通道压裂支撑剂缝内分布规律研究

通道压裂是低渗透致密油气藏高效、低成本开发的关键技术,通过采用非连续簇团铺砂的方式,使裂缝中形成具有高导流能力的通道,但目前关于通道压裂的理论研究仍然处于起步阶段.因此,基于计算流体力学建立欧拉-欧拉固液两相流模型,对通道压裂过程中支撑剂的分布状态进行模拟,通过与实验结果进行对比,证明了所建立模型的有效性,并系统研究了不同中顶压裂液(纯压裂液脉冲段)黏度、支撑剂密度、泵注排量对通道压裂通道率的影响.结果表明,中顶压裂液的黏度从1 mPa·s增加到20 mPa·s,通道内平均通道率增加5%;支撑剂密度从1400 kg/m^(3)增加到2000 kg/m^(3)时,缝内通道率减小了7%;排量由3 m^(3)/min增加到7 m^(3)/min时,通道率由28%增加到33.5%后减小到31%.现场应用过程中应使用较高黏度中顶压裂液、较低密度支撑剂和合理的泵注排量以保证裂缝中形成有效支撑通道.

低压天然气水平井连续油管气液混相钻冲砂模型的建立与应用

苏里格气田东区北部上古生界气藏原始压力系数低,并且随采出程度的增加目前地层压力系数降低至0.4,因该区域经压裂改造后的水平井对井筒沉积物清理过程中有较高的储层保护和工艺安全要求,常规的冲砂、清砂工艺存在局限性。借鉴水平井欠平衡钻井和吐哈油田直井氮气钻磨桥塞的成功案例,以Boyun Guo和Ali Ghalambor等人的研究结果为基础,建立了井底流压、固相携带能力、施工压力和井口流速4种数学模型,并基于数学模型的计算和预测结果,于2023—2024年在苏里格气田试验应用连续油管气液混相钻冲砂6井次,单井日增气均超过2.5×104 m 3/d。试验井的随钻电子压力计数据结果显示,实测井底流压值与理论计算结果吻合,证实井底流压计算核心数学模型的准确可靠。该研究为同类井解堵增产提供了一种全新的解决方法。

垂直井筒气流携砂理论模型分析

确定垂直井筒中气流携砂的合理工艺参数，力求高速含砂气流对井口设备的冲蚀、磨蚀程度最小，又能保证有足够带出全部砂粒的气流，对气井正常生产至关重要。以砂粒受力是其运动的本质为出发点，通过分析垂直井筒中砂粒的受力情况，建立气流携砂的理论模型。在临界状态下，砂粒受力平衡，据此推导出确定气流携砂临界参数的理论公式。该模型推导的理论公式对垂直气井携砂生产具有一定的借鉴意义。

风沙环境下沙漠路基风蚀破坏数值模拟研究

基于Fluent气固两相流,运用k?ε湍流模型,对风沙环境下沙漠路基的风蚀破坏规律进行数值模拟研究。分析路基不同横断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,以及路基障碍物的存在对风沙流扰动后造成的风速减弱区和恢复区,总结路基坡面特征点的风速变化规律,与现场实测结果作比较,二者具有很好的一致性。研究结果表明,不同路基横断面下风速减弱区和恢复区的分布对路基高度变化敏感,受边坡坡率的影响较小,不同路基高度、不同边坡坡率下路基沿程风速变化明显不同。边坡坡率一定,随路基高度的增加,路基周围流场扰动被增强,迎风坡坡顶风速增大显著,背风坡坡底风速下降愈明显;路基高度一定时,边坡坡率越小,路基沿程风速变化越平缓。当边坡坡率为1:3时,路基模型高度由1m增加到3m时,迎风坡坡顶风速增加12%,背风坡坡底风速降低约80%。建议为避免沙漠路基的风蚀破坏,路基高度不宜太大,边坡坡率较小为宜。

