可自适应膨胀防砂筛管性能评价试验研究

用自主开发的模拟试验装置对可自适应膨胀防砂筛管进行性能评价试验研究和工艺参数优选。试验研究与分析表明,采用可膨胀防砂筛网、砾石充填膨胀层和内支撑割缝筛管构成的复合防砂体系防砂效果明显;筛管砾石膨胀层充填厚度为25~30 mm时,能够保持较好的渗流性能;膨胀层砾石充填压力为15~20 MPa时,膨胀力恰当,能够有效实现筛套之间的零环空,保持较大的渗透率和流量;膨胀层填充砾石与地层砂中值比为7左右时,易于形成稳定砂桥,防砂效果好。可为油田防砂筛管的设计和现场应用提供参考。     

微粒运移对砾石充填防砂效果影响研究

筛管砾石充填防砂是胜利油田疏松砂岩油藏主导的防砂工艺,随着砾石充填防砂井提液生产,油井生产压差增大,地层砂中细小微粒被流体携带运移到砾石层,导致砾石充填层渗透率下降、附加压降增大,严重影响了砾石充填防砂井产能。通过室内实验、矿场试验及数值计算研究了微粒运移对砾石充填层渗透性、附加压降等影响。结果表明,固相含量5%钻井液和粒径0.01~0.02 mm地层微粒使砾石充填层渗透率下降最高达67%。防砂筛管附加压降在0.1 MPa以下,石英砂附加压降0.35 MPa,陶粒附加压降0.13 MPa。微粒运移到防砂层后,石英砂附加压降增加到0.65 MPa,陶粒附加压降增加到0.45 MPa。因此,油井采取提液等措施生产应严格控制采液强度和生产压差,避免地层微粒运移导致油井出砂或液量大幅降低。     

筛管砾石充填油井产能预测研究(I)－基本模型

在常规套管射孔井产能预测的基础上,考虑射孔炮眼内的充填砾石、筛套环空砾石层以及筛管造成的附加表皮,建立了筛管砾石充填防砂井的产能预测模型。计算分析表明,炮眼砾石层及地层是主要压降区域,充填后砾石层的渗透率及射孔参数是影响砾石充填井产能的主要因素。     

筛管砾石充填油井产能预测研究（Ⅰ）——基本模型

在常规套管射孔井产能预测的基础上,考虑射孔炮眼内的充填砾石、筛套环空砾石层以及筛管造成的附加表皮,建立了筛管砾石充填防砂井的产能预测模型。计算分析表明,炮眼砾石层及地层是主要压降区域,充填后砾石层的渗透率及射孔参数是影响砾石充填井产能的主要因素。     

可自适应膨胀防砂筛管结构设计及防砂机理研究

在分析油层出砂机理的基础上,介绍了可自适应膨胀防砂筛管的结构组成和防砂机理。外层防护外壳起到保护内层结构和填充砾石的作用,使地层砂在管外形成"砂桥",作为初级挡砂屏障;可膨胀防砂筛网阻挡砾石在筛管膨胀过程中从防护外壳的孔隙漏失,形成第2级挡砂屏障;砾石充填层以砾石作为膨胀介质,可实现可自适应膨胀,并对原油过滤,形成第3级挡砂屏障;内支撑割缝筛管在可自适应膨胀防砂筛管的下入、起出过程中提供支撑,并防止地层砂进入中心管,形成第4级挡砂屏障。该装置综合了可膨胀筛管、砾石充填筛管和割缝筛管的防砂优点,有效地提高了防砂效果。     

新型预充填筛管在渤海QHD32-6油田的应用

砾石充填完井作业时间长，质量控制难度大，充填效率难以保证，用于海上油田综合成本较高，工艺应用受限。研发一种新型预充填筛管，并在渤海QHD32-6油田调整井中使用。新型预充填防砂筛管是在车间充填砾石后，直接下入生产井完井防砂井段，依靠充填砾石层实现高效防砂，与传统预充填筛管相比，预充填的砾石不固结，密度低，亲油疏水，具有强自洁能力。现场使用表明:新型预充填筛管在挡砂精度、抗堵能力、下入阻力方面有显著优势，且具有部分控水功能，是可部分替代现场砾石充填防砂完井的新型防砂工具，可用于提速增效、增油控水，大位移水平井的高效防砂。     

管内挤压砾石充填防砂技术在大斜度井中的应用

大港油田埕海一区开发井基本都是大斜度井,水平位移长,水垂比高,一些大斜度井完井采用套管固井,管内悬挂筛管的防砂完井方式,而在易出砂地层采用独立筛管防砂完井。由于防砂精度单一,筛管易堵塞,防砂效果差,而挤压砾石充填防砂工艺技术是用携砂液以挤压充填方式对近井地带充填一定量的砾石,用循环充填方式对筛管与井筒环空进行砾石充填,形成多级挡砂屏障,防砂效果好。同时针对埕海一区大斜度井的特点及生产储层的地质情况,优化施工参数,在庄海8Es-L8井率先成功实施,取得良好效果,完善了大斜度井的完井方式,实现了开发井的高效开采。     

