稠油热采井射孔孔眼应力分析及影响因素

针对稠油热采井生产过程中,射孔井段套管频繁出现损伤断裂的问题,基于弹塑性和热力学理论,采用有限元方法建立注汽—焖井—生产过程射孔套管有限元热力学耦合模型,对各阶段射孔套管应力分布特征进行研究,并开展不同射孔参数下射孔套管强度影响规律分析。研究表明:生产过程中射孔孔眼位置出现明显应力集中现象,在温差及内外压差等共同作用下,注采前期套管应力最大可达498.16 MPa,并逐渐产生塑性失效现象,当注采作业完成时,套管塑性失效现象最严重;随着射孔相位角增大,射孔密度对Mises应力值的影响逐渐减小,而套管孔眼最大应力与射孔相位角成反比关系。该研究对延长稠油热采井射孔套管使用年限和保障正常生产作业具有十分重要的意义。

水平井限流压裂对射孔孔眼冲蚀的影响

水平井限流压裂中存在携砂液冲蚀射孔孔眼现象,导致段内多簇改造不均衡,不利于地质储量的充分动用,亟需认识清楚孔眼冲蚀过程。基于孔眼摩阻公式,推导了段内多簇多孔的孔眼冲蚀模型,考虑初始孔径差异和簇间应力差,采用孔径、流量分配和孔眼摩阻的变化来量化分析孔眼冲蚀规律。研究结果表明,平均初始孔径较大、应力较小的射孔簇易产生过度冲蚀;随着孔径的增大,孔眼摩阻迅速减小,限流作用减弱,不利于缝控储量均衡动用;单纯地提升排量并不能明显减小簇间的孔眼冲蚀差异;在相对较低的携砂液浓度下,簇间孔眼冲蚀和流量分配更均匀。这说明初始孔径差异和簇间应力差是导致孔眼冲蚀不均匀的主要因素,在限流压裂设计中可通过采用等孔径射孔工艺、适当增加前置液量、优化布孔位置和数量等方法,改善施工段携砂液分配。本研究为优化水平井限流压裂设计提供了支撑。

基于DDPM的水力压裂套管孔眼冲蚀预测

水平井多簇水力压裂过程射孔孔眼冲蚀严重,给射孔段套管的强度安全性造成了一定威胁,准确实时对孔眼冲蚀进行预测已经成为压裂施工中亟待解决的问题。基于液固两相流流动,考虑实际工程应用中的孔眼高流速、高砂质量分数情况,对孔眼冲蚀速率进行模拟。模拟结果表明:不同流速时,孔眼冲蚀速率成指数增长。随着颗粒粒径的增加,孔眼冲蚀速率先减小后增加,颗粒粒径在0.45 mm附近存在一个临界值,可使孔眼的冲蚀速率最低。随着砂质量分数的增大,孔眼的冲蚀速率先增加后降低,砂质量分数在10%左右时,孔眼的冲蚀磨损最为严重。在本文模拟中孔眼冲蚀最严重工况下,10 mm的压裂射孔套管,压裂约15 h孔眼发生扩径。建议现场进行压裂作业时,应尽量保证砂子直径在0.45 mm左右以及避免砂质量分数在10%,可降低孔眼的冲蚀磨损情况。

套管孔眼压裂冲蚀大型现场实验研究

限流压裂过程中,携砂液高速流经射孔孔眼会产生严重的冲蚀现象,孔眼形态发生改变,导致孔眼限流作用失效,直接影响压裂改造效果。为明确限流压裂条件下孔眼冲蚀规律,本研究设计并搭建了孔眼冲蚀大型现场实验模拟系统,孔眼流速可达到191 m/s,套管压力达到35 MPa以上,采用真实压裂材料进行模拟实验,针对压裂施工的主要参数对套管内壁孔眼冲蚀规律进行实验研究。实验结果表明:井筒内壁孔眼冲蚀分布存在明显的不均匀性,孔眼优先沿跟端侧发生形变;压裂液黏度增大有助于孔眼限流作用保持;相同工况条件下,陶粒组冲蚀速率大于石英砂组;冲蚀速率对排量较为敏感,排量增大会加速孔眼限流失效;冲蚀速率与砂比间呈非线性关系,孔眼冲蚀速率在砂比7%~16%范围内相对稳定,砂比超过16%后,孔眼冲蚀速率急剧增大,在施工过程中建议将砂比控制在16%以下,可减缓孔眼冲蚀导致的孔眼形变。

