压力衰竭下疏松砂岩出砂临界生产压差预测方法

海上油气藏多采取衰竭式开发,开发后期储层压力衰竭导致岩石应力状况变化,致使弱胶结疏松砂岩储层严重出砂可能性增加。为了有效做好出砂预测,针对衰竭式开采弱胶结疏松砂岩油气藏,同时考虑储层压力衰竭对地应力影响,基于井壁处岩石应力状态分析,引入岩石骨架破坏Mogi-Coulomb准则,建立出砂临界生产压差CDP模型,给出一种适用于海上储层压力衰竭开采生产井全生产周期出砂预测方法,并结合油田实例,计算并绘制出F-1井全生产周期出砂临界生产压差图版。研究表明,初期出砂临界生产压差较大,随着地层压力逐渐衰减,临界生产压差逐渐降低,至临界储层压力时,由于地层出砂不能生产,需要补充地层能量或者采取防砂措施,预测结果与现场出砂情况相符合,研究成果能为易出砂井配产提供指导意义。     

测井资料在南堡35-2油田出砂预测中的应用

分析了渤海南堡35–2油田主力储层明化镇组的出砂机理,应用测井资料(纵波时差、横波时差、伽马和密度等)建立了黏聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比和最大水平主应力等岩石力学参数的求取方法,并在此基础上应用出砂指数法、斯伦贝谢法进行出砂预测以及临界生产压差的计算。根据出砂预测方法和临界生产压差的计算模型绘制了储层出砂指数剖面和临界生产压差剖面。计算结果表明,明化镇组储层开采过程中出砂的可能性极大,开发时应采取防砂措施。研究结果为今后该区块及附近区块油井出砂界定提供了准确的量化依据,可为油井合理工作制度的制定提供指导。     

裸眼完井出砂预测模型研究

油田开采到中后期，疏松砂岩油藏的出砂问题已成为影响油井产能和损害设备的严重问题。为了研究裸眼完井的出砂机理，根据岩石力学及弹塑性力学理论，对直井井壁围岩应力分布进行了分析计算，采用Mohr—Coulom准则及复变函数方法建立了非均匀地应力作用下油井出砂的解析模型。利用该模型和已知的出砂判别准则即可确定油井的出砂现状。在中原油田现场的应用实例表明，该模型预测结果与现场工程实践中已有的油井出砂经验预测模型相吻合。     

基于流固耦合理论的疏松砂岩地层稳定性评价

疏松砂岩油藏开发过程中,井眼形成、各种高强度开采措施的应用极易导致近井壁区域地层发生应力扰动、产生膨胀/压实变形,造成油井出砂,严重时井壁坍塌破坏,影响油井生产.应用连续介质力学理论,综合考虑流体渗流、储层变形、破坏等因素,建立了流固耦合形式的地层稳定性评价模型,采用有限元数值模拟技术定量分析开发过程中近井壁区域储层变形、有效应力变化及相应渗透性能变化.结果表明:井眼曲率、生产压差对地层稳定有显著影响,生产过程中可根据储集层岩性确定临界生产压差,在保持地层稳定的基础上提高产能.     

基于出砂特征半径的水平井出砂临界生产压差预测模型

在水平井近井地带地应力分布研究基础上,首次提出破坏特征半径的概念,以特征半径处作为地层破坏出砂的判断位置,分别使用Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则、Hoek-Brown准则建立相应的水平井出砂临界生产压差预测模型,并对水平井出砂临界生产压差计算结果进行敏感性分析。结果表明:水平井出砂临界生产压差与井斜角有关,其具体变化规律与原始主应力中垂向主应力与最大水平主应力的关系有关;在同一地区,水平井水平段方位的选取会明显影响其生产中的出砂程度;水平井出砂临界生产压差与特征位置半径的选取有直接关系。     

裸眼完井出砂预测模型研究

油田开采到中后期,疏松砂岩油藏的出砂问题已成为影响油井产能和损害设备的严重问题。为了研究裸眼完井的出砂机理,根据岩石力学及弹塑性力学理论,对直井井壁围岩应力分布进行了分析计算,采用Mohr Coulom准则及复变函数方法建立了非均匀地应力作用下油井出砂的解析模型。利用该模型和已知的出砂判别准则即可确定油井的出砂现状。在中原油田现场的应用实例表明,该模型预测结果与现场工程实践中已有的油井出砂经验预测模型相吻合。     

