高黏度流体垂直井筒携砂临界流速实验与计算

生产实践证明适度出砂开采稠油能够有效增加油井产能,高黏度流体在井筒内携砂临界流速的确定是稠油适度出砂生产设计的关键参数之一。结合调研文献资料,考虑砂粒形状、砂粒浓度和器壁干涉等因素影响后,给出了适用于高黏流体计算砂粒沉降速度的砂粒器壁干涉沉降速度经验公式,采用垂直井筒携砂模拟实验装置进行实验,静态沉降实验得出了砂粒形状校正系数,高黏流体携砂临界流速实验测得实际携砂临界流速,拟合砂粒器壁干涉沉降速度和携砂临界流速,得出高黏流体携带不同粒径砂粒的临界流速计算式。结果表明,砂粒器壁干涉沉降速度与携砂临界流速基本上呈线性关系;黏度越大,砂粒器壁干涉沉降速度与其携砂临界流速值越接近。     

地层砂粒在液体中的沉降规律研究

在压裂、防砂及冲砂过程中,为防止砂粒在井筒底部沉积,需研究砂粒在液体中的沉降规律,从而确定最低排量等施工参数。根据固液两相流理论,推导了砂粒在牛顿流体、幂律流体及宾汉流体中不同沉降雷诺数范围内的沉降规律;用不同类型的液体及不同粒径的砂粒对不同情况下沉降规律进行了实验验证。实验及计算表明：常用的斯托克斯公式仅适应于颗粒沉降雷诺数较小的情况;当砂粒较大、液体粘度较小时,用斯托克斯公式得出的计算值与实际值相关很大。新推导公式所得的理论计算值与实测值的误差较小,得出的砂粒沉降规律较为准确,可用于现场 流体携砂能力的研究。     

含砂稠油卧式分离器数值模拟

目前对分离器的数值研究较广泛,但多是对不同构件下的流场模拟研究,缺少分析含砂稠油卧式分离器中颗粒的沉积率对分离器分离效率的影响。鉴于此,针对含砂稠油卧式分离器中油、水、砂的分离情况,建立卧式分离器的三维流场模型,数值模拟得到了分离器内的砂粒运动轨迹、油水分布情况及不同粒径的砂粒质量分数变化;分析了不同入口速度、稠油黏度、含砂质量分数对分离器分离效率及砂沉积率的影响。数值模拟结果表明：卧式分离器可以在内部挡板周围形成中等强度的旋转流场;稠油被砂粒吸附在周围,形成聚合团状物,可降低油滴的上浮速度,增大油滴上浮剪切力和摩擦阻力,从而降低分离效率;分离器内砂粒粒径小于110μm,砂粒不会沉积在分离器内,反之砂粒发生沉积的可能性逐渐增大;分离器入口速度大于1 m/s时,分离器的油水分离效率显著下降,砂分离效率逐渐降低;稠油的动力黏度越大,分离效率越低;随着含砂质量分数的增大,分离效率逐渐降低,砂粒的沉积率逐渐增大。研究结果可为稠油除砂分析中砂粒尺寸控制和分离器现场作业提供理论支撑。     

垂直井简低黏度液流最小携砂速度研究

油气井出砂开采或储层出砂后的垂直井筒最小携砂速度是井筒携砂的重要设计参数,一般的方法是对颗粒自由沉降末速附加一个固定的修正系数.基于理论和试验分析,用颗粒的等沉降速度当量直径取代了等体积当量直径,进而利用沉降试验解决了颗粒的形状系数测定问题,并通过携砂试验得到了埕北地区东营组油藏砂粒的最小携砂速度计算公式.研究结果表明,在低黏度流体中最小携砂速度的修正系数随颗粒直径减小而增加,在携砂试验条件下其变化范围为1.45～2.90.研究成果可用于计算垂直井筒内低浓度砂粒无淤塞的最低携砂流速,对于解决其他地质区块和微小颗粒的垂直井筒携砂问题具有借鉴意义.     

