大斜度井管内循环砾石充填过程可视化数值模拟

大斜度井管内循环砾石充填实质是复杂条件下的固液两相流动及砂床运移过程,存在携砂液向地层的滤失以及冲筛环空与井筒环空之间的流体质量交换。分别建立井筒环空固液两相流和冲筛环空单相流动系统的的砾石、携砂液的质量和动量守恒方程,以及各两个流动系统间的耦合流动方程,得到了倾斜井筒条件下的大斜度井管内砾石循环充填过程的数学模型。模型求解后研制了开发了充填过程模拟器软件,用于可视化模拟大斜度井砾石充填过程。分析了充填过程特征及各项动态参数的变化规律。     

水平井砾石充填过程中的变质量流

由于携砂液向地层的滤失以及通过筛管缝隙的流体质量交换,水平井砾石充填过程中冲筛、井筒环空两个流动系统均为复杂的变质量流。考虑变质量流特征,分别建立井筒环空、冲筛环空两个独立流动系统的砾石、携砂液的质量和动量守恒方程,以及各系统间的流动耦合方程,得到水平井砾石充填过程中的变质量流动数学模型。数值求解后可计算压力、流量、窜流量、滤失量等随时间和位置的变化规律,为水平井砾石充填的优化设计提供基础。     

大斜度井砾石充填机理

将大斜度井砾石充填过程分为3个阶段,分析了各阶段的充填机理。考虑携砂液向地层的滤失以及井筒环窄、冲筛环空之间的流体质量交换,分别建立了井简环空、冲筛环空两个独立流动系统的砾石、携砂液的质量和动量守恒方程,以及各系统间的流动耦合方程,得到了描述大斜度井砾石充填过程的数学模型。算例分析表明：由于井筒滤失的存在,向井筒末端方向砂床高度逐步升高,其升高的速度随井筒滤失的增加而增加;在整个充填过程中,要保持充填顺利进行,井筒内流动压力足不断增加的,尤其在第2个充填过程结束第3个充填过程开始后,流动压力会有一个明显的增大以克服快速增加的流动阻力。     

筛管砾石充填井筒附近压降计算方法

认识到套管射孔砾石充填井井筒附近压降发生在 3个流动区域内 ,近井地带向射孔炮眼的汇聚流动区域 ,炮眼内砾石层的线性流动区域以及筛套环空砾石层中的发散流动区域 .以 Bernoulli压降方程为基础导出了计算向炮眼的汇聚流产生的压降的新方法 .以 Forchheimer方程为基础导出了筛套环空锥形发散流的压降简化计算公式 .结果表明 :井筒附近压降主要发生在汇聚流区域和炮眼内砾石层 ,而环空砾石层的压降相对较小 ;射孔参数及砾石渗透率是影响砾石充填井井筒附近压降的主要因素 ,砾石充填井应采用孔径大于 1 5 mm,孔密 30孔 / m左右的参数射孔 ,砾石层渗透率至少应保持在 30～ 40 μm2以上 .     

粉细砂岩油藏防砂井堵塞规律研究及充填参优化

粉细砂岩油藏的纵向层系较多,层间矛盾严重,出砂堵塞影响提液生产效果。在现有斜直井产能模型的基础上,对筛管、环空充填层、挤压充填层和储层的渗透率细化描述,改进了机械防砂表皮系数公式。通过室内实验分析了防砂体系堵塞规律,认为随着驱替注入量和驱替流量提高,防砂体系堵塞加剧,渗透率最大下降40%。储层颗粒进入套管内,堵塞环空砾石与防砂筛管,导致表皮系数急剧上升,产能下降超过80%。扩大挤压充填半径能够将微粒阻挡在远离井眼的位置,有助于保持油井产能。对分层防砂井充填半径进行优化分析,发现在中低渗透扩大充填半径能够改善层间动用效果。对盘二沙三下区块的防砂井充填参数优化,对渗透率较低的S4层扩大充填半径,措施后油井液量保持稳定,日产油提高9.56 t。     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

水平井自适应控水与砾石充填复合工艺试验

在易出砂地层水平井开发中,单独应用自适应调流控水筛管难以实现良好的防砂效果,需要研究一种自适应调流控水与砾石充填相结合的新型完井工艺。为此,对影响充填砾石运移的排量、砂比、冲筛比、漏失量、携砂液黏度等试验工艺参数进行设计优化。根据试验工艺参数设计结果,自主设计并搭建水平井自适应调流控水砾石充填的地面模拟试验装置,并开展两次水平井自适应调流控水砾石充填试验。试验结果表明,优选的低密度砾石,解决了充填排量受限的难题。在优选的充填参数条件下,充填效率达到100%。充填砾石的轴向渗流阻力远大于径向渗流阻力,可实现环空封隔器作用,充分发挥调流控水装置的控水稳油功能。最终得到合理的施工参数范围,为现场应用提供有效指导。     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法,计算结果表明;水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降;入流量越大,压降越大;管径越大,压降越小;要计算整个水平段压力分布,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法。     

