绕丝筛管砾石充填防砂井产能预测方法探讨与应用

当油井实行了绕丝筛砾石充填防砂措施后,近井地带的渗流条件发生改变,已不宜用常规方法预测油井产能,为此,探讨了垂直油井在绕丝防砂措施后出砂早期及油井大量出砂后的单相稳态流防砂产能公式的推导过程,预测方法,结合现场应用情况进行验证,证明本方法是基本可靠的。     

绕丝筛管高压充填防砂井失效原因及对策

绕丝筛管高压充填防砂工艺是目前孤东油田应用最多、成功率最高的防砂工艺,但有些油井在采用绕丝筛管高压充填防砂后,短时间内供液能力变差,产液量下降,严重影响该油田的开发效益。分析认为,绕丝筛管高压充填防砂井失效是由砂桥被破坏、砾石粒径与地层砂不匹配及施工参数不合适造成充填砂体及绕丝筛管堵塞造成。提出了以下防治措施:采用托砂皮碗防止砂桥被破坏,优化砾石粒径,研制新型携砂液,优化生产参数,评估油井生产能力。该油田采取以上防治措施后,维持了油井的供液能力,延长了防砂有效期。      

绕丝筛管砾石充填防砂井产能预测方法探讨与应用

探讨了垂直油井在绕丝防砂井出砂早期及油井大量出砂后的单相稳态流的防砂产能预测公式的推导过程、预测方法.结合现场应用情况进行验证，证明本方法是基本可靠的。     

基于油井生产动态数据的出砂油井筛管冲蚀模型

筛管冲蚀损坏是油井常见的防砂失效形式,现有筛管冲蚀模型过于复杂,不能直接应用于在役油井筛管失效风险的量化分析。为了解决筛管冲蚀模型的现场应用问题,首先通过大量的室内实验数据拟合建立了冲蚀质量损失率的数学模型,并根据油田现场实际生产情况进一步简化模型,提出表征筛管冲蚀作用程度的参数C,建立了基于油井动态生产数据的筛管冲蚀失效分析的数学模型。以渤海Q油田为例,进行出砂油井筛管失效的计算分析,分析结果与现场测试结果完全一致,表明该模型可有效判断出砂油井井下筛管的工作状态。最后通过在役井C值与冲蚀临界值C_a的对比分析,形成了基于筛管冲蚀在役井的出砂风险预警方法,从而实现精准把控油田的出砂管理风险。     

绕丝筛管砾石充填防砂在胜利浅海油田的应用

埕岛油田位于渤海湾南部的极浅海区,南界距现海岸3km,自1988年开发以来,已发现馆陶组、中生界、东营组等以馆陶组为主的亿吨级复式油气田。埕岛油田馆陶组油层埋藏浅、油层厚,油井产量占埕岛油田总产量的90%以上。油藏平均孔隙度34.5%,泥质含量6.5%,胶结疏松,成岩性差。该油田在生产过程中出砂严重,必须进行油井防砂。     

基于叶轮的动过滤辗辊式井下采油筛管

针对采油筛管在防砂过程中存在的砂堵等问题,提出一种无定轴轮系的的动过滤辗辊式采油筛管。该筛管部分辗辊的上部焊接1个叶轮,利用叶轮将流体的动能转化为叶轮轴转动的机械能,再通过叶轮直接驱动辗辊转动。因每个叶轮只驱动同轴上的1个辗辊转动,各辗辊独立转动,所以即使相邻2个辗辊卡死,也不影响其他辗辊工作,可有效保护抽油泵,延长其工作寿命。试验及使用表明,该筛管具有结构简单、安装方便、防砂效果好、穿透性好和采油施工工艺简单等特点,平均单井每年可少检泵1次,节省费用7000余元。     

基于动网格的往复式压缩机进气阀数值模拟

为了研究往复式压缩机进气阀的多物理场变化特点,运用CFD和动网格技术模拟进气阀从膨胀到进气的整个过程。通过模拟流场计算阀片壁面上的压力,然后求解阀片运动方程,获得了阀片的运动规律以及瞬时温度场和流场。研究结果表明:阀片开启后,气缸内各物理量分布呈现明显的不均匀性,局部压力和温度持续下降后再逐渐升高;当曲柄转角为60°和80°时,分别有最大温差17. 1℃和最大压差3 930 Pa,模拟的阀片开启区域为[53. 2°,219. 5°],与理论结果[56. 0°,220. 0°]很接近,验证了数值模拟方法的正确性;阀片对升程限制器和阀座的最大撞击速度分别为2. 3和1. 3 m/s,为确定阀片的冲击载荷提供了基本数据。研究结果对于全面认识流体流动细节、阀片运动规律和压缩机的工作性能具有重要意义。     

