油层出砂引起采油套管损坏的力学分析

基于普氏自然平衡拱理论,并考虑套管与地层的相互作用,对空洞的形态进行了分析,得出出砂空洞的顶部压力拱形状为抛物线,给出了油层出砂形成空洞后淘空段套管所受轴向力的计算公式.将套管损坏近似看成两端固定压杆的失稳弯曲,建立了套管失稳破坏与出砂量之间的关系,并分析了不同的钢级和壁厚对套管发生失稳破坏时出砂量的影响,指出对于出砂严重的油田,其油层段应尽量使用高强度、大壁厚的套管.该研究不但有助于严重出砂油田的套管设计,而且在实际生产中还可以通过监测出砂量来判断套管是否已发生损坏,从而保证采取及时、有效的防砂方法,达到防止套管损坏的目的.     

松软地层套管损坏机理分析

为了防止和减少松软地层套管损坏,采用分析计算方法,建立了松软出砂地层中套管的三维有限元力学模型,分析了出砂段高度、套管内压、以及垂向地应力对套管受力的影响。分析结果表明,出砂段的存在大大增加了套管损坏的危险性：出砂套管损坏危险程度与出砂段高度为二次曲线关系;最大当量应力与内压的关系基本上为双段线性。应使出砂段高度避免接近临界出砂段高度;并尽量使套管内压力接近临界内压。同时根据普氏砂拱效应建立了出砂量和套管最大应力之间的关系,为有效预测松软地层套管的损坏幅供了可行依椐．     

砂岩储层出砂段套管强度分析

砂岩储层开采过程中储层砂岩会与储层流体一起流向井筒,易在井筒附近油层形成出砂空洞,使储层出砂段套管失去地层的保护作用,引起套管失效。分析出砂段套管强度校核采用的圆柱壳屈曲模型理论的局限性,提出依据普氏理论,建立疏松砂岩出砂后套管的受力模型;并采用数值方法确定出砂段套管强度值。研究表明:出砂段空洞高度与套管轴向力呈一定线性比例,出砂段空洞与出砂量是一定指数关系。该理论可用来进行出砂段套管的校核和设计。     

疏松砂岩出砂油藏套管发生破坏校核方法的确定

在疏松砂岩油田开发过程中,油井出砂引起套管变形现象经常发生。本文从临盘采油厂出砂井的套管损坏现状及规律着手,分析油藏出砂后形成空洞的特征,根据岩层出砂形成空洞形状,确认套管在地层承受三向应力状态,根据套管在岩层中力学状态,引用了《滩海管道系统技术规范》中管道屈曲破坏的条件,首次提出了为疏松砂岩油藏出砂井套管发生变形的一种校核计算方法。     

出砂量对射孔套管力学性能的分析计算

油井生产中地层出砂会严重影响射孔套管的力学性能,造成套管损坏。建立射孔套管在出砂层段的三维力学有限元模型,应用Ansys有限元软件分析该出砂层段射孔套管力学性能。研究认为,在出砂地层射孔套管力学性能变化较大,表现为射孔处套管的抗挤强度减小,套管最大应力在射孔处产生。均匀载荷下,套管应力与地层中出砂高度成抛物线关系,生产中应减小或增加出砂量达到远离出砂高度临界值,以减小套管应力。非均匀载荷下,随着出砂量增加,产生的空洞高度增加,套管的应力逐渐减小。因此,在非均匀载荷下,应提高出砂量以增加空洞高度,达到提高套管的抗挤强度,延长套管使用期限。     

储层出砂、生产压差及改造压力对射孔套管强度的影响

分析了射孔出砂形态及出砂段套管所受轴向压力;考虑不同出砂程度,建立了射孔出砂段套管三维有限元力学模型;分析了出砂分布及出砂程度对射孔段套管应力强度安全性的影响;分析了不同生产压差及改造压力作用下射孔套管等效应力的变化趋势。结果表明,射孔出砂掏空空洞的构形曲线为一个与上覆岩层压力、套管外径有关的二次曲线;空洞构形的曲率半径越大,套管所受轴向压力越大;即使轻微出砂,只要形成空洞,射孔段套管的强度会大大降低;集中出砂时套管的应力比分散出砂时的高;出砂量越大,最大等效应力越大,套管的强度安全性越低。     

新立油田套管防砂技术研究与应用

主要从岩土力学角度分析了新立油田油井出砂原因,分析了地层、井况、开发等方面给油田带来的危害,油田油井出砂严重,将导致油井作业频次增加,检泵周期短,油井停产,严重制约了油田的生产。对出砂机制及套管防砂工艺进行研究,开发出新型套管防砂工艺管柱。对这一新型防砂技术进行了实证数据分析,分别介绍了单纯出砂油井、含少量泥浆的出砂油井、含大量泥浆的出砂油井等的使用情况,并分析了其经济效益。统计表明,其降低了维护性作业次数,延长了检泵周期。     