渤海疏松砂岩油藏水平井筒携砂能力数值模拟研究

渤海疏松砂岩稠油油藏适度出砂开采过程中,产出砂粒随稠油进入水平井筒后容易沉积形成砂床,造成油层砂埋、油管砂堵等危害。基于流体力学理论,根据渤海疏松砂岩油藏的基本参数,利用FLUENT流体力学软件对适度出砂开采过程中水平井筒流场特性进行了数值模拟,得到了井筒流速、出砂量、出砂粒径、稠油黏度等敏感参数对携砂能力和井筒压降的影响规律:在渤海疏松砂岩油藏条件下,井筒流速和稠油黏度对携砂能力的影响均存在临界值,当井筒流速或稠油黏度达到临界值时,随着流速或黏度的增大,井筒砂床高度和悬浮层含砂体积分数均趋于稳定。同时,对井筒压降的影响程度依次为稠油黏度、井筒流速、出砂粒径和出砂量。该结果可为渤海疏松砂岩油藏适度出砂开采工艺设计提供理论依据。     

井筒砂粒运移规律室内模拟实验研究

利用研制的井筒携砂实验装置,模拟了一定砂粒配比下不同井型中的携砂情况.观察了颗粒在不同倾斜角度的井筒中的运移方式,测定了不同粒径的砂粒被携带出的临界流量,揭示了颗粒直径同流体流量关系变化规律.实验结果表明,流体的流速和携砂管的倾斜程度对砂粒携带能力有很大影响,流体流速越大,携带的颗粒直径也越大,砂粒在携砂管中的流动方式随携砂管倾斜角度而变化,携砂管垂直放置时,颗粒以均匀悬浮方式运移:携砂管倾斜时,颗粒以非均匀分层流动、跳跃和移动床流动方式运移.同一粒径砂粒在不同倾斜携砂管中的临界流量表明,携砂管倾斜60°时,携带能力最弱,携砂管垂直时携砂能力最强.     

垂直井筒低黏度液流最小携砂速度研究

油气井出砂开采或储层出砂后的垂直井筒最小携砂速度是井筒携砂的重要设计参数，一般的方法是对颗粒自由沉降末速附加一个固定的修正系数。基于理论和试验分析，用颗粒的等沉降速度当量直径取代了等体积当量直径。进而利用沉降试验解决了颗粒的形状系数测定问题，并通过携砂试验得到了埕北地区东营组油藏砂粒的最小携砂速度计算公式。研究结果表明，在低黏度流体中最小携砂速度的修正系数随颗粒直径减小而增加，在携砂试验条件下其变化范围为1．45～2．90。研究成果可用于计算垂直井筒内低浓度砂粒无淤塞的最低携砂流速，对于解决其他地质区块和微小颗粒的垂直井筒携砂问题具有借鉴意义。     

形状差异的岩屑颗粒沉降规律及曳力系数模型

油气钻井中,岩屑颗粒在井筒中自由沉降会引起沉砂卡钻等问题。为了探究岩屑颗粒沉降规律,开展了模拟岩屑颗粒自由沉降实验。利用沉降实验数据和图像处理技术,计算出10种不同形状颗粒在9种非牛顿流体中的沉降末速度与曳力系数,研究了颗粒形状和流变性对沉降的影响规律,并探究了现有曳力系数模型对非球形颗粒在非牛顿流体中的适用性。结果表明,颗粒偏离球形程度越大,在流体中越难沉降。流体黏度增加可有效抑制沉降的发生,且流体非牛顿性越强,对沉降的抑制作用越明显。现有曳力系数模型不适合描述非牛顿流体中非球形颗粒沉降规律,因此,构建了一种新的形状因子,并结合该形状因子建立了新的曳力系数模型。误差分析结果显示,新模型对沉降实验测量数据具有良好的拟合性,决定系数R²大于0.99。较现有模型预测精度提高了50.5%,预测真实岩屑颗粒曳力系数的误差在15%以内,可较好地描述不同形状岩屑颗粒的沉降曳力系数规律,对提高钻井过程中颗粒流体稳定性具有重要理论和现实意义。     

