基于Ansys数值分析优化割缝筛管结构设计

割缝筛管是一种防砂和井眼支撑的重要完井工具,广泛应用于石油工业的水平井、侧钻井、分支井等完井中。受地质等因素的影响,筛管破坏形式有很多种,筛管设计时应在满足原油流通面积的同时,具有足够的强度和使用寿命。该文针对常用的直线平行割缝筛管给出了参数设计方法和优化思路,并应用有限元分析软件对筛管强度进行了数值模拟分析。Ansys有限元分析软件对筛管强度的分析和结构优化具有一定的指导意义,结合现场统计信息的割缝筛管参数设计方法,优选合理的缝长、周缝数和轴向缝间距对于提高筛管强度,降低生产成本具有重要意义。     

基于ANSYS的割缝筛管应力分析和结构优化

防砂完井中割缝筛管使用广泛,但对其应力和结构研究不足。应用ANSYS软件对割缝筛管进行有限元数值模拟,可以得到在采油工况下割缝筛管的应力分布。通过改变割缝筛管的结构参数,得到结构参数与最大应力的关系,从而可以优化割缝筛管结构。     

热采井割缝筛管的热应力分析

筛管内过热的蒸汽使地层及筛管温度升高,对筛管产生相当大的热应力,此应力可能使筛管产生弯曲变形或断裂,导致油井停产或油井报废。因此,通过ANSYS有限元分析软件的数值模拟,计算得到筛管-地层的温度场分布,然后将筛管温度场导入到三维模型的应力场中,得到温度变化对割缝筛管的热应力和热变形。实例计算结果认为,蒸汽温度为350℃时,在正常注汽和突然停注2种状况下的筛管热应力分别为682.147、703.229MPa,其中突然停注时的热应力超过了筛管材料的屈服极限690MPa,这是导致筛管损坏的最危险状态,最大热应力发生在筛管缝中央。     

蒸汽吞吐水平井割缝筛管完井参数优化模型

为解决蒸汽吞吐稠油水平井割缝筛管完井理论研究落后于工程应用的问题,综合水平井蒸汽注入阶段、焖井阶段、生产阶段的传热与传质分析,建立了割缝筛管完井参数优化模型,分析了割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数、圆周割缝数、割缝堵塞对水平井产能的影响。结果表明:水平井产能随着割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数的增大而增大,且变化逐步趋于平缓;对割缝筛管完井水平井产能影响大的因素是割缝长度、割缝密度、割缝堵塞厚度;割缝堵塞最大可造成高达65%的产能损失;以"砂桥"原则设计割缝宽度会限制产能,在高油价条件下可以考虑放大割缝宽度适度出砂。     

石油割缝筛管的现状

因绕丝筛管在使用中出现乱丝、缝隙变形等问题，在钻井完井、采油防砂中应用割缝筛管。根据油井地质状况和产量要求，设计割缝筛管的结构及参数。在分析了筛管的各种加工方法的优缺点后，着重介绍了激光切割法。用激光不但可切割出任意缝型结构和布缝状态的筛管，而且在切割面上形成了较厚的硬化层，可增强割缝的耐磨性和耐腐触性，延长筛管使用寿命。     

割缝筛管的结构设计与强度数值模拟分析

割缝筛管是一种防砂和井眼支撑的重要完井工具,广泛应用于石油工业的水平井、侧钻井、分支井等完井中。受地质等因素的影响,筛管破坏形式有很多种,筛管设计时应在满足原油流通面积的同时,具有足够的强度和使用寿命。针对常用的直线平行割缝筛管给出了参数设计方法和优化思路,并应用有限元分析软件对筛管强度进行了数值模拟分析。Ansys有限元分析软件对筛管强度的分析和结构优化具有一定的指导意义,结合现场统计信息的割缝筛管参数设计方法,优选合理的缝长、周缝数和轴向缝间距对于提高筛管强度,降低生产成本具有重要意义。     

基于ANSYS的割缝筛管强度分析

油层出砂是砂岩油藏开采过程中常见的问题之一。随着割缝筛管在油田完井防砂中的广范应用,割缝筛管损坏问题也日益凸显,对此进行的评估却相对很少。以胜利油田应用的筛管为例,利用ANSYS软件对其进行受力分析,旨在为筛管设计提供一定的理论参考。     

