多层滤网机械防砂完井筛管动态腐蚀试验研究

针对机械防砂筛管腐蚀寿命预测方法尚未形成的问题,采用防砂筛管动态腐蚀评价系统,模拟南海某高温高压气藏条件,对多层滤网机械防砂完井筛管的基管、挡砂介质和外保护罩组件进行了动态腐蚀试验评价,使用平均腐蚀速率评价法对腐蚀性能进行数据分析和评价,建立了多层滤网机械防砂完井筛管腐蚀寿命预测方法。研究结果表明:在CO2分压1.5 MPa、温度160℃及Cl^-质量浓度6400 mg/L的气水腐蚀环境中,筛管不同组件的腐蚀速率有较大差别,基管的腐蚀速率最大,外保护罩次之,两者均为中度腐蚀,挡砂介质腐蚀速率最小,为轻度腐蚀;当CO2分压在0.0~5.0 MPa内增大时,腐蚀速率增长缓慢,当CO2分压超过5.0 MPa后,腐蚀速率随分压增长迅速;虽然挡砂介质腐蚀速度最慢,但由于其较细的金属丝交错结构,导致其寿命最短;CO2分压在1.5~14.5 MPa范围内,筛管总体寿命为5~24 a,平均为10~15 a。研究结果可为高温高压气藏机械防砂完井筛管的寿命预测提供参考。     

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。     

海上油气井防砂筛管冲蚀规律和失效预测研究

防砂筛管冲蚀失效直接影响到海上油气井能否安全高效生产,实时掌控筛管冲蚀程度,预测筛管使用寿命是海上油气井生产安全的重要保障。通过设计管流式冲蚀实验装置,开展了筛网过流单元冲蚀实验,并基于冲蚀经典理论模型,拟合建立了筛管冲蚀速率模型;依据编织型过滤金属网布筛管结构特征,构建了完整结构的筛管外护罩、多层过滤筛网和打孔基管物理模型,应用计算流体力学流固耦合模拟器,研究网布式筛管冲蚀规律,预测生产工况下筛管冲蚀寿命,并进行了实例分析。研究结果表明,筛管冲蚀速率随含砂流体流速呈幂函数关系,随含砂浓度先线性增大后趋于平缓,随含砂粒径增大先增加后降低并趋于纯流体冲蚀速率。本文揭示的筛管冲蚀规律和建立的预测模型可为海上油气田防砂设计和安全生产提供理论依据。     

水源井防砂复合筛管的冲蚀磨损试验研究

筛管是井下防砂关键器材,对防砂质量、成本和油井产量等都有很大影响,一旦筛管失效将导致水源井出砂停产,使整个防砂作业失败。为了减轻筛管的冲蚀损害,研究了各个因素对金属网布筛管和星孔筛管冲蚀损害的影响规律。结合海上油田生产实际和各种影响因素,研制了冲蚀磨损试验装置。针对2种类型的筛管,模拟了含砂粒径、流速、含砂质量分数和地层水矿化度等因素对其冲蚀的影响程度,并利用灰色关联度的方法对各个影响因素进行了排序和分析。研究结果表明:随着流体流速、粒径和含砂质量分数增加,筛管冲蚀速率增加,地层水矿化度对筛管冲蚀的影响较小;金属网布筛管的冲蚀损害因素的关联度排序为受效面积砂粒粒径含砂质量分数流速;而星孔筛管的关联度排序为受效面积含砂质量分数砂粒粒径流速。2种筛管的主要冲蚀因素都是受效面积,筛管的局部堵塞是造成筛管冲蚀损害的关键因素;金属网布筛管不适用于地层砂粒较粗的井;星孔筛管更适合应用于水源井这样产量较高的井。研究结果对水源井筛管的结构设计和选型具有一定的指导作用。     

挡砂介质变形及挡砂精度变化规律研究

关于挡砂介质在热采条件下的变形特性以及对挡砂精度的影响规律少有研究。为此,分析了挡砂介质的主要结构类型以及不同金属材料在高温下的线膨胀系数的变化规律;以此为基础,分析割缝缝隙类、绕丝缝隙类和金属滤网类这3种挡砂介质的几何结构模型,建立了高温条件下的介质变形特性及挡砂精度预测模型,分析了不同结构参数下筛管挡砂精度变化规律。分析结果表明:随着温度升高,完全约束条件下的割缝衬管和绕丝筛管的挡砂精度明显降低;360℃条件下绕丝筛管挡砂精度降低幅度小于5%,而割缝衬管挡砂精度降低幅度高达25%,并且割缝间距越大,挡砂精度降低幅度越大;随温度上升,滤网类筛管挡砂精度取决于滤网金属丝直径和原始网孔的相对大小,但变化幅度不超过1%。研究结果可为热采井防砂设计提供指导。     