水平井及大斜度井砾石充填过程试验

根据水平井及大斜度井砾石充填机制与过程,考虑地层滤失、井筒倾斜、筛管偏置等特殊情况,建立水平井及大斜度井管内砾石循环充填试验模拟装置.利用该试验装置模拟水平井及大斜度井管内砾石循环充填全过程,分析α波及β波充填前沿特征,研究井筒倾角、筛管偏置度、流量、砂体积分数对充填动态及α波砂床平衡高度的影响规律及机制.试验结果表明:α波充填前沿在低流量下规则稳定,在高流量下形状不规则;α波充填结束前沉积砂床平衡高度会整体升高,导致β波充填空间较小;筛管偏置度与井筒倾角对充填动态有明显影响,井筒倾斜会降低砂床平衡高度,而筛管偏置则会加剧沉积砂床的形成并增大平衡高度;流量、砂体积分数是影响α波充填动态的直接因素.     

水平井泡沫携砾石充填数值模拟

在进行疏松砂岩水平井砾石充填完井过程中,以往均采用牛顿流体作为携砂液。泡沫流体作为非牛顿流体,比牛顿流体具有更好的携带性能,并且具有低滤失性。针对水平井砾石充填作业发生提前堵塞和携砂液进入地层问题,借鉴水平管流的固液两相流动机制,建立水平井泡沫携砾石充填两层数学模型,并且对泡沫在水平井中流动的摩阻系数进行讨论。对偏心率、砾石直径、砾石密度及泡沫干度对砾石充填效果的影响进行计算分析,并以充填效率、砂床高度及综合评价指标表征充填效果。结果表明:随偏心率增大,充填评价指标趋于增加,但增加的幅度较小;随砾石直径、砾石密度及泡沫干度的增加,充填指标趋于降低;泡沫作为携砂液进行砾石充填比牛顿流体具有更好的充填效果。     

高压砾石充填防砂工艺参数优化设计方法研究

高压砾石充填防砂施工过程中砾石尺寸、携砂比、充填排量、携砂液黏度、筛管参数等是影响施工成败和防砂效果的主要因素.讨论了地层砂侵入砾石层的特性以及砾石层压降计算方法,用以评价其挡砂效果和对产能的影响;建立了砾石尺寸综合评价方法,用以优选最佳砾石尺寸;以水平射孔孔眼中砾石颗粒不发生沉积堵塞为目标,建立了给定携砂比、携砂液黏度条件下的最小临界排量计算方法,用以对施工参数进行组合优化设计;最后研究了绕丝筛管尺寸和管柱结构的设计.给出了一套高压砾石充填施工参数优化设计方法,用该方法对涩北气田涩49井进行了高压充填设计,施工后防砂效果较好,产能降低率11.6%,目前稳产在(4.7～5.0)×104m3/d.     

两级固结堵漏井筒压力的变化规律

常规固结堵漏浆体驻留性差、井筒留塞难。现场采用两级固结堵漏工艺,在固结堵漏浆体前向漏失层注入高黏稠浆体,以提高浆体驻留性。但对堵漏作业过程中井筒压力变化规律认识不清,井筒压力精细控制不足,工艺参数如排量、浆体体积等的确定缺乏理论指导,这些仍然是固结堵漏工艺优化面临的关键问题之一。基于浆体在裂缝中一维径向流动模型,建立了多级固结堵漏动力学模型,提出临界压差和压差比两个参数表征浆体的驻留性。以高黏稠凝胶浆+水泥浆两级固结堵漏工艺为例,分析裂缝宽度、排量、浆体体积及比例对井筒压力的影响,厘清堵漏过程中与环空液面高度变化与井筒压力的关系。研究表明：裂缝宽度越小,堵漏过程中井筒与地层压差、临界压差越大,浆体更容易驻留。增加浆体体积和高黏稠浆体比例,有助于浆体驻留,但实际堵漏应综合考虑浆体驻留、漏层裂缝封固以及成本等多因素。浆体排量越大,压差比越大,不利于浆体驻留。环空液面高度变化可以判断漏失地层井筒压力变化,现场应加强环空液面高度的监测。     

水平井压井立压控制误差分析与井口套压预测

根据水平井压井的基本原理,考虑环空摩阻、流体流型影响下的计算误差,分析了水平井与直井压井控制立压变化的比较误差.以直井井控理论、多相流理论为基础,建立了水平井井控三相流理论模型,采用有限差分方法对模型进行了数值化求解.算例分析结果表明,在水平井立压控制过程中,如果按直井方式压井,不仅在初始立压点和终了立压点存在误差,而且在造斜点、稳斜点处也存在较大的误差,这将对水平井井控作业产生一定影响.在水平井压井过程中,直到溢流全部移出水平段时水平井的井口套压才开始逐渐增加;岩屑床的存在使水平段和造斜段的环空尺寸减小,对流体流速有一定影响,使井口套压比不考虑其存在的情况时偏高;水平井曲率半径、水平段长、水平段微小倾角、多个造斜率等因素对井口套压影响不大,而井眼尺寸、压井排量、溢流量等因素对井口套压影响较大.