套管孔眼压裂冲蚀大型现场实验研究

限流压裂过程中，携砂液高速流经射孔孔眼会产生严重的冲蚀现象，孔眼形态发生改变，导致孔眼限流作用失效，直接影响压裂改造效果。为明确限流压裂条件下孔眼冲蚀规律，本研究设计并搭建了孔眼冲蚀大型现场实验模拟系统，孔眼流速可达到191 m/s,套管压力达到35 MPa以上，采用真实压裂材料进行模拟实验，针对压裂施工的主要参数对套管内壁孔眼冲蚀规律进行实验研究。实验结果表明：井筒内壁孔眼冲蚀分布存在明显的不均匀性，孔眼优先沿跟端侧发生形变；压裂液黏度增大有助于孔眼限流作用保持；相同工况条件下，陶粒组冲蚀速率大于石英砂组；冲蚀速率对排量较为敏感，排量增大会加速孔眼限流失效；冲蚀速率与砂比间呈非线性关系，孔眼冲蚀速率在砂比7%～16%范围内相对稳定，砂比超过16%后，孔眼冲蚀速率急剧增大，在施工过程中建议将砂比控制在16%以下，可减缓孔眼冲蚀导致的孔眼形变。     

超级13Cr钢在蒸馏水和3.5wt%NaCl含砂流体中的冲蚀实验研究

大型储层改造过程中,高速含砂流体引起的冲蚀是管柱失效的重要原因之一。利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,以蒸馏水和3.5 wt%Na Cl为模拟溶液,对比研究了超级13Cr钢在含砂液固两相流体中的冲蚀速率随主流速度和压裂排量的变化规律。分析了Cl-1对超级13Cr钢的冲蚀的加速作用机理。研究表明,对于89mm×6.45 mm油管压裂,当排量低于2.2 m3/min时,Cl-1加速超级13Cr钢冲蚀速率作用不够明显;当排量在2.2~2.75 m3/min时,Cl-1使得电化学腐蚀加剧,导致总的冲蚀速率急剧增加;当排量大于2.75 m3/min时,冲蚀速率主要由冲刷流体产生及机械作用主导,Cl-1的影响开始降低。     

压裂过程超级13Cr油管冲刷腐蚀交互作用研究

压裂过程中,高速含砂流体引起的冲蚀-腐蚀协同作用是引起油管、井下工具等设备失效的重要原因之一。利用自行研制的喷射式冲蚀试验装置,以质量分数3.5%的NaCl含砂液、固两相流体模拟加砂压裂液,采用失质量法研究了压裂排量对超级13Cr油管材料的冲刷磨损和腐蚀交互作用。研究结果表明,在质量分数3.5%的NaCl含砂流体中,超级13Cr油管用钢冲刷和腐蚀交互作用可以分为冲刷加速腐蚀和腐蚀加速冲刷磨损2部分。以114.3 mm×6.88 mm油管压裂为例,在液体排量超过2.65 m3/min时,因为冲蚀加速腐蚀和腐蚀加速冲蚀产生的交互作用都明显增大,导致总的冲蚀速率急剧上升;继续增加排量,交互作用开始由冲刷磨损主导,而冲刷加速腐蚀部分产生的交互作用降低。研究结果可为预防油气田压裂过程超级13Cr油管冲蚀提供参考。     

水力压裂过程中套管内流动冲蚀损伤规律研究

油气田水力压裂施工时,高速注入的压裂液会对套管内壁产生一定冲蚀损伤,其中井筒造斜弯肘的冲蚀问题尤为严重。基于欧拉-拉格朗日多相流模型方法,采用RNG k-ε湍流模型和改进的冲蚀模型对水力压裂过程中套管内的携砂压裂液多相流动及冲蚀过程进行了数值模拟,研究了套管内部流场分布规律和压裂参数对套管冲蚀的影响规律。计算结果表明,套管内各位置颗粒浓度分布基本一致;从井口向井下压力逐渐降低,在弯肘处压力明显降低,压裂液流速接近峰值30 m/s;在竖直井与水平井相连接入弯处45°前位置出现了冲蚀破坏危险点,冲蚀速率出现峰值。水力压裂过程中套管壁面平均冲蚀速率随平均砂比、压裂液排量及压裂砂平均粒径的增大而增大,对套管壁面冲蚀影响最为关键参数是平均砂比,其次是颗粒粒径和排量,而压裂压力影响最小。在此基础上,从井眼轨迹和套管设计、压裂工艺参数设置等方面提出了降低压裂过程套管冲刷磨损的优化建议。     

