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。     

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。     

水平井砾石充填可视化模拟及充填效果评价

水平井砾石充填过程是复杂条件下的固液两相变质量流动,存在携砂液向地层的滤失以及井筒环空、冲筛环空间的流体质量交换。根据井筒、冲筛环空两个独立流动系统的砂、液质量和动量守恒方程,以及各系统间的流动耦合方程,建立了描述α充填过程的时间相关数学模型。补充辅助方程后可数值求解,并提出了充填效果综合评价指标的计算方法。利用数值模型开发软件可对整个充填过程进行可视化模拟。结果表明,模型和软件对顺利充填和提前堵塞两种情况均可适用,并能预测是否堵塞、堵塞位置、充填率以及计算充填效果综合评价指标。分析了充填过程中的各动态参数的变化规律,在充填前沿位置,由于沉积砂床消失,系统间窜流最为明显,各动态参数在充填前沿前后均有剧烈变化。     

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。     

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 .     

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。     

考虑井筒变质量流动的砾石充填水平井产能预测

应用质量守恒和动量守恒原理推导砾石充填水平井井筒内变质量流动压降方程,并采用拟三维思想,将地层内流体在三维空间的流动分为水平面内的向垂直裂缝流和近井区域垂直平面内的径向流,建立油藏渗流模型.提出将井筒变质量流与油藏渗流耦合的数学模型及求解方法.结果表明:利用该模型计算的水平井产能与实测结果平均误差仅为3.79%,沿井筒...     

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。     

水平井稠油携砂变质量流动模拟装置设计

疏松砂岩稠油油藏适度出砂开采过程中,在水平段储层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。针对稠油携砂理论及实验研究较多,但研究内容与实际工况差别较大,针对稠油携砂变质量流动规律研究仍缺乏行之有效的研究手段。目前针对适度出砂开采完井参数设计理论及试验研究仅针对井筒内稠油携砂流动,稠油携砂变质量流动理论及试验研究较少。建立全尺寸的水平井稠油携砂变质量流动规律模拟装置,可用于实验研究水平井段至垂直井段的稠油携砂变质量流动规律,为今后针对稠油携砂变质量流动规律实验研究奠定了基础。     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析,根椐气相和液相的连续性方程及动量方程,忽略加速度的影响,得到了气、液两相的混合动量方程,并由此建立了水平井筒变质量气、液两相流动的压力梯度模型,该模型中考虑了流体从油藏到井筒流动的影响。利用已有的处理水平管分层流动的方法,计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布。因为水平井筒上不同点的生产指数不同,所以,本模型更接近于实际。对沿井筒的压力降和流入剖面进行了实例计算。结果表明,随着水平井半径的减小,压力降逐渐增大,从而产生了不均匀的流入剖面     

水平井气液两相变质量流的流动规律研究

水平井井筒变质量流的流动规律是进行水平井产能预测、油井生产系统优化设计及动态分析的基础。从理论和实验两方面对水平井筒气液两相变质量流的流型判别与压降计算进行了探索性研究 ,建立了分层流、间歇流、分散泡状流和环雾流的流型判别模型以及分层流与间歇流的压降计算模型 ,并绘制了流型图。计算值与实验数据对比表明 ,分层流和间歇流模型与以空气和水为介质的实验结果具有良好的一致性 ,其压力梯度模型的计算值与实验测量值间的平均相对误差为 5 .3% ,大部分误差在 10 %以内 ,说明该计算模型有较高的精度     

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     

射孔水平井孔眼分布优化研究

利用油藏流体渗流模型和水平井筒内流体流动模型 ,推导出了油藏井筒流体流动耦合模型 ,在该模型中考虑了两种流动的相互作用和影响。建立了以水平井产量为目标函数、以孔眼分布为决策变量的优化模型 ,将其计算结果与均匀流入剖面、均匀射孔分布的结果进行了对比。由于优化模型中考虑了水平井筒内变质量流的影响 ,从而可为现场水平井的优化设计提供理论依据。     

水平井酸化数值模拟

对水平井进行酸化是提高其产能的重要途径之一。在水平井的酸化过程中,酸液一方面沿水平井筒流动,同时还沿井筒管壁流向井筒周围的储层,所以酸化过程实际上是井筒变质量流动和周围油藏渗流的耦合过程。对水平井筒流动及其周围储层的渗流进行了流动分析,建立了井筒流动模型、流动剖面模型和油藏渗流模型。将这些模型进行耦合,得到了描述水平井酸化过程的耦合模型。通过对模型数值求解,预测了注入酸的分布,分析了注入参数对酸化效果的影响,为选择合理的布酸方式提供了理论依据。