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。     

海上稠油热采井防砂筛管热应力分析

为了研究稠油热采井防砂筛管的热稳定性,建立了筛管热应力分析模型,对不同工况下不同钢级的筛管基管进行研究。建模时为获得较高的网格密度,且在划分网格时不引起网格畸变,只取筛管基管的一部分进行模拟,忽略多元热流体化学因素的影响,采用8节点线性减缩积分应力单元C3D8R。结果认为,筛管弹性模量、膨胀系数与屈服强度受温度影响变化显著,对筛管热应力分析有明显的影响;热应力补偿器的配备可显著缓解防砂管柱热应力,提高其热稳定性。     

光纤技术和堵水技术在特稠油割缝筛管水平井中的成功应用

在特稠油割缝水平井中找水本身就具有极大的挑战性,而要隔离油层,选择性地注入堵水剂就更具有挑战性.为了确保被选择层段的封堵和隔离,无论环空是否充填地层砂,环空(裸眼或割缝筛管)上下必须封死.这篇文章介绍了Sincor油田特稠油割缝水平井堵水的成功事例.首先用光纤电缆携带温度测量仪找到出水的层位,接着用水泥承接器将需要处理的层位用水泥环隔开,然后通过水泥环尾部的微裂缝选择性地挤入一种聚合物凝胶,这样就在水层处产生一道致密的屏障,阻止了地层水进入油井.该井堵水前含水85%,堵水后含水几乎降到0,而原油产量激增到250%.此外,从最终的油井生产指数可以看出这种堵水技术对被选择的层位是非常有效的.对于水平井和特稠油油藏而言,用光纤评估油井的水层是一种非常简单可靠的技术.与之相关的堵水技术能够降低油井出水量,极大地提高原油产量.     

割缝筛管防腐与防垢技术研究

开采油、气、水资源,要求割缝筛管同时具备防砂、防腐和防垢的性能。介绍了一种具有防砂、防腐和防垢性能的割缝筛管及其加工方法。通过对相同材质、不同加工方法制成的两种割缝筛管试件的室内对比试验,证实了使用高含硼特殊刀具磨削加工的割缝筛管缝隙表面具有很好的防腐和防垢性能。对割缝筛管试件的X光电子能谱分析和扫描电镜观察分析,证实了这种筛管缝隙表面有Fe2B和FeB的存在。分析和阐述了该筛管的防腐和防垢机理、加工方法和设计依据,并根据割缝筛管的结构特点和工况,定义了割缝筛管的防腐、防垢性能与套管（油管）的材质匹配关系等。     

水平井割缝筛管下入强度研究

针对水平井完井中割缝筛管下入过程中的强度问题,建立了割缝筛管强度计算模型。采用模拟试验和有限元分析2种方法对水平井割缝筛管的强度进行研究,并进行了对比分析,结果表明,在割缝筛管弯曲段割缝尖端处的轴向应力较大,使缝张开的应力和剪应力均较小;对于宽度为0.5mm,缝长80mm,每周30条缝,缝间距20mm的割缝筛管最大Mises等效应力为252.88MPa,小于其材料的屈服强度,因此该割缝筛管强度满足实际应用要求。提出的研究方法为割缝筛管研究提供了新的思路,可用于割缝筛管强度分析、可靠性评估和割缝筛管优化设计。     

稠油油井幂律流体流动视黏度模型

与常规油井相比，稠油油井产出液黏度较高，致使生产过程中出现泵效较低、悬点载荷变化大和调参困难等问题。针对稠油抽油机井举升过程，选用胜利油田5口油井产出稠油，通过实验分析其在35～100℃温度下的流变性，用幂律模式回归稠油幂律指数与稠度系数随温度变化的经验计算公式。以非牛顿流体流变学理论和人工举升理论为基础，按照不同的流动规律，给出稠油油井从地层到井口垂直井筒流动的运动方程和边界条件，并对其进行求解，最终得到视黏度模型。应用结果表明，该模型能够提高设计结果的精度，为稠油油井的优化设计及参数调整提供理论参考。图6表2参13     