出砂冷采地面除砂工艺与关键技术

随着稠油出砂冷采和适度出砂技术的应用,出砂问题在稠油开采中不可避免。砂粒进入地面设备,给地面设备带来各种破坏和影响。稠油黏度大,含砂粒粒径分布范围广,成为除砂工艺中的技术难点。分析稠油除砂所面临的问题以及现有工艺存在的问题,针对稠油的特性和各种除砂技术的优缺点,设计了掺热水、掺降黏剂、沉降分离、自动清砂、旋流分离以及洗砂净化等工艺流程。该流程具有分离效率高、不停产作业、适用性强、节能和环保的特点,并对该工艺的关键技术进行了分析。     

油水两相流携砂能力全尺寸模拟实验研究

渤海疏松砂岩油藏适度出砂开采过程中产出砂粒随稠油进入水平井筒后容易沉积形成砂床,造成油层砂埋、油管砂堵等,因此需要分析研究砂粒在井筒中的运移、沉降规律。本文基于全尺寸井筒多相复杂流动室内试验平台,根据渤海疏松砂岩油藏的基本参数,以白油和水作为试验介质,固相采用不同粒度的砂粒,通过改变含水率、主流流量、壁面入流、砂粒直径等参数,得到了不同流动条件下的流型变化及井筒中砂床高度与井筒压降的变化规律。实验结果表明:井筒砂床高度受主流流量影响比较大,壁面入流对其影响比较小;砂床高度随着粒径的增大而增大;在主流流量大于30m3/h的条件下,粒径小于20目的砂粒会形成悬浮层;随着井筒流速的增大,悬浮层含砂体积浓度变大,而随着含水率的增大,悬浮层含砂体积浓度变小。本文实验结果可为渤海疏松砂岩油藏适度出砂开采工艺设计提供理论依据。     

塔河油田超深井井筒掺稀降粘技术研究

基于热量传递原理和两相流动理论,建立了井筒掺稀油降粘工艺中产液沿井筒流动与传热的热力学模型。计算了产液沿井筒的温度分布和压力分布,同时进行了不同掺稀条件下降粘的室内实验。运用该模型结合实验结果对塔河油田稠油井掺稀降粘效果进行了计算,分析了不同工艺参数对掺稀降粘效果的影响。结果表明,井筒掺稀油降粘工艺适合于含水率低于20%的油井,开式掺稀油反循环比开式掺稀油正循环生产更有利于提高降粘效果,塔河油田井筒掺稀降粘合理的掺稀比率为1:2至1:1。     

海上稠油油田含砂原油除砂及含油砂净化工艺探讨

含砂原油除砂和含油砂净化处理是保证海上油田防砂失败油井正常生产和稠油冷采、适度防砂等先进采油技术成功应用的关键环节之一,在油田开发前期设计中须充分考虑。针对我国海上稠油油田原油性质及开发特点,提出了将掺水降粘、循环回掺热污水、密闭容器砂液分离、靠容器压力排泄砂液和水力旋流净化含油砂等工艺技术整合于一体的处理流程,整个处理系统具有结构紧凑、高效、节能和环保的特点。     

Experimental investigation on rheological property of foamy oil in Venezuela

Some heavy oil reservoirs present foamy oil flow behavior under primary production, and the foamy oil viscosity and rheological property are important factors that influence the efficiency of the process. The variation of the foamy oil viscosity during the depletion process is complicated due to the generation and migration of dispersed gas bubbles within the oil phase, and still remains as a controversial topic.

?This study aims to investigate this issue by measuring the foamy oil viscosity at different pressure, temperature and flow rate with a capillary viscometer system equipped with a specially designed foamy oil generator to guarantee the generation and stable flow of gas-in-oil dispersions. Meanwhile, the dead oil and live oil viscosities were also measured for comparison.

