控制出砂冲蚀的监测装置

介绍一种出砂冲蚀监测装置，可通过控制管道系统、节流器及阀门等作业装置的损坏程度来降低油田生产费用。重点论述监测系统、监测器的历史及其发展远景。     

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。     

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。     

适度防砂完井与采油工艺技术研究与应用

油气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。每年都要花费大量人力物力进行防治和研究。如果砂害得不到治理,油气井出砂会越来越严重,致使出砂油气田不能有效开发。针对埕岛油田的防砂采油,介绍了防砂油田的采油工艺。     

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。     

防砂筛管滤网介质冲蚀试验及冲蚀速率预测模型

为了研究金属滤网类挡砂介质的冲蚀破坏机理、主要控制因素及其影响规律,基于复合完井筛管中的多层金属滤网挡砂介质,开展了系统的冲蚀模拟试验。研究结果表明：多层金属滤网的冲蚀破坏机理包括正面的啃噬点蚀机理和侧向切削冲蚀机理,冲蚀初期以正面啃噬为主、侧向切削为辅,孔洞形成后转变为侧向切削为主;金属网布冲蚀速率随冲蚀介质流速呈非线性升高,随地层砂粒径中值和含砂体积分数呈线性升高;高精度介质小角度冲蚀速率高于正面冲蚀,而中低精度介质冲蚀速率在40°～60°时最高,正面及小角度时均相对较低;提出的多层滤网挡砂介质冲蚀速率预测模型拟合精度较高,模型考虑了外界冲蚀条件和滤网结构特征,气体携砂与液体携砂时模型的拟合系数分别为0.898 7和0.908 9。所得结论可为多层金属滤网复合筛管的滤网介质冲蚀破坏预测提供参考。     

官195断块出砂机理与防砂技术

官195断块已进入综合治理、控水稳油阶段,油井出砂、套变较多,影响了油井正常生产和生产时率。从沉积微相分析、地层岩心观察和地层出砂的对比等多方面对地层进行了分析,基本认清该区块地层出砂机理、主要出砂层位和产油主力层,为砂害治理提供了科学依据。经优化简化层系、优选井号、封堵非主力油层,试验应用封隔器高压砾石充填防砂技术取得了成功,实现了油田在长井段、细粉砂岩出砂油层的防砂技术突破。     

中国海上疏松砂岩适度出砂井防砂方式优选

依据国内外防砂方式选择方法及室内大型出砂模拟试验研究成果,提出疏松砂岩适度出砂井防砂方式选择的理论参数地层砂粒度中值 d₅₀、均质系数 U_C、泥质含量 V_sh 以及蒙脱石含量。通过对中国4个海域储层特性进行的统计、不同防砂方式下出砂模拟试验及现场防砂效果,得到了中国海上疏松砂岩适度出砂井的防砂方式选择标准,并建立了相应的防砂方式优选图版,挡砂精度设计参照地层砂粒度中值 d50。该图版在海上多个新开发油藏的防砂方案设计应用中取得了较好的效果。     

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。     

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。     

M油田出砂因素及防砂措施分析

从M油田的开发概况和出砂状况，综合分析了M油田出砂的原因，建立了出砂理论模型，对其进行了出砂模拟实验分析，分析了产量、含水和压力等因素对M油田出砂的影响，确定了M油田的合理生产压差及抽汲参数，并对M油田的出砂形势进行了预测，最后提出了M油田防砂原则的确定要根据不同开发方式、不同开发时期以及不同井况采取不同的防砂措施，以实现经济而有效的防砂目的。     

稠油出砂侵蚀模型的建立

考虑流体流动对出砂的影响，以连续方程和达西方程为基础，建立了稠油出砂冷采侵蚀模型，并在一维单相不可压缩条件下进行求解。结果表明，连续出砂会大大提高近井地带的孔隙度，从而改善油藏流动特性，提高稠油产量；而产砂量则出现先大幅度增加而后降低并趋于稳定的特征，这与现场实际资料相吻合，证明了该模型的可靠性。此外，一维模型可以用来指导出砂冷采实验，并进行验证。该模型具有很强的发展前景，可以推广到在径向流、两相流以及考虑岩石骨架塑性变形(流固耦合)等情况下的稠油出砂侵蚀模型的研究中。     

气井井下防砂工作筒冲蚀性能研究

为降低气井压裂后出砂对生产管柱及地面设备造成的危害,延长气井生产管柱使用寿命,提高生产安全性,研发了气井井下防砂工艺技术。研制的工作筒作为防砂筛管井下定位的关键部件,在压裂过程中受高速支撑剂颗粒冲蚀作用而磨损,其定位可靠性存在风险。为研究工作筒的冲蚀规律,运用数值模拟软件对工作筒在不同排量、砂比、粒径条件下的冲蚀情况进行分析。研究结果表明：支撑剂对工作筒的冲蚀磨损主要发生在筒内变径区域;随着施工排量的增加,工作筒的冲蚀速率随之增加,且成近似指数关系;在施工排量及砂比一定的条件下,颗粒直径变大,冲蚀磨损呈现出先增大后减小的趋势。分析结果可为防砂工作筒结构的优化设计提供依据。     