强冲蚀不规则孔眼封堵规律实验研究

水平井分段多簇压裂能够对非常规储层形成密切割改造,同时降低压裂成本。然而,段内簇间非均衡进液严重制约了该技术的现场应用。段内暂堵利用暂堵剂封堵优势进液孔眼,迫使液流转向,从而获得均衡改造。明确加砂冲蚀孔眼封堵规律是提高段内暂堵效果,获得均衡改造的关键。本文建立了高承压孔眼封堵模拟系统,制备了5种不同形状的孔眼模型,研究了暂堵球直径、架桥颗粒浓度、填充颗粒浓度、泵注排量和孔眼形状对孔眼的封堵规律。研究结果表明,圆形孔眼封堵难度小,异形孔眼封堵难度大,需要大粒径颗粒架桥封堵孔眼边部空隙;提高颗粒浓度和泵注排量能够显著提高孔眼封堵速度;封堵孔眼时,应先泵注暂堵球封堵孔眼主通道,再泵注颗粒+纤维,如若改变泵注顺序,难以达到理想封堵效果。本文研究成果有助于提高非常规油气水平井分段多簇压裂效果。

测井信息+数学辅助解决油气井压裂后孔眼面积均匀控制难题

1.目的井下电视观测发现非均质储层压裂后的射孔孔眼面积差距较大,这会导致压裂过程中孔眼的进液量不同,改造不彻底,产量不理想。对孔眼面积造成影响的有地质、工程和流体等诸多因素,而实际施工中主控因素太多会无法控制压裂过程,也达不到改造目的。如果结合井眼位置和压裂参数,仅利用测井提供的9条曲线或者更少的曲线解释结果,通过数学方法协助寻找孔眼面积均匀测井结果的响应特征,寻找这些特征的点射孔,有利于改进设计合理性,实现均匀的孔眼面积,提高油气井产量。

JX4D24缸体冷芯工艺外观孔眼缺陷成因与对策

针对JX4D24发动机缸体冷芯盒工艺外观孔眼缺陷问题,在分析了发动机缸体铸件结构特点和铸造工艺方法的基础上,探究了发动机缸体外观孔眼缺陷产生的原因,提出了增加排气、增加局部加工余量、提高浇注温度、优化浇注系统等改善措施。改善实施后缸体外观孔眼类缺陷比例降幅达60%,极大地提升了JX4D24发动机缸体冷芯盒工艺的产品质量。

松软煤层筛管孔眼排列方式对压溃强度的影响分析

为研究筛管孔眼排列方式对压溃强度的影响,选取不同孔径、不同孔间距的筛管参数,建立有限元模型,分别计算出筛管的压溃强度。研究结果表明:当孔径较小且孔间距较大时,交错排列筛管压溃强度较高,但随着孔径的增大,其压溃强度下降幅度较大;当孔径较小时,平行排列和螺旋排列筛管压溃强度非常接近,但随着孔径的增大,螺旋排列筛管性能明显好于其余两种。

射孔孔眼磨蚀对分段压裂裂缝扩展的影响

非常规油气藏分段压裂施工中常利用射孔限流法促进段内多条水力裂缝均匀发育,压裂过程中,支撑剂会逐渐磨蚀射孔孔眼,致使射孔孔眼的限流作用失效。为研究射孔孔眼磨蚀现象对分段压裂中多裂缝发育的影响情况,耦合了孔眼磨蚀模型和水力裂缝扩展模型,建立了考虑射孔孔眼磨蚀的水平井分段压裂裂缝扩展模型。模拟结果表明:随着支撑剂磨蚀破坏射孔孔眼,孔眼的限流能力显著下降,导致压裂段内各水力裂缝尺寸差距增大。基于所建立的数值模型,研究了不同支撑剂浓度、压裂液排量条件下射孔孔眼磨蚀对压裂段内多条水力裂缝扩展的影响。结果表明:(1)压裂液内支撑剂浓度越高,射孔孔眼初期的磨蚀速度越快;(2)支撑剂浓度变化对段内裂缝扩展延伸的影响较小;(3)压裂液排量越高,射孔孔眼限流效果越好,压裂段内各裂缝发育越均匀。最后建议在分段压裂施工中尽可能提高压裂液排量,这将有助于压裂段内各裂缝的均衡发育。

水平井射孔孔眼分布方式优化分析

利用二维有限元的方法,根据热流场与渗流场的相似性,模拟水平井射孔完井后井筒及其周围流体流动的变化情况。在考虑井筒压降的情况下,研究射孔孔眼分布对水平井产能和井筒内流体流速剖面的影响。分析的孔眼分布类型有:沿井筒孔眼呈均匀分布、孔眼间距呈递增的等差数列分布、孔眼间距呈递减的等差数列分布、孔眼呈正态分布四种。分析结果有助于优化水平井射孔孔眼分布来获取最大的水平井产能或均匀的渗流剖面。

