筛管砾石充填完井水平气井产能评价

筛管砾石充填完井方式在水平气井中应用广泛.该文综合考虑流体通过射孔孔眼周围压实带的压降、流体通过射孔孔眼的压降和流体通过筛套环空的压降,建立了表皮系数模型及筛管砾石充填完井水平气井的产能预测模型,并对影响产能的因素筛管砾石充填参数、气藏参数、地层污染程度等进行了分析.其中气藏条件和地层污染情况对产能影响较大.     

射孔完井模型的数值模拟

用有限元方法建立了射孔完井的离散模型，进行了大量的数值模拟计算，并分析了孔深、污染程度，破碎带、孔眼半径、相位角等对产率比和表皮系数的影响．模拟结果表明，离散模型和数值方法的计算误差较小，且能节省大量的计算时间．     

射孔完井模型的数值模拟

用有限元方法建立了射孔完井的离散模型，进行了大量的数值模拟计算，并分析了孔深、污染程度、破碎带、孔眼半径、相位角等对产率比和表皮系数的影响。模拟结果表明，离散模型和数值方法的计算误差较小，且能节省大量的计算时间。     

基于最优穿深分析的射孔参数优化设计新方法

射孔完井作为主要的完井方式之一，对套管井沟通储层、解除近井带污染、释放产能尤为重要，射孔参数的合理设计是保障射孔作业效果的关键所在。现有射孔参数设计方法主要通过表皮计算开展射孔参数敏感性分析，依据曲线形态、分布密集程度及变化趋势进行参数设计。由于射孔表皮计算模型未有效考虑射孔孔道流动摩阻的影响，无法准确刻画射孔穿深和产能之间关系，依据表皮分析的参数敏感性结果无法确定最优射孔穿深。从流体力学角度出发，将射孔孔道等效为微观意义上的水平井，建立油藏与射孔孔眼流动耦合数学模型，充分考虑射孔孔道流动摩阻的影响，结合Dikken优化原则，研究建立了最优射孔穿深确定方法，形成基于最优穿深分析的射孔参数设计新方法。实例分析表明，该方法可为最优射孔穿深的设计提供理论依据。     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程 ,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律 ,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明 ,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在 ,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较 ,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少 ,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下 ,孔眼面积增大 ,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于 2 0孔 /m时 ,无论采用何种布孔方式 ,除方形孔眼外 ,套管抗挤能力的降低均不会超过 4 % ;大于 2 0孔 /m时 ,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加     

小参数高阶项对射孔段套管屈曲摄动解的影响

采用摄动法求解射孔套管的屈曲临界压力时,一般仅取小参数ε的一次项,忽略其高阶项必然对计算结果产生一定的影响。针对此问题,建立了考虑小参数二阶项影响的射孔段套管弹性屈曲近似控制方程,给出了含有ε2项影响的射孔段套管屈曲问题摄动解的一般形式;分析了小参数变化时,ε2项对射孔段套管抗挤能力系数的影响。数值计算结果表明,计算孔眼的轴向最大尺寸、布孔格式和孔密度发生变化对小参数及射孔段套管抗挤能力都有直接的影响。当计算孔眼的轴向最大尺寸小于30mm、孔密度小于40孔/m时,仅考虑ε一次项可以给出满意的结果,而不必考虑小参数高阶项的影响。     

小参数高阶项对射孔段套管屈曲摄动解的影响

采用摄动法求解射孔套管的屈曲临界压力时,一般仅取小参数ε的一次项,忽略其高阶项必然对计算结果产生一定的影响。针对此问题,建立了考虑小参数二阶项影响的射孔段套管弹性屈曲近似控制方程,给出了含有ε^2项影响的射孔段套管屈曲问题摄动解的一般形式;分析了小参数变化时,ε^2项对射孔段套管抗挤能力系数的影响。数值计算结果表明,计算孔眼的轴向最大尺寸、布孔格式和孔密度发生变化对小参数及射孔段套管抗挤能力都有直接的影响。当计算孔眼的轴向最大尺寸小于30mm、孔密度小于40孔／m时,仅考虑ε一次项可以给出满意的结果,而不必考虑小参数高阶项的影响。     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下,孔眼面积增大,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于20孔／m时,无论采用何种布孔方式,除方形孔眼外,套管抗挤能力的降低均不会超过4％;大于20孔／m时,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加。     