?Based on the results from all the tests the following conclusions can be drawn. Below the bubble point pressure, the dispersed gas-bubble volume fraction and foamy oil viscosity increase with pressure decline; the viscosity of foamy oil is higher than that of live oil, and the gap between them widens with pressure decline. Moreover, foamy oil behaves as shear-thinning power-law fluid, and the shear-thinning effect becomes stronger with the decrease of pressure. The foamy oil rheology is also affected by temperature, and the shear-thinning effect becomes milder with the increase of temperature. Based on the experimental data, a formula was established for estimating foamy oil apparent viscosity within porous media, which took flow rate, shear-thinning flow parameters, permeability, porosity and other factors into consideration.     

LPG吞吐提高稠油采收率研究

利用圆管填砂模型,饱和辽河稠油模拟辽河稠油油层的油层温度和压力下进行LPG吞吐实验,系统评价了LPG吞吐采油提高采收率的效果。实验中研究了注入量即注入压力、液化气注入速度、液化气与原油作用时间即闷井时间对吞吐效果的影响。其结论认为,LPG吞吐开采稠油效果显著,吞吐效果与油品黏度有关,黏度越大,吞吐效果越差。油品黏度越高,降压吐油阶段压力释放速度越慢,时间越长,出气速度也越慢;LPG吞吐稠油各周期采收率存在峰值,总趋势为上凸线;LPG注入速度对LPT吞吐的采收率影响不大;气体注入压力和注入量对采收率影响较大,注入压力越高,注入量越大,LPG吞吐的周期采收率越大。闷井时间对采收率有一定影响,但其影响程度要小于注入压力。     

考虑变质量流水平井筒稠油携砂能力研究

与浆体管输不同,水平井筒从趾部到根部随着地层流体的流入,井筒内流体流量逐渐增大,井筒内各个部位的流态随着井筒内流量的变化而变化。根据液固两相稳态流流态理论,流态依次从非均质悬浮流加固定床或流动床组合到单个非均质悬浮流。流态的变化引起了井筒内压力梯度、固定床层或流动床层高度等流动参数的变化,从而造成稠油携砂能力的变化。根据上述理论,建立了考虑变质量流水平井筒稠油携砂机理模型,并用其计算得到了井筒内压力梯度、固定床层或流动床层高度分布,为评价水平井筒稠油携砂能力提供了依据。     

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     

孤东油田稠油开采配套技术及应用

孤东稠油油藏具有油层埋藏浅，泥质粘土含理高，油层岩石胶结疏松等特点，粘度分布范围宽，开采过程中出砂严重，断块分布零散，开采难度大，结合稠油油藏特点和开采中存在的难点，综合配套油层保护，防砂，降粘和机采等工艺，提高稠开发效果。     

春光油田井筒掺稀降黏稠稀油动态混合流动特征研究

稠油在举升过程中随着井筒温度的降低,原油黏度不断上升,流动性变差,举升难度变大。掺稀能降低井筒原油黏度,有效减小举升摩阻,是井筒降黏的常用工艺。根据春光油田现场掺稀降黏工艺流程,建立稠油降黏井筒流动室内评价装置,模拟了套管掺稀举升过程中稠稀油的动态混合过程;实验测定了管流阻力的随注入速度及含水率在不同温度条件下的变化特征,模拟了不同掺稀比例条件下的黏度变化和降黏率,形成了一套油井产液量与出油温度、掺稀比例对应关系图版,为井筒掺稀降黏工艺的现场应用提供了依据。     

塔河凝析油混掺重质油稳定性研究

塔河油田外输重质油高含沥青质,与凝析油进行混掺输送过程中极易发生沥青质沉积,堵塞储罐及地面输送管线。在对油品胶体稳定性影响因素以及胶体稳定性理论认识的基础上,将塔河外输重质原油与凝析油按不同比例混合,通过斑点实验对混合样品进行相容性分析,给出定性结论,然后对混合原油稳定性参数进行测定,得到相容性量化数据,并确定2种原油相容时的合理配比范围,为有效解决不同油品掺混输送问题提供了理论指导。