基于油藏-裂缝耦合的低渗油藏水井压裂数值模拟研究

利用油藏-裂缝耦合技术,采用对水力压裂裂缝进行矩形网格剖分、与油藏连接处进行PEBI网格剖分相结合的方法,建立油、水两相三维油藏裂缝数值模拟器。利用此数值模拟器,模拟研究了不同条件下水井压裂对注采井组整体开发效果的影响,并利用正交方差分析方法对水井压裂增注效果的主要影响因素进行了显著性评价,提出了适合进行水井压裂增注的油藏条件。以江苏油田HIO低渗透断块油藏为例,提出综合效果评价参数,对实际 际油藏注水井压裂参数设计进行了优化。研究结果为低渗透油藏注水井压裂设计和增注效果评价提供了一种研究手段,对于提高低渗透油田注水效果具有实际意义。
     

Lebedev网格与标准交错网格耦合机制下的复杂各向异性正演模拟

针对复杂各向异性介质,采用Lebedev网格与标准交错网格耦合的有限差分数值模拟算法,在对称性较低的各向异性介质（如具有倾斜对称轴的TI介质,单斜各向异性介质等）区域使用Lebedev网格,而在其他区域则选用标准交错网格,既避免了标准交错网格在模拟各向异性介质时波场插值带来的误差,又降低了Lebedev网格在内存和计算量上的消耗。在此基础上,还推导了该算法耦合区域内的高阶差分格式,采用新的变量插值方法,使得在较大空间采样间隔下,耦合机制过渡区域产生的虚假反射误差及全局误差仍能得到很好的控制,使用内存更是呈几何倍数降低,计算时间也随之减少,从而能高效、精确地模拟地震波在非均匀各向异性介质中的传播特征。     

基于细观损伤多相耦合的砂砾岩水力压裂裂缝扩展数值模拟

低渗透砂砾岩油藏水力压裂裂缝扩展机理及其数值模拟研究,对该类储层压裂改造成功实施具有重要意义。将砂砾岩储层中砾石表征为基质- 交界面- 砾石的三模态结构,假定砾石分布与几何尺寸及储层物性满足随机分布,结合Moter-Carolo 方法,完成砂砾岩储层数学表征;考虑储层渗流场、应力场、水化膨胀湿度场的三相耦合特征,结合损伤力学、断裂力学等原理,利用细观损伤有限元的方法,建立了砂砾岩储层水力压裂裂缝扩展数学模型,并进行数值模拟研究。模拟分析了不同主应力差、基质- 砾石交界面强度、砾石强度情况下,水力裂缝遇砾石扩展情况,并最终实现砂砾岩储层水力裂缝动态扩展数值模拟。研究表明,水力裂缝遇砾发生绕砾、穿砾、止裂现象,并以绕砾扩展为主,且裂缝发生明显转向,存在羽状次生裂缝;裂缝转向程度和裂缝延伸长度与主应力差、砾石强度以及交界面强度有关,主要表现有:水平主应力差越小,水力裂缝遇砾转向越明显;基质- 砾石交界面强度增加,水力裂缝明显变短,并难以转向;随着砾石强度的增大,裂缝的转向程度增大。     

基于气-固双向耦合的输气管道最大冲蚀角度预测

弯管作为气田集输管道输送系统中的常用组件,极易受到固体颗粒对管壁的冲蚀破坏。为了研究输气管道的冲蚀规律、 预测弯管最大冲蚀位置,采用Eulerian-Lagrangian 方法计算了管内气、固两相的流动情况,在Eulerian 坐标系下求解气体连续相 流场,在Lagrangian 坐标系下求解颗粒离散相运动轨迹,利用Erosion/Corrosion Research Center（E/CRC）冲蚀模型以及Grant 和 Tabakoff 颗粒-壁面碰撞模型计算管壁冲蚀速率。数值计算过程中考虑了气、固两相之间的双向耦合作用,利用多种模型研究了在 不同弯径比及颗粒直径影响下的弯管冲蚀规律、颗粒运动轨迹及弯管最大冲蚀角度,并提出最大冲蚀位置预测方程。研究结果表明： ①固体颗粒对弯管的冲蚀存在着临界直径,在颗粒临界直径前后的冲蚀规律明显不同;②固体颗粒直接碰撞和滑动碰撞共同作用导 致弯管出现不同的冲蚀形貌,并影响最大冲蚀速率的出现位置;③根据临界颗粒直径以及管道中颗粒运动轨迹提出的冲蚀最严重位 置预测方程能很好地预测弯头处最大冲蚀角度,可以为输气管道冲蚀预测提供参考。     