连续管反循环冲砂过程的磨损研究

针对连续管反循环冲砂解堵过程中颗粒对管壁造成的磨损问题,采用欧拉-欧拉两相流模型,选择了新的磨损模型并自编对应的用户自定义函数(UDF)接口程序,对水平井斜井段两相流进行了数值计算,研究了不同颗粒体积分数、流体流速、颗粒大小及流体黏性时液固两相流对壁面磨损的影响规律。研究结果表明:高颗粒体积分数下的磨损机理为以磨蚀为主,冲蚀为辅;磨损主要发生在连续管内的外曲率半径处,且无论两相流的流速、颗粒体积分数、颗粒大小及流体性质如何,最大磨损率均发生在斜井段入口附近;流体排量越大,磨损越严重,当排量从200 L/min增加到600 L/min时,最大磨损率从6.06×10~(-11)m/s增加到2.15×10~(-10)m/s。所得结果可为减轻连续管磨损及预测连续管寿命提供理论支持。     

水平井限流压裂对射孔孔眼冲蚀的影响

水平井限流压裂中存在携砂液冲蚀射孔孔眼现象，导致段内多簇改造不均衡，不利于地质储量的充分动用，亟需认识清楚孔眼冲蚀过程。基于孔眼摩阻公式，推导了段内多簇多孔的孔眼冲蚀模型，考虑初始孔径差异和簇间应力差，采用孔径、流量分配和孔眼摩阻的变化来量化分析孔眼冲蚀规律。研究结果表明，平均初始孔径较大、应力较小的射孔簇易产生过度冲蚀；随着孔径的增大，孔眼摩阻迅速减小，限流作用减弱，不利于缝控储量均衡动用；单纯地提升排量并不能明显减小簇间的孔眼冲蚀差异；在相对较低的携砂液浓度下，簇间孔眼冲蚀和流量分配更均匀。这说明初始孔径差异和簇间应力差是导致孔眼冲蚀不均匀的主要因素，在限流压裂设计中可通过采用等孔径射孔工艺、适当增加前置液量、优化布孔位置和数量等方法，改善施工段携砂液分配。本研究为优化水平井限流压裂设计提供了支撑。     

套管固井滑套冲蚀磨损模拟分析与试验研究

为准确分析套管固井滑套长时间在固液两相流中冲蚀后的磨损情况及可靠性,在进行冲蚀理论分析和数值模拟的基础上,利用研制的冲蚀磨损试验装置,研究了特定工况下固井滑套带孔短节的冲蚀磨损情况,分析了滑套孔眼冲蚀磨损速率与孔眼数量、砂比及排量的关系,建立了冲蚀磨损速率新模型,研究了滑套带孔短节孔眼过流能力与冲蚀磨损速率的关系;同时,结合数值分析结果和试验数据,得到了A型材质滑套短节的冲蚀磨损系数。研究结果表明,当滑套孔眼为2个时,含砂流体对滑套孔眼周边的冲蚀磨损较为明显,且滑套孔眼冲蚀磨损速率与砂比呈线性关系,与排量呈指数关系。该研究结果可为套管固井滑套可靠性评估提供理论依据,且能够指导滑套压裂工具的现场应用。      

全通径滑套分段压裂工具耐冲蚀性能试验研究

结合全通径分段压裂滑套工具现场使用工况,设计了一套适用于大排量、高砂比、长时间冲蚀模拟试验装置以及性能验证装置,试验时平均排量4.5~6.0 m3/min,含砂体积分数20%~30%,有效冲蚀时间达到24 h,充分模拟了全通径分段压裂滑套和开关工具的耐冲蚀性能,并深入分析了工具各项性能指标。试验结果表明,滑套孔眼中轴向冲蚀较周向冲蚀更为严重;开关工具经冲蚀后液缸边角位置发生一定的冲蚀磨损,经联机及密封测试后,滑套密封压力仍稳定在70 MPa,开关工具锁块仍能顺利伸缩,并成功多次打开、关闭滑套。全通径滑套分段压裂工具经长时间、大排量、高砂比冲蚀后,工具性能均能满足使用要求。     