油气水三相携砂井筒变质量流量流动实验研究

为研究稠油开采过程中多相存在条件下的井筒流动规律,基于大尺寸井筒油、气、水、砂多相复杂流动物理模拟实验装置,开展了油气水三相携砂流动实验,分析了黏度、液相主流流量、气相主流流量等参数对井筒压降规律及携砂能力的影响规律。结果表明:随着气相主流流量的增大,相同条件下,井筒压降先降低后增大;随着液相主流流量的增加,油气水三相携砂井筒流动压降增大,且基本呈线性变化;气相壁面注入对砂床高度影响不大;气相主流速度、液相主流速度对砂床高度的影响均比较大;随着气相流速与液相流速的增大,砂床高度均明显降低。在实际生产中,采取注气等措施促使液相转化为水包油乳化液将有利于提高单井效益,并保证较长的洗井周期。

粗面岩储集层地面交联酸携砂压裂技术研究

辽河油田粗面岩储集层改造,主要采用常规加砂压裂和三元酸压裂酸化,仍存在着技术局限性。在阐明储集层地质特征的基础上,对前期储集层改造技术进行了述评,并介绍了国内地面交联酸携砂压裂成效,针对辽河油田的地质需求,就实施地面交联酸携砂压裂技术方案进行了研究,地面交联酸携砂压裂新工艺技术集成了加砂压裂和酸化的技术优势,超前进行可行性研究,有助于寻求新的技术支撑,有助于科学决策。

垂直气井气流携砂实验分析

在气井开采过程中,为了避免因气流过大导致井筒中的砂粒对井口设备产生严重的冲蚀、磨蚀损坏,同时又要保证砂粒能够全部被携带出井口而不至于堆积在井底造成砂堵油管等严重事故,确定垂直气井气流携砂模型的准确性至关重要。借助自发研制的垂直井筒携砂实验装置,实验分析研究了不同气量和压力下气流携砂状况。根据实验分析得出,携砂临界参数的理论计算结果与实测数据平均误差在5%以内,理论计算误差满足工程计算精度要求。

垂直井筒气液两相携砂流动规律研究

气液两相携砂能力是气液固三相流动过程中最为重要的因素之一,直接影响油井的石油开采量。研究了含气率对气液固三相流动特征的影响、砂粒粒径对沉降末速的影响以及含气率和砂粒粒径对气液两相携砂能力的影响,首先利用模拟软件模拟不同含气率下气液固三相流动,发现含气率对流体流速影响不大,但对井筒内压力影响明显。随着含气率增加,井筒内压力随之降低。接着设计并进行砂粒沉降实验,发现随着目数增加(粒径减小),砂砾的沉降末速随之减小。最后利用模拟软件模拟气液两相的携砂过程,发现随着含气率增加,气液两相的携砂能力随之减小,举升砂粒也变得更为困难。

低黏液体井筒携砂流动规律及特征流速实验

固体颗粒在井筒中的流动规律是石油工程领域中钻井携岩和携砂生产过程涉及到的基础性问题之一,其中的携砂（岩）流速是上述工程问题的主要设计参数之一。提出了井筒中固液携砂流动的3个特征流速,分别为静水沉速、悬浮流速和携砂流速,并给出了其界定方法。使用井筒携砂流动综合模拟实验装置进行了液体黏度为1-23 mPa·s、井筒倾角为45°-90°、石英砂和陶粒尺寸为0.05-1.5 mm、井筒内径为40-100 mm范围条件下的特征流速敏感性测试实验,得到了低黏度条件下静水沉速、悬浮流速、携砂流速随颗粒尺寸、流体黏度、井筒倾角、井筒直径、材料密度的定量敏感关系和规律。利用实验数据拟合了静水沉速、悬浮流速和携砂流速三者之间的经验关系。结果表明,在相同的条件下,液体流动对颗粒的悬浮流速约为颗粒在静水中沉降速度的80.43%,这与传统将静水沉速视为临界携砂流速的观点不同;合理携砂流速约为悬浮流速的3.73倍,可以达到快速携砂要求。针对现有直接根据静水沉速计算携砂流速所存在的问题,给出了一套利用3个特征流速完成合理携砂流量设计的流程和方法。