多孔泡沫金属在防砂筛管应用中结构参数试验优化

泡沫金属由金属与气体复合而成,是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料,具有良好的过流、过滤性能。利用泡沫金属作为挡砂介质开发的特种筛管,是一项油田防砂可行性解决方案。防砂筛管挡砂效果主要取决于挡砂介质的结构形式与规格参数。为优化泡沫金属挡砂介质的结构参数,指导防砂筛管的设计,利用室内岩心驱替模拟试验装置,开展不同结构、不同规格参数的泡沫金属挡砂性能试验,分析不同排布结构、不同厚度比的泡沫金属挡砂效果。结果表明,挡砂介质“外密内疏”的变孔径结构要优于均匀单一孔径结构,具备更好的过流抗堵塞效果,且随着驱替排量的增大,优势体现更加明显。当排量为100 mL/min时,变孔径驱替压差较均匀单一孔径压差降低约40%; 不同泡沫金属厚度比的挡砂能力也不同,厚度比2︰3结构较厚度比2.5︰2.5结构驱替压差降低约15%,控砂量较1.5︰3.5结构降低约2.6倍。综合考虑驱替压差、出砂量及驱替排量等因素,泡沫金属作为防砂筛管挡砂介质,采用变孔径结构且厚度比为2︰3最适合油气田开发要求。为进一步优化防砂筛管结构提供了理论参考。     

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。     

筛管防砂效果评价系统研制与试验

在油气田开发过程中,随着生产进行往往容易出现防砂筛管堵塞破损导致的井底出砂躺井,严重缩短了油井的生产寿命.该文介绍了以国内海上某疏松砂岩油田为研究对象,建立的一套利用试验手段评价筛管防砂介质防砂效果的装置系统,可以有效地评价疏松砂岩油田不同防砂工艺与防砂筛管防砂介质的防砂效果.该系统设计充分考虑了地层出砂程度、生产压差...     

泡沫金属防砂筛管性能评价试验

常用的机械式筛管在防砂应用中易产生筛管堵塞和冲蚀刺漏破坏。为此,研制了泡沫金属防砂筛管。为综合评价泡沫金属筛管的防砂性能,利用防砂试验平台对筛管开展了挡砂性能试验、耐压强度试验和抗冲蚀能力试验,并与海上目前常用的其他类型筛管开展了对比试验。试验结果表明:泡沫金属筛管具有良好的挡砂效果,过流与抗堵塞能力优异,抗冲蚀能力是其他类型筛管的2～3倍,抗内外压强度指标超出海油应用标准,特别适合海上"三高"油气田高效开发的要求。泡沫金属防砂筛管实现了新材料行业与油田开发防砂领域相结合的技术创新,具有良好的市场应用前景。     

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。     

用离散颗粒流数值模拟方法预测气井金属网布筛管冲蚀寿命

深水气井生产过程中高速流体携带储层砂粒冲蚀筛管易造成筛管防砂失效。目前室内挂片冲蚀实验仅考虑网布因素,预测的筛管冲蚀寿命误差较大。以气井出砂中常用的金属网布筛管为研究对象,建立全结构三维金属网布筛管数值模拟模型,利用离散颗粒流DPM方法模拟砂粒在筛管中流动冲蚀过程,分析不同流速和浓度下砂粒对金属网布速度分布和冲蚀速率影响,预测金属网布筛管冲蚀寿命。研究发现:(1)筛管冲蚀速率与流体速度呈指数关系,与含砂浓度呈线性关系;流速和含砂浓度越大,冲蚀速率越大;(2)筛网各层结构流速和冲蚀速率不同,入口流速0.5~2.0 m/s之间,第1层筛网流速和冲蚀速率是入口流速和冲蚀速率的2.32~4.20倍和10.91~15.96倍,第2层筛网流速和冲蚀速率是入口速度和冲蚀速率的1.60~2.10倍和3.00~5.58倍;(3)筛管冲蚀破坏首先发生在第1层筛网,筛管结构造成第1层筛网流速扩大是筛网冲蚀破坏的主要原因。利用离散流数值模拟方法预测不同流速下筛网冲蚀寿命,与现场监测寿命值对比,最小误差2.0 %。该方法为气井金属网布筛管出砂冲蚀寿命预测提供新的技术手段。     

膨胀防砂筛管技术及应用

膨胀套管技术是20世纪90年代才兴起的一门节约井眼直径的钻井技术,起源于美国,现已投入实践,收到了很好的效果,而在我国还处于理论探索阶段。它是一种适用于井下防砂的膨胀筛管技术,膨胀防砂筛管实质上是具有一系列串联的、互相交错的轴向割缝的管子,割缝的布置使管柱更易于膨胀。在钻井工业中,对防砂起到了很好的作用,并且可以提高油井的产量。介绍了膨胀防砂筛管的组成及膨胀机理、现场应用情况和所需研究的内容,最后对我国膨胀管技术的发展提出了一些建议。     