射孔工况下多喷嘴水力喷射工具冲蚀研究

大排量高砂比水力喷砂压裂的射孔过程中,高速流动的携砂液会对喷射工具表面产生严重的冲蚀损伤。根据喷射工具本体材料35CrMo钢的喷射式冲蚀实验,得到了半经验的冲蚀计算模型。结合DPM数值模拟方法获得射孔过程中工具内部的液固两相流场分布及壁面冲蚀速率,讨论了液相参数和固相颗粒参数对流经上、下游喷嘴颗粒含量及喷嘴入口区域冲蚀损伤的影响。计算结果表明,当工具内部流动达到稳定时,下游喷嘴的颗粒含量大于上游喷嘴的颗粒含量,下游喷嘴入口区域的冲蚀损伤更为严重,颗粒含量及冲蚀损伤的差异性在使用大排量、高黏度液体和大直径、高密度颗粒时更为严重。为防止因上、下游喷嘴颗粒含量差异较大影响射孔效率的情况,建议在实际生产过程中,使用携砂性较好的高黏度压裂液和低密度小直径的颗粒,在保证作业效率和工具寿命的同时控制施工排量。     

连续油管水力喷射冲蚀数值模拟研究

连续油管水力喷射环空加砂压裂技术可实现储层的大规模、高效率改造。但在水力喷砂射孔过程中,连续油管会受到砂粒的严重冲蚀,尤其在连续油管弯曲半径最小处(滚筒处)冲蚀尤为严重。应用CFD软件对连续油管水力喷砂射孔过程中所受的冲蚀进行仿真分析,对冲蚀磨损较严重的部位及区段建立对应的数值计算模型。利用数值模拟结果分析固相颗粒聚集及迁移规律,并合理利用冲蚀模型预测了管壁冲蚀速率与流量、砂粒体积分数等参数的关系。为工程中冲蚀磨损的预测及防治提供理论参考。     

利用测井资料计算井眼容积及显示井身结构

利用现有的测井资料,根据积分原理,准确地计算出井眼容积、环空容积,并以图件的形式直观显示井身结构,为地质和工程下步工作提供基础资料。在宝浪油田的应用效果表明,该方法准确可靠,具有一定的推广价值。     

一种简便的管系相贯孔开孔工艺

1 管子相贯开孔传统工艺存在的问题　在石油化工企业里,到处都可以看到各类管子密集排列,这些管子的贯通和安装组成了能满足各种工艺要求的管系,而贯通和安装的质量又直接影响着管系的性能,因此贯通和安装是一项工作量大、技术要求高的工作.     

一项成功的水基钻井液设计改善了井眼净化条件并提高了井眼稳定性

在过去的几十年中,许多北海钻井作业使用了水基钻井液.为优化钻屑运移及振动筛上完整的钻屑,需要研制一种具有高的低剪切速率黏度的抑制钻井液.但钻屑质量和井眼稳定性没有直接的联系.目前,在从井筒向外输送钻屑过程中,一种低静切力/黏度的钻井液效果很好.因此,近年来通过降低高分子量聚合物的含量,增加低分子量聚合物的含量来提高井眼净化效果.少部分被圈闭在井筒下岩床里的钻屑被输送到地表.本文通过观察起下钻时间、下套管速度和总的钻井时间来表明低黏/低静切力的钻井液是如何改善钻井液性能的.除了黏度方面的变化外,在NaCl和KCl浓度及混合物方面进行了大范围室内及现场试验.本计划目前用的是中等浓度的KCl,已经改善了井眼稳定性.在特殊地层,通过使用低浓度的KCl及改进油井设计,不稳定井眼发生的频率减少了.本文详细地解释了在钻井过程中钻井液设计是如何优化化学性能和井眼净化性能的.在最近3年中,由于钻井设计的改变及水基泥浆系统的应用,特殊油井钻井性能得到提高,与早期相比,总的钻井时间减少了大约50%.     

