天然气水合物储层泥质细粉砂挡砂介质堵塞规律与微观挡砂机制

中国南海海域部分天然气水合物储层中地层砂为高泥质含量细粉砂，开采防控砂难度较大。针对高泥质细粉砂挡砂机制问题，使用粒度中值为10.13 μm的泥质细粉砂样品，模拟单向气液携砂流动条件，使用绕丝筛板、金属烧结网、金属纤维、预充填陶粒4类挡砂介质在20~80 μm挡砂精度下进行挡砂模拟实验，采用显微成像系统观察挡砂介质内部及表面砂粒沉积与堵塞动态，分析介质流通性能和挡砂性能变化，总结堵塞规律、微观挡砂机制与形态及其控制因素。研究结果表明，不同类型和精度的挡砂介质对泥质细粉砂的堵塞总体呈现堵塞开始、堵塞加剧和堵塞平衡3个阶段。随着驱替进行，挡砂介质渗透率逐渐降低，幅度会高达90%以上；同时过砂速度减缓，最终过砂率为5%~10%。根据堵塞规律和微观图像分析，提出了粗组分分选桥架、局部砂团适度挡砂、整体砂桥阻挡等挡砂介质对泥质细粉砂的3种微观挡砂机制。以粗组分分选桥架挡砂机制为主的挡砂工况下，挡砂介质堵塞渗透率较高，但过砂率超过15%，挡砂效果较差；以整体砂桥挡砂机制为主时，过砂率在10%以下，挡砂性能较好，但各类挡砂介质的堵塞渗透率不足1 D，流通性能较差。局部砂团适度挡砂机制为主时介质挡砂性能及流通性能介于两者之间。挡砂介质对天然气水合物储层泥质细粉砂的微观挡砂机制和形态受挡砂介质类型、精度、地层砂特征以及流动条件等因素控制，其规律对于水合物泥质细粉砂防控砂优化有指导意义。     

CO_2腐蚀预测及其在井下管柱寿命预测中的应用

腐蚀是影响气井井下管柱寿命的重要因素,正确预测井下管柱的腐蚀速率是提高防腐效果的关键。CO2腐蚀是富CO2气井管柱可靠性寿命的最关键制约因素。笔者通过调研,对目前国内外油气田常用的腐蚀速率预测模型进行了分类和剖析,此基础上提出了气井井下管柱的可靠性使用寿命的预测方法,并建立了相应的模拟程序。通过对比研究发现在低温低压条件下不同预测模型的预测结果相近,但是高温高压条件下的预测结果则相差较大,因此需要根据不同的矿场条件优选相应的腐蚀速率预测模型。将腐蚀速率预测结果与井下管柱的安全使用厚度结合可以有效预测气井井下管柱的可靠性寿命。研究结果对现场生产有一定的指导意义。     

油气井防砂效果评价方法体系的研究及应用

防砂效果评价是油气井防砂综合决策的重要内容之一,科学客观的效果评价有助于评判防砂措施的成败,总结成功的经验,寻找失败的原因。根据油气井防砂前后的生产状态,分析了防砂措施对油气井生产动态3个方面的作用,提出从挡砂效果、增产效果和改善井底流动条件3个方面评价防砂措施的效果,并提出了评价的具体计算方法和标准。最后综合考虑3个方面的评价结果及其权重系数,得到综合评价结果。建立了一套科学合理的防砂效果综合评价方法体系,使用简单,可操作性强。应用于涩北气田的防砂效果评价,结果客观准确。     

充填类防砂砾石尺寸设计方法的对比分析

砾石尺寸设计是砾石充填类防砂设计的关键步骤之一,砾石尺寸的大小会影响防砂效果和油气井生产动态。对目前国内外的砾石尺寸设计方法进行了综述,并对这些方法进行了分类和剖析,得到了DePriester和Schwartz两种方法的程序化计算步骤,并给出了部分参数的推荐取值。在此基础上,结合实例,对上述设计方法的设计结果进行了对比...     