基于正交实验法射孔参数优化设计数值模拟

射孔完井对油井产能的主要影响因素为孔眼密度、孔眼直径、孔眼深度和孔眼相位,基于油井产能最优对射孔参数进行优化设计是提高射孔井产能的关键技术之一。本文基于射孔井产能的半解析模型,应用有限元分析法对射孔井的产能进行数值模拟研究,并应用正交实验法对数值模拟结果进行分析。结果表明：随着孔深的增加,产率比增加,且在孔深较小时斜率较大,当穿孔深度超过钻井污染带深度时,曲线出现拐点,斜率变小、变平。随着孔径的增大,产率比增大,在实际射孔过程中,考虑到套管强度的问题,孔径应在保证套管强度的情况下尽可能取最大值。当孔密增大时,产率比随之增大,且随孔密的增大,其产率比上升趋势减弱。相位角增大时,产率比减小,相位角从60°变到90°时,产能有较大的提高,相位角在90°和180°之间变化时产能变化不大。通过比较极差值R来判断各个因素的主次关系。本文可为射孔参数的优选提供指导。     

射孔套管应力集中系数有限元分析

建立了射孔套管的有限元力学模型,对不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数进行了有限元分析。旨在讨论非线性材料弹塑性范围内多孔情况下,对孔眼的应力集中系数及对管体抗挤强度的影响,为射孔套管应力集中及强度影响提供了详尽的数据,并给出了优化射孔方案。     

低渗透岩芯实弹射孔实验研究

针对低渗透露头岩芯进行了实弹射孔实验,对射孔孔眼穿透深度、孔眼周围渗透率变化情况进行了分析。结果表明:孔眼周围的渗透率变化规律和常规地层不同,沿孔眼轴线方向,渗透率呈单调下降趋势,孔眼末端的渗透率接近于原始值;在沿孔眼径向方向,渗透率也呈下降趋势,压实带特征不明显,且压实带部位的渗透率仍明显大于岩石原始渗透率;低渗透岩石射孔孔眼穿透深度明显比常规储层中小。由于常规射孔技术对低渗透储层的改造深度有限,应大规模推广采用复合射孔等新技术以改善射孔效果。     

基于坐封受力模型的暂堵球封堵效果影响因素与参数优化

暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明：暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0mm,最佳泵送排量＞4.0 m3/min,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。     

气井射孔参数选择

射孔是影响气井产能的关键因素,选择合理的射孔参数极其重要。气井由于其渗流特性与油井不同,因此,射孔参数的选择也与油井不同。根据气井的渗流规律和气层被钻井泥浆污染的特性,分析了射孔参数对气井产能的影响,同时与油井进行了对比,并进行了实例计算。提出近井带孔深对产能的影响较油井强烈;超过污染带后孔径又成为第一影响参数,这一特点与油井完全不同。     

充填防砂井表皮系数研究

从砾石充填防砂井的基本渗流规律出发,将流量的自动分配引入近井各个阻力区,剖析每个阻力区的流速变化,采用压降的形式,推导出了射孔炮眼穿出钻井污染带与未穿出钻井污染带时,污染带与炮眼内流动的层流表皮系数和紊流表皮系数;将常规径向渗流的紊流表皮系数的分析方法引入裂缝渗流紊流表皮系数的分析,导出了压裂充填的紊流表皮系数;同样考虑流速在射孔孔眼附近的急剧增加,推导出了压裂充填的汇聚表皮系数。计算结果与数值解的时比,反映了以上方法的合理性。     

水力射孔对地层破裂压力的影响研究

水力射孔辅助定向压裂可有效提高低渗透油田压裂效率,明显改善压裂效果.建立了包含地层水泥环套管的水力射孔井的三维力学模型,运用有限元数值模拟方法结合弹性力学理论和岩石的破裂机理,分析了水力射孔参数对地层破裂压力的影响.研究结果表明,沿着最大水平地应力方向进行交错布孔、选择射孔密度为4 m-1、增加射孔深度可以有效降低地层破裂压力.研究结果可为水力射孔辅助定向压裂工艺提供参数优选的依据.     