低渗裂缝性高凝稠油油藏油井选择性堵水技术

针对牛心坨油田的储层特性、原油物性、出水特点,从堵水剂的选择、堵水剂成胶前与原油的流度比差异、成胶后强度、施工工艺、施工参数等多方面进行深入研究。研究认为,牛心坨油田因油水黏度差大、地层非均质性,导致裂缝诱导、注入水窜流,并研制出了适合该油田的选择性堵水工艺,现场应用2口井,取得了较好的增油降水效果。研究内容填补了国内外低渗裂缝性高凝稠油选择性堵水领域的空白,为同类油田的选择性堵水找到了切实可行的突破口。     

煤层气井钢质筛管与非金属筛管强度对比实验

为了改变煤层气井钢质割缝筛管完井成本高的现状,探索研制较低强度的非金属完井管材进而实现煤层气井的低成本完井,采用电测法对J55钢质筛管和PVC非金属材质筛管的抗挤和抗弯强度进行测定,并对比分析割缝宽度和割缝密度对两类筛管性能的影响规律。结果表明:钢质筛管的破坏形式主要是刚度/径向失稳破坏,主要表现为整体变形或筛管短轴内壁割缝变宽而外侧割缝变窄并伴有缝端撕裂;而PVC筛管的破坏形式主要是强度破坏;无论对钢质筛管还是PVC材质筛管,增加缝宽和缝密都会降低筛管的抗挤、抗弯强度,但PVC材质筛管的强度随缝宽和缝密的变化不及钢质筛管明显,因而优选非金属新材料制作筛管时,可以适当增加缝密和缝宽,以提高筛管过流面积。     

稠油热采井套管的预应力分析

以暴露于热蒸汽中的目的层套管为研究对象,根据弹性力学理论,首先给出了套管在热应力和非均匀地应力作用下的三轴应力表达式,然后利用对套管施加预应力来降低套管的轴向热应力,使得套管的有效应力控制在相应温度下套管的最小屈服极限内为原则,得到了热采井套管三轴预应力设计方法,并对辽河油田常用的N80钢级套管进行了预应力设计分析,给出了该套管在不同注汽温度和井深条件下所应使用的径厚比及相应的预应力值。研究表明,拉预应力在一定范围内有利于提高套管的安全性,传统的单轴预应力设计方法具有明显的缺陷,建议以后稠油热采井在进行预应力设计时应考虑热应力和实际非均匀地应力的共同作用,以及油层出砂对套管产生的影响。     

稠油井智能转周分析技术研究及应用

根据稠油井蒸汽吞吐的生产特点,基于胜利油田胜科采油管理区草4沙四区块稠油井生产和经营等历史数据,利用神经网络技术,建立稠油注汽转周预测模型,预测稠油注汽转周井的产量和完全成本,与稠油注汽转周井近、远期产量和完全成本的历史数据进行对比,持续对稠油注汽转周模型进行优化,实现稠油注汽转周多维度智能预测,提高稠油井产量预测准确率、稠油注汽转周最佳时机预测准确率和最佳稠油注汽转周措施方案编制效率,提升稠油井智能决策分析管理能力,提高采油管理区的效益开发水平。该项技术自2021年在胜科采油管理区稠油区块推广应用以来,为采油管理区有效注汽转周165口井次,稠油注汽转周井措施增油量为7×104 t,与2020年同期相比,措施增油量增加了1×104 t,措施有效增油率提升约为17%。     

超细水泥在稠油井中的应用

针对化学堵水、普通水泥封堵、机械封堵等存在的局限性，研究开发了超细水泥。对其技术性能及使用范围进行了研究，并在曙1－35－329井、锦95井、锦45－7－22cp井段进行了应用，封堵一次成功。     

辽河油田稠油油藏筛管完井水平井分段化学堵水技术

目前由于边底水侵入等原因造成辽河油田部分稠油油藏筛管完井水平井高含水生产,严重影响产能,为此,进行了分段化学堵水技术研究。研制了水平井可捞式桥塞、水平井耐高温堵剂、水平井液体桥塞等关键工具及堵水材料,形成了水平井分段化学堵水技术,实现对水平段任意一点精确堵水,堵水精度可达2 m。该技术自2010年以来在辽河油田新海27块、杜84块、高246块、冷41块等区块累计现场应用19井次,截至2014年4月,累计增油8173 t,累计降水9.69×104 m3,试验效果良好。现场试验表明,水平井分段化学堵水技术能够满足水平井堵水要求,具有较大的推广应用价值,目前水平井分段化学堵水有效期一般为8个月左右,下一步在如何提高堵水有效期方面仍需攻关研究。