垂直井筒低黏度液流最小携砂速度研究

油气井出砂开采或储层出砂后的垂直井筒最小携砂速度是井筒携砂的重要设计参数，一般的方法是对颗粒自由沉降末速附加一个固定的修正系数。基于理论和试验分析，用颗粒的等沉降速度当量直径取代了等体积当量直径。进而利用沉降试验解决了颗粒的形状系数测定问题，并通过携砂试验得到了埕北地区东营组油藏砂粒的最小携砂速度计算公式。研究结果表明，在低黏度流体中最小携砂速度的修正系数随颗粒直径减小而增加，在携砂试验条件下其变化范围为1．45～2．90。研究成果可用于计算垂直井筒内低浓度砂粒无淤塞的最低携砂流速，对于解决其他地质区块和微小颗粒的垂直井筒携砂问题具有借鉴意义。     

井筒砂粒运移规律室内模拟实验研究

利用研制的井筒携砂实验装置,模拟了一定砂粒配比下不同井型中的携砂情况.观察了颗粒在不同倾斜角度的井筒中的运移方式,测定了不同粒径的砂粒被携带出的临界流量,揭示了颗粒直径同流体流量关系变化规律.实验结果表明,流体的流速和携砂管的倾斜程度对砂粒携带能力有很大影响,流体流速越大,携带的颗粒直径也越大,砂粒在携砂管中的流动方式随携砂管倾斜角度而变化,携砂管垂直放置时,颗粒以均匀悬浮方式运移:携砂管倾斜时,颗粒以非均匀分层流动、跳跃和移动床流动方式运移.同一粒径砂粒在不同倾斜携砂管中的临界流量表明,携砂管倾斜60°时,携带能力最弱,携砂管垂直时携砂能力最强.     

冲砂泡沫流体室内携砂规律研究

为了解冲砂泡沫流体的携砂规律,在自制的试验装置上研究了冲砂时间与砂面高度的关系以及井筒倾角和砂粒直径对携砂率和停留时间的影响。试验结果表明,砂面高度首先快速下降,然后缓慢下降直至趋于平缓;直径小于0.5 mm的砂粒在泡沫中携砂率大于90%,此时井筒倾角对携砂率和停留时间基本没有影响;直径1.0～1.5 mm的砂粒,携砂率随倾角的增大先减小后增大,停留时间随倾角的增大而缩短,倾角在45°～60°时携砂率最小。对于相同的倾角,砂粒直径越大,携砂率越低且停留时间越长。垂直井筒中砂粒以均匀悬浮方式随泡沫流体一起运移;倾斜井筒中砂粒以跳跃方式运移,且明显滑向较低一侧。     

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。     

高黏度流体垂直井筒携砂临界流速实验与计算

生产实践证明适度出砂开采稠油能够有效增加油井产能,高黏度流体在井筒内携砂临界流速的确定是稠油适度出砂生产设计的关键参数之一。结合调研文献资料,考虑砂粒形状、砂粒浓度和器壁干涉等因素影响后,给出了适用于高黏流体计算砂粒沉降速度的砂粒器壁干涉沉降速度经验公式,采用垂直井筒携砂模拟实验装置进行实验,静态沉降实验得出了砂粒形状校正系数,高黏流体携砂临界流速实验测得实际携砂临界流速,拟合砂粒器壁干涉沉降速度和携砂临界流速,得出高黏流体携带不同粒径砂粒的临界流速计算式。结果表明,砂粒器壁干涉沉降速度与携砂临界流速基本上呈线性关系;黏度越大,砂粒器壁干涉沉降速度与其携砂临界流速值越接近。     

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.     

地层砂粒在液体中的沉降规律研究

在压裂、防砂及冲砂过程中,为防止砂粒在井筒底部沉积,需研究砂粒在液体中的沉降规律,从而确定最低排量等施工参数。根据固液两相流理论,推导了砂粒在牛顿流体、幂律流体及宾汉流体中不同沉降雷诺数范围内的沉降规律;用不同类型的液体及不同粒径的砂粒对不同情况下沉降规律进行了实验验证。实验及计算表明：常用的斯托克斯公式仅适应于颗粒沉降雷诺数较小的情况;当砂粒较大、液体粘度较小时,用斯托克斯公式得出的计算值与实际值相关很大。新推导公式所得的理论计算值与实测值的误差较小,得出的砂粒沉降规律较为准确,可用于现场 流体携砂能力的研究。     

适度出砂井电泵生产管柱结构优化与应用

针对BZ油田油井频繁出砂导致井筒砂埋、砂堵，电潜泵故障率高，制约高速高效开发的问题，该文采用球形砂粒沉降末速理论开展最小携砂量研究，指导电潜泵选型，并通过生产管柱优化的方式提高井筒携砂能力。该技术实施后，出砂井平均检泵周期由328 d提升至735 d，出砂井机组故障率由21%降至11%，因生产制度变化导致的油井砂堵、砂埋降至0。矿场实践证明，通过电潜泵选型优化及生产管柱结构优化，适度出砂井的井筒携砂能力显著提高，检泵周期延长，有效提高油田开发效益。     

有杆泵高效携砂采油配套技术及应用研究

针对含砂油井造成砂卡、砂埋抽油泵和杆泵的现象,进行了砂粒沉降速度的试验,提出了井筒掺水携砂和泵下搅砂、泵上挡携砂配套技术,可有效减少井筒砂粒造成砂埋油层、砂卡泵现象,延长有杆泵的使用期限,达到增加油井工作时日的目的。     

基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术

针对水平井多级压裂双簇水力喷射效果不佳、上下游喷射器冲蚀不均匀和水平井筒内携砂流体中砂粒易沉降等问题,研究了基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术。根据阿基米德双螺旋线原理,设计了双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器,并采用可视化试验方法对双螺旋特性进行了室内携砂评价试验;根据牛顿第二定律建立了水力喷射压裂工况下等径直管和双螺旋管柱内携砂流体中砂粒运移的动力学方程,得出了等径直管和双螺旋管柱内砂粒的运动速度计算模型。研究得出,双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器能起到螺旋旋流作用,均衡双簇水力喷射压裂效果和降低上、下游水力喷射器冲蚀的非均匀性;等径直管内砂粒的运动规律符合恒定加速度运动方程,双螺旋管内砂粒的运动规律符合变加速度运动方程。研究结果表明,采用双螺旋结构水力喷射压裂管柱及喷射器是可行的,在均衡多级水力喷射压裂效果和提高水平井筒内携砂流体携砂能力方面具有显著作用。