石作磨料 ,其切割深度明显大于采用石英砂时的切割深度。该研究结果为将前混式磨料水射流技术应用于井下套管切割提供了理论根据。

单筒三井独桩简易平台桩腿力学性能试验研究

为了进一步提高海上边际油气田开发效益,提出将单筒三井独腿三桩简易平台简化为单筒三井独桩简易平台。设计了3种试验方案,通过室内模拟试验对单筒三井独桩简易平台桩腿强度及稳定性进行了研究。相对于无斜撑、无水泥浆固结方案和无斜撑、灌注水泥浆至水面高度固结方案,在水面处增加2根水平面投影相互垂直的斜撑、无水泥浆固结的平台结构方案可显著提高桩腿结构的横向极限承载能力。这一研究结果可为单筒三井独桩简易平台的建造、使用提供科学的依据。

疏松砂岩出砂临界流量试验研究

疏松砂岩地层出砂的危害极大,出砂临界流量的准确确定尤为重要。利用自行研制的出砂模拟试验装置,对青海油田N21储层进行了不同流体和覆压下的小岩心出砂模拟试验。结果表明:由不同压差的流量和渗透率变化、开始出砂的时间和出砂量的多少确定了不同小层的出砂临界流量;不同流体(非极性油和地层水)的出砂临界流量有很大差别,水驱临界流量明显大于油驱临界流量,储层的应力状态对出砂临界流速有很大的影响,试验结果指导了现场生产。

砾石充填条件下筛管堵塞与冲蚀特性试验

为分析油田水源井筛管失效原因和防砂周期短的内在机制,建立一套模拟井下冲蚀和堵塞问题的砾石充填筛管防砂装置,研究筛管类型、砾石种类与粒径、生产压差等因素对筛管堵塞情况以及堵塞后筛管挡砂介质与本体的损坏情况的影响,分析筛管失效的原因和井下挡砂介质堵塞的内在机制。结果表明:在套管内砾石充填完井条件下,地层砂对砾石充填层和筛管的堵塞具有非均匀性,不同射孔孔眼部位的砾石充填层内的渗流压力分布不均,筛管过滤介质堵塞存在一定随机性;携砂流体流动时的磨蚀作用是造成筛管过滤介质失效主要原因之一;射孔孔眼流出的流体可与充填层的砾石掺混,形成磨料射流冲击正对射孔孔眼处的防砂管,造成防砂管本体的冲蚀失效;地面模拟试验结果与井下取出失效防砂管特征基本一致;试验结果能够为防砂方式的选择、生产制度的建议、筛管材质的选择、筛管结构的改进等提供依据。

蠕变岩层地层刚度和松弛时间对套管外挤力的影响

蠕变岩层套管外挤力计算要考虑蠕变松弛时间和固井水泥环性能的共同作用,目前的计算模型没有同时考虑两者的影响,使得计算结果偏差较大。在考虑水泥环作用条件下,建立了蠕变地层下套管外挤力黏弹性模型,利用该模型研究了松弛时间、地层刚度和水泥环性能对套管外挤力的影响。研究结果显示,不考虑水泥环作用,蠕变岩层套管外挤力与无蠕变作用的套管外挤力最终值相同,考虑水泥环作用时,蠕变岩层套管外挤力取决于水泥环性能;与以往蠕变岩层套管外挤力主要受地应力与蠕变率影响的认识有所不同,影响蠕变岩层套管外挤力的主要因素还包括地层刚度和松弛时间,它们影响套管外挤力大小和峰值、稳定值变化趋势;考虑内压和水泥环作用时,所得到的蠕变岩层套管外挤力远大于SY/T5724-2008套管设计标准计算得到蠕变岩层套管外挤力,该标准中蠕变岩层套管外挤力计算方法仍然值得商榷。利用所建模型和实验结果,分别对伊拉克Missan油田和中原文中油田蠕变盐膏层段套管外挤力进行比较分析,在相同地应力和蠕变松弛时间作用下,地层刚度不同,套管外挤力相差很大,所得结论与现场情况相吻合。

金属网布筛网冲蚀预测几何模型优选

金属网布筛网是含砂油气田生产最常用的挡砂工具,含砂液流必然会对防砂筛管造成不同程度的冲蚀破坏,严重影响油井或气井的正常生产。针对防砂筛管几何结构复杂、冲蚀模型选择难等问题,基于流场相似理论提出了一种柱状多孔结构简化几何筛网模型,并以油井生产运行工况数据为依据优选了适宜的筛网冲蚀预测模型。在模拟中把油水考虑成均相,油水混合物密度采用含水率的加权平均来计算,油水混合物黏度按照具有较高精度的Mcadams公式计算。模拟结果与筛网喷射冲蚀试验数据进行了对比分析,发现ZHANG模型的计算结果与试验数据误差较小(16.57%),而DNV模型与OKA模型的结果与试验数据误差较大(26.4%和36.34%);DNV和OKA模型冲蚀区域比较集中,与试验结果不符,ZHANG模型下筛网的冲蚀相对发散,与室内试验比较相符。简化的几何筛网模型和优选的ZHANG模型具有较高的可靠性,可为井下筛网的选型、生产工艺设计提供参考。

金属网布防砂筛管冲蚀规律研究进展

筛管冲蚀磨损规律与管材的冲蚀规律有相似性,但因特殊编织结构而存在差异。因筛网在颗粒过筛时发生网孔堵塞和堆砂现象,造成传统失重法在室内试验研究中失准,因此针对筛网的数值模拟分析方法将更加备受关注。筛管冲蚀速率的冲蚀模型主要围绕砂粒速度,砂粒密度、砂粒浓度、砂粒粒径、冲击角度等参数展开。其中,砂粒速度和浓度是关键因素,固体颗粒在运动的过程中由于造成筛网堵塞而发生速度倍增效应,确定速度的倍增规律对筛管抗冲蚀破坏具有重要意义。