井楼油田砾石充填防砂参数优化实验研究

砾石层和机械筛管是砾石充填防砂的关键组成部分,其类型和性能决定了挡砂效果和防砂井产能。井楼油田井楼7区块油藏出砂严重,为优选砾石层充填方式和机械防砂筛管精度,使用挡砂介质性能评价装置,模拟现场条件对3种砾石层及8种不同筛管样本进行挡砂介质性能评价实验。根据动态实验数据计算得到挡砂介质的流通性能、挡砂性能、抗堵塞性能的量化评价指标,并针对井楼7区块进行了砾石充填防砂参数优选。     

热采水平井复合筛管热应力及变形规律分析

目前对于筛管热稳定性的研究主要是将筛管简化为单层油管或基管进行热稳定性及应力分析,未考虑筛管本身复杂的机械结构。针对目前广泛使用的基管-挡砂层-外保护罩复合防砂筛管,考虑各介质材料强度参数随温度的变化,建立了基管与外保护罩的变形耦合模型,采用机械筛管防砂水平井在不同热采工况下的筛管热应力分布和热变形量计算方法,分析了恶劣工况下的筛管破坏特征。案例分析结果表明,未锚定状态下筛管受热振动的主要影响因素是温度效应造成的轴向伸缩量,井底温度为350℃时,筛管轴向膨胀率达0.66%。锚定条件下当井底温度达到305℃时筛管基管发生屈服,筛管的破坏特征强度值为563.1 MPa。研究成果对热采机械筛管防砂水平井管柱设计有一定的指导意义。     

多轮次注热水平井防砂筛管强度校核方法研究

合理的机械筛管强度校核方法是进行多轮次注热水平井防砂筛管设计优化的基础。根据热采井实际生产条件,建立筛管抗内压、抗外挤和轴向屈服强度等单项强度校核方法以及三轴应力条件下的组合强度校核方法;考虑残余应力影响,建立多轮次注热条件下残余应力破坏强度校核方法。用渤海某油田典型井对CMS筛管强度进行校核,校核结果表明:单轮次350℃注热条件下,筛管单项抗拉、抗内压和抗外挤安全系数较高,不会发生损坏,但不安装热补偿器会导致筛管轴向压缩屈服破坏;三轴应力条件下的组合强度校核结果与单项校核结果一致;按照10个轮次350℃注热开采计算,筛管发生残余应力拉伸破坏的可能性较大。研究结果可为热采水平井入井防砂管设计优化提供理论依据。     

35 MPa环空放气阀设计及试验

环空放气阀是油气井中控制油管和套管环空通道的主要工具。研制了一种新型环空放气阀,密封面为球面金属密封。通过理论计算、有限元分析、室内试验,对环空放气阀进行设计分析和验证。结果表明,内部/外部压力产生的轴向力始终使金属密封面压紧,且内部/外部压力越大,密封面的压紧力越大; 在额定工作压力35 MPa条件下,最大应力为193.36 MPa,最大接触压力为194.25 MPa,满足强度要求; 环空放气阀开关压力稳定,满足35 MPa密封要求。     

热采井中复合缝腔割缝筛管的抗压强度研究

根据热力学原理,结合特定现场地层特点,计算了在热采过程中筛管表面温度分布,并利用有限元软件分析了在此温度分布条件下筛管的抗压强度。结果表明,在外部围压作用下,筛管的应力分布不均衡,仅有局部极小的区域应力较大,该区域主要集中于筛管的缝腔处。在热采情况下计算的筛管整体Von Mises应力大于在常温下计算得到的应力。在较大的外压载荷下热采温度对筛管抗压强度的影响很小甚至可以忽略。筛管的抗压强度随缝长的减小和割缝数的减少而增大。这种分析方法对研究井下热采过程中割缝筛管复杂的温度应力情况有一定的指导意义。     

一种精细控压钻井流动模型的研究与应用

为了提高高温深井控压钻进时的环空压力剖面计算精度,实现井底压力精细控制,基于水力学、传热学和流变学基本理论,采用黏温特性室内试验、Drillbench商业软件对比、井下环空压力实测数据验证等方法,建立了高温深井控压钻井精细流动模型。该模型充分考虑了环空温度分布、钻井液黏温特性、高温高压下的钻井液密度等因素,实现了压力温度耦合计算。现场应用表明,该模型的计算精度相比普通模型有了一定提高,绝对误差仅为0.2MPa左右,为高温深井压力敏感储层的井下压力计算和环空压力控制提供了更好的技术手段。     