哈拉哈塘碳酸盐岩储层井壁失稳动态评价及失稳形态分析

井壁失稳是碳酸盐岩储层钻完井及开发过程中十分常见的工程难题。塔里木盆地哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩油藏油井井壁失稳、出泥砂严重,井壁失稳给油井投产、生产等带来一系列问题。为了对失稳现象进行有效分析,明确失稳来源和失稳形态,发挥油井产能,基于工程表象和作业数据提出井壁失稳程度动态评价指标体系,在生产动态和探冲砂作业基础上,形成井壁失稳动态评价方法。利用井壁失稳程度的动态评价方法分析109口失稳井的井壁失稳特征,借助冲捞砂样和储层岩心分析井壁失稳形态。结果表明,哈拉哈塘油田失稳主要为非生产层组的垮塌和生产层组裂缝、孔洞中充填泥砂的产出,失稳形态主要以坍塌掉块和流体携带泥砂产出为主。钻新井时先对产层采用悬挂筛管防砂完井,封隔吐木休克组等易坍塌地层,再对老井的裸眼井进行探泥砂、冲捞砂作业,清理沉积物获得产能并进行合理参数的筛管二次完井。     

热采井砾石充填防砂筛管外挤受力分析及应用

筛管外挤力研究分析是筛管砾石充填防砂热采井筛管强度校核和入井防砂管柱设计优化的基础。国内外对筛管外挤力的研究较少,尚缺乏相应的解析计算方法。温度膨胀效应和接触应力约束作用是热采防砂井筛管-砾石层界面变形的制约因素。文中首先建立了温度效应造成的砾石层-地层系统内径变化计算模型和筛管外径变形模型,然后借助Lame方程求解得到筛管-砾石层界面位移与外挤力之间的关系曲线。综合考虑温度膨胀效应和接触应力约束作用,提出了热采井筛管外挤力计算的筛管-砾石层-地层耦合模型,并采用图版法求解筛管外挤力。实际计算表明,当井底温度达到350℃时（井底升温300℃）,温度效应造成筛管-砾石层界面位移为1.855 mm,该位移条件下的筛管外挤力为17.78 MPa。该成果可为热采防砂井筛管强度校核及砾石充填施工提供依据。     

出砂气藏水平井筛管冲蚀损坏机理及抗冲蚀能力的提高

为了解决出砂气藏水平井存在的筛管冲蚀问题,针对常用的多层滤网复合精密筛管,利用创新研制的水平井筒封闭空间筛管冲蚀模拟系统,开展了筛管冲蚀损坏机理及规律实验。实验结果表明,气体携砂条件下的多层金属滤网复合筛管冲蚀破坏分为保护罩正面啃噬以及侧向滤网冲蚀损坏2种机理。交错冲缝式的外保护罩正面抗冲蚀能力较强,但侧向抗冲蚀能力极弱。筛管金属滤网介质的冲蚀损坏速度约是外保护罩的2~3倍。另外,基于冲蚀机理提出了新型双层弧形交错互补冲缝的结构,研究构建了非均质气藏水平井高冲蚀风险位置识别方法,以及分级、分段提高全井段管柱抗冲蚀能力的优化设计。新型高抗冲蚀能力外保护罩在兼顾经济性的同时,为出砂气藏水平井的防砂管柱冲蚀问题提供了可靠易行的解决方案,一定程度上提升了天然气藏防砂管柱的服务期限和开发效果。     

油气藏型储气库出砂机理及防砂技术现状与发展趋势展望

油气藏型储气库的生产特点会加大储层出砂的风险,高效长期的出砂防控是储气库安全运行的重要技术保障。油气藏型储气库的生产工况为长周期高流量注采交替,引发地层压力/应力大小、流体流动方向和气水界面运移的循环交变,并造成其出砂机理与出砂预测相对更加复杂,给高效长期的出砂防控带来严峻挑战。首先系统分析油气藏型储气库生产工况特征及其对储层岩石物性的演变影响机制,分析总结诱发出砂加剧机理及主控因素,并总结目前出砂模拟与预测方法进展。在此基础上,分析总结国内外储气库防砂技术现状。总体而言,目前尚缺乏针对储气库生产特点的成熟防砂技术体系。最后,系统分析了储气库出砂防控技术亟待解决的工程难题和科学问题,并简要展望未来发展趋势,为未来储气库大规模建设中的防砂完井方案研究提供参考借鉴。     

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。     

防砂井投产初期砾石层渗透率损害规律

砾石充填防砂井在投产后经常在短期内发生产量明显下降的现象。通过压实条件下砾石层渗透率变化规律实验和砾石层吸附堵塞实验,对投产初期砾石层渗透率损害规律进行研究。实验结果表明,砾石充填防砂井的井下压实作用与原油吸附堵塞作用是导致投产初期砾石层渗透率下降的主要原因,随着外加压力的增大,砾石堆积渗透率明显降低,40 MPa 压实下的砾石层渗透率约为初始渗透率的5%~11%;砾石层进行交替驱替后水相渗透率迅速下降,渗透率损害系数约在0.75~0.85 之间; 短时间内堵塞渗透率比随驱替时间及驱替温度变化不大。根据实验结果建立了投产初期砾石层渗透率损害程度预测模型与方法,对相关领域的生产研究具有一定指导意义。