压力衰竭对临界生产压差的影响及油藏产能评价

许多油气田在开发中后期都会出现储层压力孔隙压力衰竭,孔隙压力的降低将导致有效水平地应力增加,使井壁周围某些方位地层发生剪切屈服而出砂。分析压力衰竭前后水平地应力变化规律,提出新的临界生产压差计算模型。结合某油田储层的物性参数进行实例计算;同时探讨了压力衰竭后,地层压实对储层渗透率的影响;并结合室内试验,对油藏产能进行了分析。结果表明:随着地层压力的逐渐衰减,临界生产压差逐渐变小;同时地层渗透率下降,油藏产能降低,这符合油田的实际情况。考虑应力路径系数研究压力衰竭对临界生产压差的影响,与过去未考虑该因素时得出的结论相比存在差异。研究结果可以为压力衰竭油气田的出砂预测及完井设计提供参考。     

高含水期射孔井出砂预测模型的建立及应用

对取心井测井数据和岩心三轴试验岩石强度数据进行了分析 ,得到了油层砂岩强度与声波时差和井深的回归关系式 ,这一关系式可用于胜坨油田及其周边油区岩石强度的计算。以岩石破坏准则为基础 ,运用岩石力学理论和分析方法 ,考虑到射孔孔眼周围岩石应力场对孔道稳定性的影响 ,建立了射孔完井临界出砂预测模型。预测结果表明 ,油层砂岩岩石强度是影响油井出砂的重要因素 ;弱胶结岩石在较低的流速下会有出砂现象 ,而胶结强度高的砂岩在较高的流速下也不容易出砂。胜坨油田高含水期出砂与含水量上升有密切关系 ,这主要是因为含水量上升破坏了产层胶结结构 ,降低了岩石强度。利用孔道出砂预测模型进行计算 ,得到了预防出砂的临界生产压差和临界产量。该模型预测的结果可用于 :①判断新井投产、老井补孔等新投产层位的出砂 ,并根据预测结果确定合理的防砂措施 ,优化生产参数 ;②判断目前生产层位出砂状况 ,确定多层生产井的出砂层位 ,调整生产参数及控制地层出砂程度。对胜坨油田 3个不同区块的生产井进行了计算 ,其计算结果对该油田高含水期开发方案的设计有指导作用。目前该方法已在胜坨油田现场应用 12 2井次 ,出砂预测的准确率大于 82 %。     

高含水期射孔井出砂预测模型的建立及应用

对取心井测井数据和岩心三轴试验岩石强度数据进行了分析，得到了油层砂岩强度与声波时差和井深的回归关系式，这一关系式可用于胜坨油田及其周边油区岩石强度的计算。以岩石破坏准则为基础，运用岩石力学理论和分析方法，考虑到射孔孔眼周围岩石应力场对孔道稳定性的影响，建立了射孔完井临界出砂预测模型。预测结果表明，油层砂岩岩石强度是影响油井出砂的重要因素；弱胶结岩石在较低的流速下会有出砂现象，而胶结强度高的砂岩在较高的流速下也不容易出砂。胜坨油田高含水期出砂与含水量上升有密切关系，这主要是因为含水量上升破坏了产层胶结结构，降低了岩石强度。利用孔道出砂预测模型进行计算，得到了预防出砂的临界生产压差和临界产量。该模型预测的结果可用于：①判断新井投产、老井补孔等新投产层位的出砂，并根据预测结果确定合理的防砂措施，优化生产参数；②判断目前生产层位出砂状况，确定多层生产井的出砂层位，调整生产参数及控制地层出砂程度。对胜坨油田3个不同区块的生产井进行了计算，其计算结果对该油田高含水期开发方案的设计有指导作用。目前该方法已在胜坨油田现场应用122井次，出砂预测的准确率大于82％。     

气井临界生产压差的确定

油气井出砂是油气开采过程中遇到的主要难题之一,在国内外各油气田生产中都广泛存在出砂问题。如何抑制气井出砂,保证气井的顺利生产,本文从生产压差方面介绍了气井临界生产压差确定的技术方法及工作流程,使用出砂预测软件对中海油某一气田4口气井每个小层临界生产压差进行了计算,计算结果与实际生产情况吻合很好,对该气田的实际生产具有一定的指导作用。     