防砂管金属丝编织过滤网堵塞-冲蚀破坏微观损伤机理研究

为了探明防砂管金属丝编织过滤网在防砂生产过程中的破坏机理,采用全尺寸防砂筛管冲蚀模拟装置,实验研究了一定含砂浓度条件下生产压差对筛网堵塞-冲蚀破坏的影响规律和微观损伤机制。结果表明：生产压差越大筛网防砂失效的时间越短,防砂失效时的筛网质量损失百分比临界值为0.45%,超过该临界值后挡砂失效;筛网多数过流孔被砂粒堵塞,导致含砂流体过流速度分布不均,造成筛网局部冲蚀破坏,形成破坏“热点”; SEM/EDS微观分析发现,编织网金属丝迎流外表面并未发生明显冲蚀损伤,而金属丝泄流面冲蚀损伤严重,认为堵塞滞留在编织网孔处的砂粒在流体压差的作用下会以较高的动能和一定的角度弹射撞击到编织网泄流面邻近金属丝隆起阻挡高速砂粒流动的区域、造成金属丝磨损、切削损伤,建议通过控制生产压差来降低编织网泄流侧的冲蚀程度,通过改变编织孔网三维结构来改善筛网的抗冲蚀破坏能力。本文研究结果对防砂筛管冲蚀破坏原因分析和长效防砂筛管设计有一定指导意义。     

砾石充填金属网筛管冲蚀模拟试验研究

为避免水源井中砂粒对金属网筛管的冲蚀破坏,采用后混式磨料射流冲蚀试验装置,进行砾石充填加砂条件下筛管的冲蚀试验装置安装连接及试验方案设计,对金属网筛管进行两种不同粒径陶粒充填加砂模拟试验研究.试验结果表明:在无充填情况下,随着含砂质量分数的增加,流体冲蚀射穿的时间缩短,当含砂质量分数较高时,冲蚀损坏的时间变化幅度减小;...     

割缝筛管防砂技术研究

描述了割缝筛管防砂机理及割缝筛管筛缝宽度的确定方法,研究了割缝筛管与地层充填砂的配伍性。介绍了适用于不同渗流能力的地层的割缝筛管防砂工艺及现场应用情况。割缝筛管防砂技术简单实用,重复利用率高,适用于地层渗透率较高的砂岩油藏、特别是疏松砂岩稠油油藏注汽前一次性防砂,避免了绕丝管结构复杂、大修率高、滤砂管易破损、热采井防砂占井时间长等系列问题。     

泡沫金属防砂筛管研制及性能测试

海上油气田常用的防砂方式主要为独立筛管防砂和砾石充填防砂，独立筛管防砂主要用于物性较好的储层，砾石充填防砂主要用于物性较差的储层，对于物性介于中间类型的储层，独立筛管防砂失效的风险较大，砾石充填防砂又有些浪费。通过对具有三维立体结构的泡沫金属材料挡砂机理的研究，研制出了一种泡沫金属防砂筛管。通过室内性能测试和井下现场试用，证明泡沫金属筛管的挡砂性能、过流能力、耐堵塞能力和耐冲蚀性能均较好。泡沫金属防砂筛管为海上油气田的防砂提供了一种新的选择。     

多孔隙金属筛管热采防砂性能评价试验研究

多孔隙金属筛管主体挡砂层采用抗高温、耐腐蚀性能优良的金属研制而成,因其特殊的三维立体孔隙结构,筛管具有较强的通透性和过流能力,目前在常规冷采开发油气田适用性良好。为进一步评价筛管在稠油热采条件下的适应性,开展了多轮次蒸汽吞吐防砂模拟试验,模拟筛管在经过多轮次蒸汽吞吐过程中的防砂效果变化情况,分析在多轮次注采过程中筛管内外的压力、温度、出砂量和出砂粒径的变化规律。试验结果表明,经过16个轮次的高温蒸汽吞吐(蒸汽温度350℃、注入压力17 MPa)试验,筛管出砂质量分数在1.86×10^-7%～6.63×10^-6%之间,出砂粒径中值略小于筛管挡砂精度,渗透率保持能力在85.7%左右,筛管整体过流能力和抗堵塞性能保持率良好。试验结果充分证明了筛管在稠油热采油藏开发方面具有良好的防砂效果和过流性能,可为稠油热采工况下油气田防砂完井提供技术参考。     

可自适应膨胀防砂筛管膨胀机理研究

提出了可自适应膨胀防砂新理念,在介绍其基本结构的基础上,对可自适应膨胀防砂筛管的膨胀机理和施工工艺进行了分析,为可自适应膨胀防砂筛管的现场应用提供了理论支持。     

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。