水平井出砂模拟试验研究

介绍了一种模拟水平井出砂的径向流试验模型和在该模型上进行的地层出砂试验的方法。通过试验结果定量分析和描述了水平井地层出砂与流体渗流速度的关系,为水平井完井设计提供了参考依据。     

射孔-防砂联作防砂效果室内模拟与测试

通过测试，岩心靶防砂填充层的孔隙度达39．15％、油测渗透率为46．55μm^2，说明防砂填充层的渗透性很好，能够满足油井高产要求。采用地面模拟装置、选择不同粒径的砂样进行防砂实验得出，140～200m砂样最大出砂浓度为0．07278％，更细的砂粒不出砂。此结果表明，对大粒径的防砂效果好。     

射孔完井出砂预测新模型及其在射孔优化中的应用

分析了射孔完井的油层出砂机理，以线弹性理论为基础，考虑变温应力和流体渗流作用的拖曳力影响，建立了一种新的射孔完井出砂预测模型。应用该模型研究射孔方位、射孔参数对油井出砂的影响，结果表明，深穿透射孔弹比大孔半径射孔弹能更好地避免孔道出砂，采用定向射孔能有效地减少油井出砂问题。其结果对砂岩油藏射孔优化设计具有一定指导意义。     

井控作业HAZOP技术及其模拟分析

介绍了由井控作业HAZOP技术和井控模拟相结合的方法研究井控安全问题。通过将HAZOP用于井控作业,建立了新的井控风险分析与识别系统,能预测出产生的可能后果,提出相应的改善对策。同时,基于＂U＂形管模型和泵送模型,建立了工程师法压井理论模型,编制了井控设计及模拟分析软件。因此,采用HAZOP对危险源辨识、评价和建议,与井控模拟相结合,形成了一个完整的井控作业HAZOP技术及其模拟分析系统,在钻井风险分析中有重要的实用价值。     

空气水平井中钻柱冲蚀模型与分析

空气钻水平井中,水平段携岩是一技术问题,但携带岩屑颗粒的高速气体对水平段钻柱的冲蚀也非常引人关注。利用计算流体动力学（CFD）软件计算了给定偏心距条件下水平井水平段环空中气体的速度分布和环空中岩屑的运移轨迹。通过分析了岩屑对钻柱及下井壁的冲蚀,给出不同偏心距下岩屑对钻柱的冲蚀速率,从而定性上得到岩屑颗粒对钻柱的冲蚀规律。结果表明,大环空中空气流速随着计算段长度的增大而增大,小环空中则呈现相反的规律;小部分岩屑将滞留在小环空中;岩屑对钻柱的冲蚀速率随着偏心距的增大而增大,而且偏心距在0.04m～0.06m范围内冲蚀速率达到最大。     

油井出砂后期多级防砂技术级数研究

油井出砂是油田注水开发进入高含水期普遍存在的问题。针对现有的防砂方法在油井出砂后期存在防砂效果差、有效期短的问题,提出了油井出砂后期多级防砂技术,并在已有防砂技术的基础上,建立了油井出砂量模型、出砂临界压力模型和非均质性地层渗流模型来优化砾石充填的级数,系统研究了地层亏空半径、地层出砂量、砾石在亏空地层充填级数的确定因素,利用岩石力学和井壁稳定因素建立了一套完整的数学预测模型,为多级防砂技术在油田的推广和应用提供了理论依据。      

斜井潜油电泵扶正设计与冲蚀模拟

潜油电泵机组用于斜井采油时,横向力分量使电泵机组变形将改变其与套管的配合间隙甚至产生接触摩擦。鉴于此,建立了潜油电泵机组有限元模型,获得井斜度对电泵机组径向位移的影响规律。对扶正后电机外壳与套管间流场进行流体仿真分析,得到电机外壳井液速度分布规律,计算了不同含砂体积分数井液对电机外壳的冲蚀率,并预测电机使用寿命。研究结果表明:无扶正状态下电泵外壳最大径向位移随倾斜角度增大呈线性增长;设置扶正器后,最大流速有所下降,但随电泵倾角的增加而增大;井液含砂体积分数对电机壳体表面冲蚀率和寿命的影响呈线性关系。所得结论可为斜井环境中不同井斜度、多种管径配套尺寸的扶正方案及冲蚀寿命评估提供参考。