分支井构型对疏松砂岩油藏临界生产压差的影响

对疏松砂岩稠油油藏,无论采用哪种构型的分支井,主分井筒接合部区域的稳定性都很差。即使生产压差低于1MPa,该处也会发生井壁失稳垮塌,堵塞分支井眼,削弱分支对产能的贡献。因此,必须对接合部地层进行特殊处理,以提高分支井系统整体稳定性,提高生产压差。在正断型地应力场条件下,不考虑主分井筒接合部的影响,主分井筒延伸方向应尽可能沿原地最小水平主应力方向延伸。分支造斜率对接合部地层的破坏程度和破坏区域有明显影响,相同压差下,随分支造斜率增大,主、分井筒接合部塑性破坏深度呈幂函数关系减小;在主、分井筒长度及主、分井筒夹角一定时,采用较大造斜率设计的分支井系统具有更高的井眼稳定性。分支间距是影响分支井系统稳定性的另一个重要因素。当分支处于主井眼同侧时,分支间距大于45m后分支间影响可忽略;当分支处于主井眼异侧时,分支间距大于40m后分支间影响可忽略。在裸眼和主井筒下筛管两种完井方式下,分支接合部破坏深度、出砂波及区域随生产压差增大均呈指数增大。

基于冲蚀-动网格耦合的绕丝筛管冲蚀过程数值模拟

砂砾对绕丝筛管的反复冲刷并造成筛管的筛网孔径变形等局部破坏,是最终造成绕丝筛管防砂失效的主要原因。对绕丝筛管冲蚀破坏的理论研究既要考虑筛管的质量损失,也要考虑筛网变形对绕丝筛管的防砂影响。基于冲蚀-动网格耦合理论,建立了CFD有限元模型,通过Mclaury磨损预测模型与Realizable k-ε湍流模型建立了绕丝筛管液-固两相流模型,分析防砂过程中砂砾对绕丝筛管的冲蚀进化影响。同时分析了流速、砂粒直径、含砂质量分数对筛管冲蚀磨损的影响规律。通过数值模拟结果和曲线拟合方法,建立了未堵塞工况下的冲蚀预测模型。研究发现:绕丝筛管冲蚀变形区域主要集中在绕丝下游一侧、绕丝正上方与基管孔周围,并随时间延长向外扩散,直观表示出绕丝筛管冲蚀破坏开始于何处;绕丝在冲蚀进化过程中,冲蚀变形量最高且随时间延长,与比冲蚀率呈负相关,与试验结果平均误差小于2%。在不考虑砂粒堵塞工况(粒径小于123μm)下,绕丝筛管冲蚀率随流体流速增加呈指数增大,随含砂质量分数及砂粒直径的增加呈线性增大。拟合出的计算公式与数值模拟数据基本一致。因此,基于冲蚀-动网格耦合的冲蚀数值计算结果对绕丝筛管的寿命预测具有参考意义。

预充填防砂筛管在海上砂岩油藏适应性评价

我国海上油田使用独立优质筛管或者放大筛管挡砂粒径来提高产量，该措施有时会引起油井出砂不可控。设计了以砾石层为主要防砂介质的预充填防砂筛管，基于海上某油田地层特性的统计结果进行了防砂试验，结果表明：米采指数与泥质含量及含砂量成反比关系，泥质含量在5％～10％时对筛管的堵塞影响较大，且米采指数前者是后者的2．5倍；调节生产压差仅在短时间内有助于提高产量，对长效增产意义不大。对比预充填筛管与现场常用独立优质筛管的防砂效果，发现前者对海上地层适应性范围更广，更能满足油井防砂要求。

海上高温高压气井生产管柱优化设计

针对东方气田高温高压的地质环境给生产管柱下放、承压、受力变形、耐腐蚀等方面带来的一系列的技术问题,探讨了高温高压气井生产管柱的优化设计。对油管及井下工具的选型提出了具体的要求和优选办法;对不同工况下生产管柱进行了受力分析,根据管柱受力分析的结果及高温高压的特点,以东方气田D2井为例,确定了针对海上高温高压气井生产管柱采用射孔和生产联作两趟下入式结构。通过研究,能够有效地分析高温高压井的井筒温度和压力分布,以及温度和压力对油管的影响,包括温度和压力作用下油管的应力与油管的变形等,并能根据设计安全系数评价分析对象的安全性,这些计算结果可对现场作业起到一定的警示作用。

固井封隔系统纵向水力突破能力评价研究

固井封隔系统纵向上密封失效,易导致生产后期出现环空窜流而缩短油气井寿命。为此,研发水泥环纵向水力突破能力评价装置,开展水力突破能力评价实验,以流体打压验窜方式评价固井耦合系统纵向阻挡水力突破效果。分析表明,水力突破压力与水泥环的胶结强度、胶结均匀性和有效封隔长度有关。利用水泥胶结评价技术探测流体窜流通道,揭示水力突破机理,建立了一套固井封隔系统纵向阻挡水力突破能力的评价方法。

海上多层防砂生产井新型冲砂管柱设计与应用

在油井生产过程中,由于地层砂以及细颗粒从地层产出,容易堵塞筛管和筛套环空,导致渗透性降低,造成油井产能逐渐降低以及筛管冲蚀破坏等问题。常规的冲砂管柱需要下入多趟管柱,作业过程相对繁琐,同时冲砂作业周期较长。在对当前冲砂解堵技术进行调研的基础上,结合现场生产资料和数据进行了管柱和工具设计,研制出满足现场冲砂解堵需求的工具,为防砂井冲砂解堵提供技术保障。