射孔孔眼表皮系数的计算与分析

阐述了射孔弹穿孔过程以及射孔损害对油气井产能的影响。介绍了一种射孔孔眼表皮系数的计算方法,分析了孔眼长度、孔眼密度、孔眼直径和相位等孔眼参数对表皮系数的影响以及与油气井产能的关系。指出穿深、孔密、相位对表皮系数和油气井产能影响较大,而孔径的影响则很小。为正确地选择合理的射孔方案,最大程度地提高油气井的产能提供了理论依据。

孔眼流入对水平井中流动影响的实验研究

设计并建立了水平井筒变质量流动模拟实验装置 .对具有射孔完井的水平井筒变质量流动进行了实验研究 ,利用先进的数据采集系统获取了大量的实验数据 .对水平井井筒单孔眼段流动阻力损失分析可知 ,流动阻力由三部分组成 :管壁摩擦阻力、加速损失和混合损失 .对实验数据进行处理得出了混合损失和主流流速与孔眼流速之间的关系 .对于一定的主流流速 ,混合损失随孔眼流速的增大而增大 ,同时 ,对于一定的孔眼流速 ,混合损失随主流流速的增大而增大 ,此时孔眼的流入对水平井筒中的流动造成的影响比较显著 .孔眼的流入增加了井筒中流动的复杂性 .对实验数据进行的回归结果表明 ,在本实验条件和范围内 ,主流流速和孔眼流速是造成混合损失的主要因素 .

射孔水平井孔眼分布优化研究

利用油藏流体渗流模型和水平井筒内流体流动模型 ,推导出了油藏井筒流体流动耦合模型 ,在该模型中考虑了两种流动的相互作用和影响。建立了以水平井产量为目标函数、以孔眼分布为决策变量的优化模型 ,将其计算结果与均匀流入剖面、均匀射孔分布的结果进行了对比。由于优化模型中考虑了水平井筒内变质量流的影响 ,从而可为现场水平井的优化设计提供理论依据。

基于序列二次规划算法的射孔水平井孔眼分布优化

基于Landman稳态渗流模型和Su井筒压降模型,考虑射孔密度对水平井产能的影响,建立以水平井产能为目标函数、孔眼位置分布为优化设计变量的两类产能优化模型。采用序列二次规划算法求解优化模型,并对无限导流和有限导流水平井的射孔密度分布进行优化。结果表明:优化射孔能有效地改善沿井筒入流剖面;射孔水平井存在最佳的射孔密度分布;为得到最大产量,无限导流井的射孔密度呈'U'型分布,有限导流水平井的射孔密度沿跟部到趾部方向逐渐降低,约在井筒长度的3/4位置处取得最小值;若要使沿井筒入流剖面尽可能均匀,则无限导流井的射孔密度呈'∩'型分布,有限导流井的射孔密度沿跟部到趾部方向逐渐升高,约在井筒长度的3/4位置处取得最大值,但最大产量略有降低。

压裂过程中孔眼摩阻计算的改进模型及应用

在低渗透油气藏的加砂压裂施工中,经常出现实际井口施工压力比设计方案所预测的压力偏高,这很大程度上归因于井筒和裂缝间的连通性差,引起井筒和裂缝间的压力损失过大。孔眼摩阻计算的准确程度直接影响破裂压力的预测,裂缝扩展的几何形态,更是限流压裂的关键参数,对压裂施工的顺利实施和压后评估有重要的影响。文章在研究分析了目前孔眼摩阻计算公式适用性的基础上,提出了考虑不同压裂液类型、粘度、排量、砂浓度、孔眼直径等参数影响下孔眼摩阻的改进模型和算法。通过5 口压裂井应用结果表明,此模型和算法与实际更吻合且易于现场应用。

优化射孔孔眼形态和定向控制油井出砂

砂岩油藏油井的不完善会降低产量及冲蚀生产设备,引起不完善的主要因素是射孔孔眼破裂,造成油井出砂。传统机械防砂技术对于某些油藏可能没有效果。为了控制油井出砂,采用模拟油井出砂的发生和严重程度来确定获得期望产量的最经济防砂方法。通过模拟破裂状况,提出了一种改善钻井和完井作业的先进技术。采用三维孔弹塑性有限元模型去模拟射孔孔眼的稳定性,在现场得到了很好的应用。