小井眼水平井裸眼砾石充填完井技术及其应用

水平井裸眼砾石充填可以有效控制油井出砂和底水锥进,但小井眼水平井的井眼直径小、曲率变化大,阻力特性敏感,井底压力难控制,砾石充填困难较大。渤海湾秦皇岛32-6油田为典型高孔高渗、疏松砂岩底水稠油油藏,开采过程中采用设计合理的井身结构和井眼轨迹、优化钻完井液体系、采用梯级优质筛管、调整充填参数等手段,顺利完成32-6E平台5口小井眼水平井砾石充填作业。介绍了刮管洗井、防砂、浸泡破胶等具体步骤及取得的效果,指出采用裸眼砾石充填完井,投产后超过配产要求,油田开发效果良好。     

斜直井下部钻具组合受力分析

介绍了大庆油田斜直井下部钻具组合的受力分析及优选情况。经过７口斜直井现场试验，本文分析方法完全能满足井眼轨迹控制要求，井身质量和固井质量合格率达到１００％。     

井眼轨迹计算新方法

钻井过程中形成的井眼轨迹是展布在三维空间中的一条曲线,在实际工作中这条曲线是通过逐点测斜工作然后选用一种井眼轨迹计算方法来确定的.提高井眼轨迹曲线的精度有两个途径一是减小测斜间距,但这将会增加工作成本;二是选用更切合实际的井眼轨迹计算方法.在钻井和地质工作中常用的井眼轨变计算方法有5种,算法复杂程度和精度各不相同.其原理一类为将相邻两井斜测点视为一直线,算法较简单,精度差.如正切法、平衡正切法和平均角法;另一类则是相邻两井斜测点视为一平面曲线,算法稍复杂,精度较高.如最小曲率法和圆柱螺线法.从方法原理分析,平面曲线类的算法精度高于直线类的算法.文章介绍的井眼轨迹计算的积分法是一种基于空间曲线的方法,它将相邻两井斜测点的连线视为一渐变空间曲线,这将更符合钻井工作的实际,其精度将高于常用的井眼轨迹计算方法,但算法稍复杂.     

一种无完井资料过套管浅层气测井精细评价方法

针对大庆油田葡南地区老井浅层没有完井测井信息不能进行气层评价的问题,在套管井中进行中子寿命测井和补偿中子测井,基于气层的测井响应特征,给出了定性识别气层的2个有效参数以及4组重叠曲线,利用套管井中子寿命远探测器俘获计数率曲线和补偿中子远探测器计数率曲线首次建立了钙层指示曲线,能够有效地区分钙层与气层,实现了气层快速直观精细解释。利用中子寿命测井近、远探测器俘获计数率以及热中子宏观俘获截面测井曲线组建了一条对气层识别比较敏感的GI 1曲线,利用该曲线建立了新的含气饱和度模型,对气层进行了定量解释。以试气资料为基础,综合气层定性、定量识别方法,确定了气层、气水同层、水层的多参数判别标准。经过试气验证表明该解释方法正确,能够满足大庆油田葡南地区老井浅层天然气评价工作需要。     

井底光钻铤钻具组合旋转及钻压波动规律模拟研究

利用根据相似理论设计出的底部钻柱动力学研究试验装置,进行了井底光钻铤钻具在不同钻压、转速条件下旋转及钻压波动规律的试验研究.试验结果表明:光钻铤钻具组合在井底的旋转大部分为正向涡动及谐波振动,要想使其产生反向涡动必须合理选择钻进参数;使用光钻铤钻具组合时井底钻压振动幅度较大;单从减轻钻柱振动危害方面讲,不建议采用光钻铤钻具组合,但从利用井下钻柱纵向振动能量提高深井机械钻速的角度看,该钻具值得推荐;光钻铤钻具组合的防斜机理有待于进一步研究.     

声波测井的井径校正

在声波测井中,井径的变化对声波测井数据的影响是不能忽略的。本文根据声波时差曲线和井径曲线提出一种校正方法,可以消除井径的影响,提高声波测井读数的精度,从而使声波测井的应用效果得到改善。     

双扩眼器井底小井眼消除技术

双扩眼器井底小井眼消除技术是一种高效的随钻扩眼技术,钻进过程中不仅可使用MWD/LWD仪器高质量地测量底部井眼的井斜参数以及电阻率、伽马、密度等地质参数,而且钻进结束后可直接下入较大尺寸的尾管,无需额外的扩眼施工,从而缩短施工时间,节约成本。介绍了Rhino RHE井底小井眼消除系统的组成及Ro D工具的工作原理,阐述了双扩眼器井底小井眼消除技术在墨西哥湾深水环境下的应用效果,并指出施工前要进行Ro D工具安放位置对BHA方位趋势变化的影响、Ro D工具的意外开启和关闭以及水力学模拟分析,这样有助于提高作业成功率。最后建议加强与Ro D工具和Rhino RHE系统功能类似的扩眼器及扩眼技术的研发。