离心喷雾干燥过程数值模拟

采用CFD软件对离心式喷雾干燥过程进行了非稳态数值模拟,对比分析了颗粒液滴喷射前后干燥塔内的温度场和含湿量等参数分布及变化情况,研究了颗粒在塔内的运动轨迹及直径分布,研究发现,数值模拟的结果与试验结果的误差在5％以内,可信度高。     

节流器内液-固两相流固体颗粒冲蚀数值模拟

建立了考虑颗粒碰撞的颗粒冲蚀计算模型,该数学模型包括:在Eulerian坐标系下求解连续相流场;在Lagrangian坐标系下运用离散颗粒硬球模型求解颗粒碰撞;应用半实验关联式求解颗粒冲蚀速率。对水力加砂压裂施工中节流器内液-固两相流的固体颗粒运动和冲蚀特性进行了数值模拟。计算结果表明,固体颗粒密集于节流器入口到出口的一段狭长区域内,冲蚀速率随流体速度呈指数性变化。颗粒直径越大,冲蚀速率也越大。节流器内冲蚀最严重的位置发生在距离节流器出口上边缘10mm以内的局部区域。     

一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程交错网格数值模拟

弹性波正演在地震波传播机理研究以及多波地震资料采集、处理、解释和反演中发挥着重要作用。现有的弹性波方程正演模拟常常数值求解一阶速度—应力方程或二阶位移弹性波方程,只能直接得到同时包含纵波和横波的三个质点振动速度分量或位移分量,要想得到更直观的纯纵波和纯横波分量记录,还需要在模拟过程中采用波场解耦算子进行纵、横波分离,因此纵、横波模拟精度同时受制于模拟算法和波场解耦算法的精度。为此,推导了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程在三维交错网格空间中的高阶有限差分格式,并给出了相应的稳定性条件;推导了适应该方程的PML吸收边界条件,实现了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程的正演模拟;分析了模拟结果中各分量的物理意义。由于一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程不仅包含了质点的振动速度矢量,而且显式地包含了横波振动速度矢量和纵波振动速度矢量,还包含了一个体应变和一个旋转矢量,因此应用该方程模拟除了能得到三个质点振动速度分量外,还可以直接得到解耦后的纵、横波分量,避免了解耦算法对模拟精度的影响。模型试算证明了该模拟方法的正确性和优越性。     

Lebedev网格黏弹性介质起伏地表正演模拟

在前人研究的基础上,采用一种新的交错网格(Lebedev网格)进行曲坐标系下的黏弹性介质正演模拟,避免了标准交错网格在处理曲坐标系方程时进行波场插值而引入的数值误差,从而提高了模拟精度。在正演模拟的过程中,首先基于广义标准线性固体,推导了曲坐标系下黏弹性介质的波动方程,随后利用在各向异性介质中使用的Lebedev网格有限差分方法对波动方程进行了离散化,在地表附近采用牵引力镜像法来实施自由表面条件,其他三个边界引进多轴卷积完全匹配层技术提高吸收效果,最后通过模型试算分析了黏滞性的引入以及地形起伏对波场的双重影响,并验证了引入的边界条件具有较好的吸收效果。模型试算结果表明,由于黏弹性介质中吸收衰减的影响导致地震波能量降低且主频向低频端移动,同时由于速度频散导致走时差异及波形变化。     

空气钻井井眼净化与冲蚀效应模拟分析

空气钻井环空气固两相流场分布、工艺参数设计方面的研究较少。笔者基于流体动力学与空气动力学理论,采用有限体积法对气固两相流动控制方程进行了离散求解,模拟分析了不同注入参数条件下环空内的压强和流速分布,着重分析了＂关键点＂处的流场分布,并结合井眼净化和冲蚀效应评价方法,选取了合适的注入参数。模拟所得压强、流速分布均与实际情况吻合较好,并为实际工程参数设计（比如注入压力及井口回压确定）提供了依据,研究成果已用于指导川庆钻探公司空气钻井施工。