考虑射孔孔眼磨蚀对多裂缝扩展的影响规律

我国非常规油气资源丰富,压裂技术是其开发的重要手段,其中极限限流压裂技术是促进水平井压裂段均匀改造的关键技术,但井下监测表明射孔孔眼动态磨蚀严重,制约了工艺应用效果。为了解决射孔孔眼动态磨蚀带来的多裂缝扩展形态不确定性影响,提高现场工艺实际应用效果,在水平井多裂缝竞争扩展模型基础之上耦合孔眼动态磨蚀模型,然后根据实际井下射孔成像数据校正数值模型,研究了孔眼磨蚀作用下多裂缝扩展行为以及限流射孔参数优化方法。研究结果表明:(1)孔眼磨蚀作用将显著增大孔眼直径和流量系数,迅速降低射孔摩阻,加剧各簇流量分配和多裂缝扩展的非均匀程度;(2)段内应力均匀分布时,孔眼磨蚀作用随着限流作用增强而增加;(3)段内应力非均匀分布时,高应力簇裂缝扩展容易受到抑制作用,考虑孔眼磨蚀作用后将进一步加剧各簇裂缝流量分配的非均衡程度,甚至导致高应力簇裂缝停止进液,裂缝不能充分扩展。结论认为,研究结果对孔眼动态磨蚀机理研究以及改进压裂工艺设计具有重要理论和现实意义,有助力我国非常规气油气的高效开发。

套管压裂过程中射孔孔眼冲蚀数值模拟

套管压裂过程中,携砂液在射孔孔眼处产生节流,造成孔眼处发生冲蚀,使孔眼的几何参数增大甚至产生裂纹,影响施工的安全和效果。为此,利用数值模拟软件,采用欧拉-拉格朗日颗粒追踪理论,分析了不同排量和含砂量情况下射孔孔眼附近的流场、颗粒的运动轨迹及孔眼的冲蚀规律。分析结果表明,随着含砂体积分数的增大,射孔孔眼的冲蚀速率不断变大,当含砂体积分数为15%时,孔眼的冲蚀速率达到2.99×10-5m/s;当排量为9 m3/min时,射孔孔眼的冲蚀速率陡增为2.03×10-5m/s,是排量为8 m3/min时最大冲蚀速率的2倍多。研究结果可为现场射孔和压裂参数优化提供科学依据。

水平井生产特性及孔眼密度优化分析

建立了考虑油藏流入影响的水平井筒水平段流动模型 ,在给定边界条件下对模型进行了数值求解 ,得到了水平井筒沿程压力分布和流入剖面。推导了均匀流入时压力剖面、单位长度生产指数剖面以及沿水平段的孔眼分布方程 ,并用一个实例计算了在给定井产量和水平段长度时所需要的生产压差。计算结果表明 ,由于井筒中压降的存在 。

加砂压裂过程中套管孔眼抗冲蚀性能分析

目的研究加砂压裂过程中,压裂液排量和含砂比对套管射孔孔眼冲蚀的影响规律。方法运用CFD数值模拟方法,针对射孔套管内流场、流迹特性和颗粒轨迹开展模拟分析,并使用E/CRC和Oka冲蚀模型模拟了压裂施工排量为5~15 m^(3)/min、压裂液含砂比为8%~23%工况下套管射孔孔眼及附近的冲蚀情况,总结其影响规律。结果随着排量的增加,孔眼处流速激增,压降达到5.5 MPa,但在管底形成一定憋压。E/CRC冲蚀模型考虑了颗粒数量的影响,相比于Oka冲蚀模型更适合于压裂过程中套管孔眼系统冲蚀的实际情况,在孔眼处上部流量进口方向的冲蚀速度明显大于下部管道方向,且冲蚀程度向四周逐渐减小,E/CRC模型的最大冲蚀速率由2.14×10_(‒8) kg/(m^(2)·s)上升至5.85×10^(‒8) kg/(m^(2)·s)。随着压裂液含砂比的上升,E/CRC模型在孔眼处的最大冲蚀速率由2.21×10^(‒8) kg/(m^(2)·s)上升至95.6×10^(‒8) kg/(m^(2)·s),孔眼附近管壁受冲蚀区域和冲蚀速率均逐渐增大,并在含砂比达到20%以上时,孔眼附近管壁最大冲蚀速率与孔眼处已相差无几。结论排量和含砂比均与孔眼冲蚀速率成正相关,且含砂比的增大还会加速孔眼附近管壁的冲蚀。建议在高排量时使用低含砂比,高含砂比时使用低排量,以减少孔眼及附近管壁的冲蚀。