产水气井井筒携砂机制及携砂能力评价试验与应用

对垂直井筒不同水气比和含砂体积分数下的气水砂三相流动机制及气水携砂能力进行系统的试验研究。通过试验得到单相气体携砂和气水携砂临界流速与砂粒径的定量关系和规律。根据试验数据揭示的气液携砂机制,建立不产水和产水气井的临界携砂流速模型,用于预测给定生产条件下的携砂条件和携砂能力,并提出考虑井筒携砂的新型气井综合协调曲线用于实际气井工况分析和制度调整。结果表明:一旦气井见水,气井携砂能力将比不产水条件下严重降低,气体流速和水气比是控制携砂动态的主要因素;随着水气比从零开始升高,流型依次为无携砂现象的泥状流、具有携砂能力的环雾流、段塞流,以及其他相同水气比条件下的气水两相流型;气液两相流要达到携砂条件,气体流速必须达到携液流速,并且液相流速要达到基本的单相液体携砂条件。

CO2干法压裂井筒压力与相态控制研究

液态CO2干法压裂过程中井筒压力与相态显著影响裂缝起裂和延伸。鉴于此,根据Span-Wagner状态方程,建立了CO2干法压裂井筒流动传热模型,揭示了CO2干法压裂过程中井筒压力与相态的变化规律。研究结果表明:CO2摩阻非常高,在常规施工条件下其摩阻每1 000 m超过10 MPa;排量和油管内径对井筒压降影响非常大,在满足携砂情况下可通过适当降低排量或选用较大管径油管降低摩阻;干法压裂过程中相态转变取决于井底CO2温度,而井底温度受注入温度影响最大,其次为注入排量和地温梯度,并且几乎不受油管内径影响;CO2流体密度和黏度与温度成反相关关系,井筒内CO2黏度仅为0.08~0.25 mPa·s,携砂能力差,加之滤失大,不利于压裂造缝是压裂施工失败的主要原因。研究结果可为CO2干法压裂和CO2增能压裂提供理论指导和现场借鉴。

页岩体积压裂支撑剂铺置运移模拟及其应用

支撑剂在裂缝中的运移是页岩体积压裂中的难点及研究热点,目前一般将裂缝考虑为矩形平板状,但据现场实际、室内实验、微地震监测、理论分析,体积压裂裂缝一般具有不规则齿状特征,裂缝初始延伸方向很有可能与最终延伸方向存在一定夹角,并极有可能形成裂缝网络。针对页岩体积压裂中支撑剂在粗糙、迂曲的复杂裂缝中运移的问题,通过自底向顶的方式建立了三维粗糙迂曲裂缝模型,模拟了不同粗糙程度和迂曲程度中的固液两相流,研究了压裂液和支撑剂性能对铺砂的影响。结果表明:裂缝粗糙程度越大,裂缝迂曲、扭转程度越大,裂缝内平均砂浓度越高,铺砂越均匀;压裂液流速、黏度越大,支撑剂粒径、密度越小,平均砂浓度越高,铺砂越均匀。基于此结论对某井进行了支撑剂优选和组合,压裂施工过程顺利,压后效果较好。

水平井泡沫携砾石充填数值模拟

在进行疏松砂岩水平井砾石充填完井过程中,以往均采用牛顿流体作为携砂液。泡沫流体作为非牛顿流体,比牛顿流体具有更好的携带性能,并且具有低滤失性。针对水平井砾石充填作业发生提前堵塞和携砂液进入地层问题,借鉴水平管流的固液两相流动机制,建立水平井泡沫携砾石充填两层数学模型,并且对泡沫在水平井中流动的摩阻系数进行讨论。对偏心率、砾石直径、砾石密度及泡沫干度对砾石充填效果的影响进行计算分析,并以充填效率、砂床高度及综合评价指标表征充填效果。结果表明:随偏心率增大,充填评价指标趋于增加,但增加的幅度较小;随砾石直径、砾石密度及泡沫干度的增加,充填指标趋于降低;泡沫作为携砂液进行砾石充填比牛顿流体具有更好的充填效果。