高温高压深井天然气测试管柱力学分析

高温高压深井由于地层具有很大的不确定性,测试过程中油气产量、压力、温度等参数变化范围大,使得深井测试中易出现井下工具和管柱变形、断裂等问题。以测试井井筒压力、温度预测计算为基础,结合高温高压深井的特点,分析了压力、温度变化和流体流动引起的活塞效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应和温度效应对井下测试管柱受力和变形的影响,并建立了测试过程中井筒内温度、压力随井深变化的预测模型,编制了高温高压深井的测试管柱力学分析软件。该成果为高温高压深井测试管柱强度设计与校核、施工参数计算等提供了依据。     

筛管压溃强度计算公式及适用性

针对筛管受地层中围压作用压溃失效缺乏通用计算分析模型的问题，利用ABAQUS软件建立了考虑初始椭圆度影响的平行布孔筛管有限元模型，研究外压作用下筛管的压溃行为。通过与文献中的实验结果对比表明，该有限元模型可准确地预测筛管的压溃强度。基于不同几何特征、材料特性以及布孔参数等筛管压溃强度数值模拟结果，建立了筛管压溃强度的简化计算公式。利用该计算公式，计算不同几何尺寸和材料属性的筛管压溃强度，与实验结果相比平均误差为7.0%。为了便于工程应用，分析了利用DNV，API等标准规范确定该公式中筛管对应的布孔前套管的静水压溃强度的可行性。结果表明，所建立的防砂筛管压溃强度计算公式可为实际工程中防砂筛管的强度预测与参数优化提供理论支持。     

中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形，有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况，采用三维实体单元，运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型，分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值，并分析其随井眼曲率的变化规律。计算表明，井眼曲率增大，弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大；同一井眼曲率下，外径较大的套管，径向变形和应力也较大。通过研究，对高井眼曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。     

深水浅层气田防砂方式优选及防砂参数优化

为了解决深水气井开采过程中出砂程度高、防砂难度大的问题,研究了深水气井防砂优化设计技术。基于荔湾3-1深水浅层气田上覆岩层压力低、成岩性差、胶结强度低的特点,研制了一套可以进行深水气田大型防砂物理模拟的试验装置。该装置能够准确模拟深水气田储层特性条件下的常规裸眼优质筛管防砂与砾石充填防砂。采用物理试验与现场实际相结合的方法,对多种防砂方式及防砂参数进行了物理模拟,提出了适合深水气田提高产能的最佳防砂措施为"金属网优质筛管+裸眼砾石充填+适度扩眼增大砾石层厚度"。研究表明:气井防砂不同于油井的特殊性在于气体流速产生的携砂效应要明显大于增加砾石层厚度起到的挡砂效果,为保证深水气田出砂量小于10-9 m3/m3,砾石充填厚度应控制在60.96mm以内,以达到产能与出砂量的最优组合。     

实际状态下的页岩气表观渗透率计算新模型

现有的页岩气表观渗透率计算模型均假设页岩气为理想状态,未考虑吸附气表面扩散等的影响,因而有可能与实际状态下的结果存在着差异。为此,针对实际状态下页岩气在纳米孔隙中的渗流情况,考虑了游离气的黏滞流、Knudsen扩散以及吸附气的表面扩散等影响因素,通过渗流力学方法,推导出了一种适用于实际状态的页岩气表观渗透率计算新模型;通过与实验测量结果的对比,验证了新模型的准确性,并利用所建模型分析了影响页岩气表观渗透率的各种因素。研究结果表明:(1)压力和孔隙半径对页岩气表观渗透率的影响最大,相对分子质量及阻塞系数对其的影响较小,Langmuir最大吸附量、Langmuir压力以及等量吸附热主要影响表面扩散渗透率比重;(2)在低压和高压条件下,各因素对表观渗透率及各渗透率比重的影响趋势存在着差异,低压下温度及孔隙半径对表观渗透率的影响更明显,同时温度、孔隙半径、Langmuir最大吸附量、Langmuir压力、等量吸附热等因素对各渗透率比重的影响也更明显;(3)压力较小、孔隙半径较小时,表面扩散占主要地位,压力较大、孔隙半径较大时,黏滞流占主要地位,小孔隙半径或低压条件下,表面扩散现象不可忽略。     

钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用

在油气井作业中,由于钻柱和井壁接触所产生的轴向阻力和扭矩损失对钻井和修井作业均有很大的影响，甚至成为作业成败的关键。钻柱的拉力和扭矩分析是水平井和大位移井设计和施工的重要内容。为此，介绍了钻柱拉力扭矩分析的数学模型、钻柱稳定性判别方法和屈曲后的附加压力和附加应力的钻柱强度校核方法。对钻进过程中的G104-5CP12侧钻水平井钻柱的各种运动状态进行了力学分析。计算表明，在正常施工过程中钻柱一直处于稳定状态，具有比较大的安全系数。