井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井地层出砂的影响

结合等效塑性应变准则定量地研究了井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井砂岩油藏出砂的影响。计算结果表明,在一定的应力和地层条件下,井斜角在0~45°时,随着井斜角的增加,井壁内的塑性应变最大值和塑性区范围都不断增加,出砂的趋势增大;当井斜角在45°~90°时,随着井斜角的增加,井眼内最大塑性应变逐渐减小,出砂趋势减小。井斜角相同,但井眼倾斜方位不同的井,井壁内产生塑性变形的区域不同,塑性变形的程度也不同,从防砂的角度,井眼,尤其水平井眼应该沿原地最小水平主应力方向,或尽可能靠近最小主应力方向。     

深部砂岩力学实验及储层开采出砂影响规律

为研究深部储层砂岩在高温、高压、高应力状态下的开采出砂规律及主控因素，本文以克深区块为研究对象，开展了相应的岩石力学实验和数值模拟分析。实验岩心取自该区块致密砂岩储层，通过实验获得了高温高压下岩石的弹性模量、内聚力和内摩擦角等参数及其变化规律。结合实验结果和该地区地质特征，建立了深部砂岩储层直井开采热流固耦合模型，并利用有限元软件进行求解；通过分析储层Mises应力，等效塑性应变等参数变化特征，结合出砂判别标准，得到了不同开采条件下的出砂影响规律。采用正交试验设计方法进行了出砂敏感性因素分析，获得了其出砂的主控因素。研究结果表明：水平地应力的非均匀程度对储层开采出砂的影响最大，岩石胶结强度和生产压差的影响次之，地层温度变化影响相对较小。     

基于应变的热采井套管设计方法

提出基于应变的热采井套管设计方法,确定基于应变的设计准则,通过建立三维弹塑性有限元模型,模拟分析热采井多轮次生产过程中应力和应变变化规律,并以胜利油田A井为例进行实例设计。结果表明,该设计方法密切结合热采井"注-焖-采"生产过程,可考虑多轮次循环温度载荷对套管的损伤程度,通过计算多轮次生产条件下套管上的累积塑性应变,依据热采井生产轮次要求及应变准则,科学灵活地设计套管,可以为热采井套管柱设计提供新思路。     

体积压裂水平井蒸汽吞吐过程砂粒运移

在以水平井体积压裂为主的稠油油藏开采过程中,随着油田进入开发中后期,油井出砂日趋严重,油井出砂会严重影响油田的正常生产。因此,对水平井体积压裂蒸汽吞吐过程中的砂砾运移规律进行了深入研究,为应对油井出砂问题提供相关理论支持。利用CFD仿真模拟方法,研究了体积压裂水平井蒸汽吞吐过程中,研究了裂缝压力、入口流量、井斜角以及裂缝数量对水平井内砂床形成的影响以及变化规律。由模拟结果可知：固相体积分数随着裂缝压力的上升呈现出先下降后上升的趋势且在裂缝压力为8MPa的时候井筒出砂量最小;固相体积分数随着入口流量的提升而下降;相同情况下井斜角越小固相体积分数越大;固相体积分数随着裂缝条数的增多而降低。     

定方位射孔对出砂的影响分析

油气井开采过程中有的出砂问题十分严重。不仅会缩短油井的寿命、磨蚀地面及井下设备、造成桥堵或井眼堵塞,还会降低油井的产量严重时甚至会迫使油气井停产,严重影响了油田的正常生产。为保证油气井的开发进度及效果,必须控制出砂。出砂受到各种综合因素的影响,如何准确预测出砂并有效地加以预防是延长油气井生产年限和保证良好经济效益的关键所在。因此,有效地解决出砂问题是保证油气井开发效果的重要举措。定方位射孔沿着最大主应力方位进行射孔,从而避开了井筒内易出砂的方向,有效地防止出砂现象。由此可见,研究定方位射孔与出砂的关系有着十分重大的意义。分析了出砂的各种影响因素,以降低破裂压力和防止出砂为研究的出发点,开展定方位射孔对破裂压力和出砂的影响分析。通过对井下岩石和射孔孔道的应力分布的研究,建立井下破裂压力和出砂临界压差的计算模型。结论表明对于定方位射孔,最佳的射孔方位为沿着最大水平主应力方位。     