JTS人工井壁防砂技术的研究与应用

随着文中油田进入高含水开发阶段,由于强注强采,降低了地层胶结强度,油水井出砂日趋严重。部分井出现砂埋油层甚至套管损坏现象,常规的化学固砂有效期短,防砂效果不理想。为此,2010年来,开展了JTS人工井壁防砂技术的试验应用,通过施工工艺的创新与改进,取得了成功,为遏制中后期开发油田出砂,闯出了一条新的途径,具有较好的推广价值。     

油层结构破坏和出砂导致油层污染的数值模拟

在油田开发过程中,由于胶结疏松的砂岩地层本身的胶结脆弱性,压力不平衡以及流体对砂粒的剪切、拖曳作用,会造成油层结构的破坏和出砂,影响到油田的正常开发。研究了造成油层结构破坏和出砂的机理,建立了相庆的地质模型和数学模型,并采用有凶示对模型进行了求解,对常见油层结构破坏和出砂造成的油层污染过程及该类油层近井地带不同开发阶段的污染程度,对于油层的评价、增产措施的实施等具有重要意义。     

油层结构破坏和出砂导致油层污染的数值模拟

在油田开发过程中,由于胶结疏松的砂岩地层本身的胶结脆弱性、压力不平衡以及流体对砂粒的剪切、拖曳作用,会造成油层结构的破坏和出砂,影响到油田的正常开发。研究了造成油层结构破坏和出砂的机理,建立了相应的地质模型和数学模型,并采用有限元法对模型进行了求解。对常见的油层结构破坏的３种情况和实例进行了模拟计算。结果表明,本模型可以很好地模拟和预测由汕层结构破坏和出砂造成的油层污染过程及该类油层近井地带不同开发阶段的污染程度,对于油层的评价、增产措施的实施等具有重要意义。     

粘砂套管胶层厚度对相对声强的影响研究

根据黏砂套管声波传播模型,推导了考虑胶层厚度影响的黏砂套管固井质量评价的相对声强公式,并分析了黏砂套管相对声强受胶层厚度影响的原因及其变化规律。研究结果表明,黏砂套管的相对声强随胶层厚度的增加而减小,这说明胶层的存在会对相对声强的结果产生偏差,而实际声幅测井中这种偏差可能引起固井质量的误判。为建立考虑胶层厚度影响的黏砂套管固井质量评价修正方法提供理论基础。     

弱胶结油层出砂机理及数值方法

为了弄清油层出砂机理，为油田防砂和出砂预测提供理论指导，分析了疏松砂岩油层出砂的机理以及影响因素，综合利用力学原理,考虑应力场和渗流场的相互作用以及大孔道中的管流与油层渗流之间的相互作用，建立了疏松砂岩油藏大孔道出砂计算的数学模型，给出了其数值方法，利用有限体积法编制的程序模拟了单一孔道情况下二维油层出砂情况．为弱胶结油层出砂预测提供理论基础。     

防砂井的合理完井方式

防砂工艺和效果与完井方式有密切的关系，提出并分析了四种完井方式．在条件允许的情况下，采用裸眼砾石充填进行先期防砂完井，可以获得较好的油、气流通能力和较厚的砾石层，可下入大直径的滤砂管，这种完井方法有利于防砂．对于用射孔方式完成的井，如果预测有出砂倾向，则应采用大直径套管作为生产套管，以高密度射出大直径的孔．对于胶结差的疏松产层则建议采用渗透性人工井壁完井．     

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。     

基于光纤光栅的油井出砂点井下检测方法研究

在油井生产中,各种原因都可能会引起油井严重出砂,直接影响油井的正常生产。因此一套能够检测油井出砂点的系统,是非常重要的。分析研究了国内外油井出砂点检测的现状,从可能检测出砂点的方法设备中优选出了一种光纤光栅检测设备,对其进行了原理设计和概念设计。基本思路是将探测仪下入井下,采用光纤光栅传感器接收砂粒撞击引发的高频振动,将转换后的光信号通过光缆传输到地面,再经过滤波、放大、转换、分析等处理,综合识别出砂特征信号,从而判断出砂状况。为油井的出砂点检测、管串维修和防砂工艺提供了一种新的思路。     

适度出砂对储层物性影响的室内评价方法研究

适度出砂是通过优化产量和油井的产能在防砂生产和出砂生产之间确定最优的生产策略。适度出砂对储层物性有很大影响。以渤海胶结疏松的稠油油藏为例,提出了适度出砂提高单井产量的开采方式,并开展了室内实验研究。在调研国内外出砂模拟实验的基础上,利用现有的实验装置,以适度出砂原理为理论基础,与现场实际生产相结合,开展了人造岩芯制作,采用筛析法和直接出地层砂法进行了适度出砂对储层物性影响的室内实验研究。对渤海稠油油藏出砂油井的科学生产和管理具有一定的指导意义。