水平井两相流变密度射孔模型研究

综合考虑水平井气液两相流体分层流动特性以及气液两相流体高速通过射孔孔眼所产生的非达西流动效应等因素,基于向井流流动模型和水平井筒气液两相分层流动模型,建立了水平井两相流变密度射孔优化模型。通过对所建模型的数值求解,揭示了变密度射孔完井水平井内气液两相分层流动规律,并对模型中产量、地层渗透率等重要参数进行了敏感性分析。结果表明,均匀射孔会导致水平井筒跟端的径向流入量大大增加,出现明显的端部效应,而通过调节射孔密度,可以有效地调整水平井生产剖面,尤其对于高渗油藏,变密度射孔能够有效地减缓可能出现的水气锥进,从而提高油田的开发效益。     

定向射孔体积压裂复杂裂缝扩展机理试验研究

基于线弹性岩石力学和定向射孔增产理论,提出了利用定向射孔诱导地层形成复杂体积裂缝的增产设计思路。通过大型真三轴水力压裂物理模拟实验对其压裂机理进行了研究,分析了射孔方位、水平地应力差、射孔深度等对破裂压力以及裂缝扩展形态的影响。结果表明:定向射孔方位角和水平地应力差对破裂压力的影响最为明显;并且控制着裂缝转向半径。随着射孔方位角的增大,破裂压力逐渐升高;随着射孔深度的增加,破裂压力逐渐降低;同时存在一个最佳射孔方位角范围,在此范围内可以诱导地层产生"S"型、"X"型等复杂裂缝形态。研究成果可为定向射孔压裂施工参数优选提供理论支撑。     

前苏联与美国求表皮系数方法的异同

根据射孔完井电模拟以及Locke和Hong数值模拟研究的结果分析了射孔孔径、孔密及射入深度对表皮系数和油井产能的影响,发现使用和Locke曲线所得出的结果基本一致;曲线未考虑孔眼周围压实带的缺点,完全可以用近似公式修正。因为,实际上无法准确知道压实带的厚度及渗透率,准确地考虑这一因素是不可能的;曲线较现有的任何一种曲线都便于查找,至今仍在前苏联广泛使用,那种认为曲线已经过时的说法是缺少根据的,但扩大该曲线的范围和对压实带作修正则是需要的。     

页岩夹煤层弱面水平井段定面射孔优化分析

在水平井压裂施工过程中,射孔参数的优化是降低储层破裂压力,提高油田经济效益最直接有效的方法。在地下储层中,弱面的存在增强了储层的非均质性,同时改变了射孔时的起裂压力。应用单一弱面强度理论,结合射孔完井下单孔眼最大主应力公式,推导出含弱面水平井段单孔眼最大主应力与弱面倾角的关系。并使用有限元分析软件ABAQUS,对9组不同角度弱面倾角水平井段进行定面射孔模拟分析,得到弱面倾角对孔眼最大主应力和最佳射孔密度的影响规律,对理论模型结果进行验证。结果表明:孔眼处最大主应力受弱面倾角控制,当弱面倾角βφ/2+45°时,孔眼处最大主应力随弱面倾角增大而减小,此时最佳射孔密度选用13孔/m;当弱面倾角βφ/2+45°时,随弱面倾角增大,孔眼处最大主应力先减小后增大,最佳射孔密度选用16孔/m;当弱面倾角β=φ/2+45°时,井筒将会沿着弱面发生破裂。对于含弱面水平井段的射孔提出优化方案,最大限度地降低地层破裂压力,该方法对实际生产具有一定的理论指导意义。     

地层条件下射孔深度的模拟

将射孔孔眼考虑成线源,采用无限平面中任意方向线段源的瞬时源函数Gxy及铅直方向的瞬时的源函数Gz,根据Newman乘积原理得出一个射孔孔眼的Green函数Gxy.Gz,并根据据叠加原理给出实际射孔情况下的地层压力、井底压力表达式.利用这一表达式,可以分别计算地面条件下和地层条件下的压力,由此压力关系反推地层射孔深度.