基于修正塑性功函数的砂土硬软化本构模型

基于与应力路径无关的修正塑性功函数,提出了一个新的可以考虑砂土变形强度应力路径效应的弹塑性硬化-软化本构模型.模型所采用的与应力路径不相关的修正塑性硬化函数是基于砂土多应力路径平面应变压缩试验结果、经过数学拟合而得到的.文中建议的本构模型属于等向硬化-软化、考虑非关联流动的弹塑性模型.有限元计算结果与室内试验结果比较表明,该模型不仅可以较好地模拟砂土变形强度的应力路径效应,同时也可以模拟砂土变形强度的应力水平依存性、强度的固有结构性各向异性、初始空隙比依存性,以及砂土伴随剪切破坏的软化效应.     

考虑流固耦合效应的储层砂岩力学响应分析

用柱坐标系下的三维颗粒流数值方法研究储层砂岩的力学响应。通过实际颗粒级配的数值模拟与室内三轴试验对比,确定砂岩颗粒的细观力学参数,建立基于流固耦合效应的射孔试验模型。结果表明:砂岩的宏观应力反映了油藏流速对砂岩应力的增幅,但均未超过储层砂岩的峰值强度,最大塑性区约为12.9 mm,显示局部化的砂岩破坏过程;胶结应力的变化表明流速大于3 m/s时,增幅明显的剪应力加速了砂岩的剪切破坏,且颗粒平动和转动加剧,说明砂岩的胶结破坏严重,离散颗粒数呈量级增大,塑性区扩大明显。考虑流固耦合效应的三维数值方法能有效反映油井出砂的力学特性,当油藏流动对砂岩起控制作用时,出砂几率显著提高。     

油气井筒出砂理论技术新进展

油气井筒出砂问题不仅仅出现在石油和天然气的生产过程中，海域天然气水合物(以下简称水合物)的开采和枯竭油气藏型储气库的运行同样伴随出砂导致的各种不利因素的影响。主要针对国内油气井筒出砂的研究现状进行三个层面介绍，分别为出砂的理论研究(宏观研究和微观研究)、出砂预测方法和出砂防治措施(机械挡砂、化学固沙、携砂管理和综合防砂)。通过研究分析业界专家的出砂理论和实验结果，结合具体的案例对油气井筒出砂研究存在的问题进行了归纳和总结。认为目前油气井筒出砂亟需解决的技术重点在枯竭油气藏型储气库注采井方面，同时要推动出砂技术与智能技术的结合，针对异常地层和复杂井况形成成熟的应对措施，提升单井产量和开采效率。通过本文的介绍可为井筒出砂的发展趋势和研究提供理论基础。     

适度出砂在NB35-2稠油油田应用探索

针对通过一定量的出砂来大幅度提高油井产能及一次采收率的问题,开展了从防砂机理上对现场应用的完井方式进行剖析对比,优选完井方式的研究。研究中使用了砾石充填和优质筛管防砂的完井方式,并以典型的稠油油藏NB35-2油田为例,对砾石充填、金属编织网布筛管和金属棉筛管完井方式的矿场防砂效果进行了对比性研究,得出裸眼金属棉筛管完井方式更适合油田实现适度出砂技术的应用,且在保证金属棉筛管强度的基础上,适当增加筛孔上 “微孔”和“中大孔”数量,增大生产压差,将地层微粒有效、有序产出,改善近井地带地层的渗透能力,达到提高产能的目的。此研究为油田实施适度出砂开采完井方式的优化提供实例依据,同时对类似稠油油藏开发具有一定的借鉴意义。     

一种基于声发射检测油砂两相流流量的方法

 疏松砂岩油藏开发过程中出砂问题日益突出,为降低油井出砂管理难度,常采用适度出砂技术以保证油气井效益的最大化,因此,发展油砂两相流检测技术对及时、有效预测和控制油气井出砂具有重要意义。本文提出一种基于声发射技术检测油砂两相流流量的方法,该方法利用超声波测量油相流量,采用声发射传感器检测砂粒在油流中的声发射信号,设计构建了油砂两相流声发射检测实验装置,通过专门编写的采集软件对特征信号进行分析处理。结果表明,保持其他条件不变,声发射功率随砂粒质量、油流速度增加而增大,随粒径增大而减小。建立了声发射功率与砂粒质量、粒度和油流速度三者之间的关系模型,进而获取砂相的流量信息。