正密度差对水平井偏心环空顶替影响规律研究

在地层压力许可的条件下,固井顶替流体之间的密度差可以提高水平井顶替效率。本文基于计算流体相关理论与方法,建立水平井偏心环空浆体顶替模型,数值模拟正密度差对水平井顶替的影响规律。数值实验结果表明：正密度差顶替条件下,重力作用使宽边高密度流体在顶替界面附近向下方低速的窄边流动,提高了窄边的流量,克服了水平井偏心度的影响,提高了窄边的顶替效率;重力作用超过宽窄边效应的影响,形成分层的顶替界面,顶替界面长度随顶替时间增加而增长,但增长的越来越缓慢,有利于提高水平井的顶替效率;顶替界面长度随密度差增大而增大,适当降低顶替流体与被顶替流体之间的正密度差,有利于减小顶替界面长度提高顶替效率。以上研究结果揭示了正密度差顶替克服水平井偏心度影响提高水平井顶替效率的机理与规律,对提高水平井固井顶替效率具有理论指导意义。     

前置液流变性对顶替界面稳定性影响的数值模拟

借助计算流体力学（CFD）软件FLUENT6．20，对环空井筒内水泥浆顶替过程进行了数值模拟，模拟环空井筒外径0．24m、内径0．18m、高8m。在顶替速度为0．4m／s、偏心度为0.4的条件下，计算得到了顶替界面形状以及前置液流变参数屈服应力、稠度系数和流性指数对顶替界面稳定性及顶替效率的影响规律，并对数值模拟结果进行了实验验证。数值模拟结果表明，降低前置液的屈服应力、稠度系数及流性指数有助于提高水泥浆和前置液之间界面的稳定性和顶替效率。固井设计时要考虑界面的稳定性，对前置液流变参数进行调整。     

前置液流变性对顶替界面稳定性影响的数值模拟

借助计算流体力学(CFD)软件FLUENT6.20,对环空井筒内水泥浆顶替过程进行了数值模拟,模拟环空井筒外径0.24 m、内径0.18 m、高8 m.在顶替速度为0.4 m/s、偏心度为0.4的条件下,计算得到了顶替界面形状以及前置液流变参数屈服应力、稠度系数和流性指数对顶替界面稳定性及顶替效率的影响规律,并对数值模拟结果进行了实验验证.数值模拟结果表明,降低前置液的屈服应力、稠度系数及流性指数有助于提高水泥浆和前置液之间界面的稳定性和顶替效率.固井设计时要考虑界面的稳定性,对前置液流变参数进行调整.     

利用声波变密度测井检测第二界面固井质量

从理论正演数值模拟、刻度井试验资料和实际生产井时间推移测井资料3个方面,探索用变密度(VDL)波形评价第二界面胶结质量的方法,提取反映第二界面的胶结状况的特征量.分析结果表明,第一界面胶结良好,而第二界面窜槽的初至波到时总是延迟于第一界面窜槽的初至波,但却比地层波早,其幅度明显小于第一界面窜槽的初至波,但比全胶结的幅度大.这一结果已在试验和部分实际生产资料中得到验证.     

环空宾汉流体流量对顶替效率的影响规律研究

固井时水泥浆常常采用宾汉流体模型,因此许多学者对宾汉流体性质及流态做了大量的数值模拟研究,然而排量对顶替效率的影响规律的数学解析方程推导还未见报道。本文根据宾汉流体在环空中的层流流动特性推导出了顶替效率与注水泥的排量关系式,并且计算了不同流量情况下的顶替效率大小,计算结果表明:流量越大顶替效率越高,并且呈现线性关系,适当提高水泥浆的流量能够有效提高顶替效率,推出的流量与顶替效率的关系式对固井工程设计具有较大的指导意义。     

裸眼时差与变密度测井地层波能量相结合改进固井Ⅱ界面评价

固井Ⅱ界面胶结情况直接影响生产井中油、水层的窜通,是固井质量检测的重要环节.利用裸眼井声波时差资料计算出变密度波列中的地层波波至,结合现场变密度资料在频域内对地层波能量进行了准确求取,并对固井Ⅱ界面进行了评价.结果表明,固井Ⅰ、Ⅱ界面水泥完全胶结时,地层波能量和声波时差存在一定的指数关系.在此基础上考虑地层声速参数对地层波能量的影响,特别是快、慢地层对Ⅱ界面评价的影响,给出了一种新的主要反映水泥胶结质量的Ⅱ界面胶结指数的定义.评价结果表明,新的胶结指数曲线在固井Ⅱ界面胶结良好井段相对较平滑且数值接近于1,基本能够消除地层声速对Ⅱ界面胶结质量的影响,进而改进了固井Ⅱ界面的评价质量.     

裸眼时差与变密度测井地层波能量相结合改进固井Ⅱ界面评价

固井Ⅱ界面胶结情况直接影响生产井中油、水层的窜通，是固井质量检测的重要环节。利用裸眼井声波时差资料计算出变密度波列中的地层波波至，结合现场变密度资料在频域内对地层波能量进行了准确求取，并对固井Ⅱ界面进行了评价。结果表明，固井Ⅰ、Ⅱ界面水泥完全胶结时，地层波能量和声波时差存在一定的指数关系。在此基础上考虑地层声速参数对地层波能量的影响，特别是快、慢地层对Ⅱ界面评价的影响，给出了一种新的主要反映水泥胶结质量的Ⅱ界面胶结指数的定义。评价结果表明，新的胶结指数曲线在固井Ⅱ界面胶结良好井段相对较平滑且数值接近于1，基本能够消除地层声速对Ⅱ界面胶结质量的影响，进而改进了固井Ⅱ界面的评价质量。     

固井界面接触热阻对井筒温度场预测的影响

固体界面不完整接触会产生接触热阻。为研究固井界面微环隙对井筒温度场预测的影响,本文设计并制作了空气条件下测试固体界面接触热阻的实验设备,验证了所推导的接触热阻理论计算方法,研究了忽略固井界面接触热阻对井筒温度场预测精度的影响。结果表明：303~573K空气条件下实验设备测试结果的相对误差不超过9.28%;接触热阻理论计算方法与表面间距和温度有相关性;固井界面微环隙增大（5×10-5m~1×10-3m）、注蒸汽时间增加（2d~40d）、地层温度升高（305K~400K）等情况下,预测井筒温度场时不考虑固井界面充填气体的微环隙接触热阻,将使计算的水泥环外壁温度有较小的偏低（约3K）,而水泥环内壁温度和地层内壁温度有较大的偏高（约14K）。考虑固井界面微环隙的接触热阻可以提高井筒温度场预测的精度。     

影响密度锁内热-冷流体分界面因素的实验研究

对3种不同管径的实验管段进行实验，研究稳态工况下扰动和热-冷流体温度差对密度锁内热-冷流体分界面位置的影响，结果表明，随着扰动的增大，扰动产生的湍流作用逐渐增强，从而使稳定的分界面向下移动；而温度差的增大，使热流体向冷流体的传热能力增强，导致分界面的位置下降，另外，对不同管径的实验管段的研究表明，在密度锁内布置一个蜂窝结构可有效地抑制扰动作用，使其内部的分界面更稳定。     

气顶油环协同开发下油气界面运移规律研究

针对气顶油环协同开发时,油气界面运移规律认识不清的问题,展开了不同采气速度下油气界面运移规律的 研究,研究中通过三维可视化气顶油环油藏物理模拟装置和与室内实验等尺寸的数值实验模型,模拟不同采气速度下 气顶油环油藏的开发过程,通过模型可视窗口和数值模型饱和度场,实时观察记录油气界面运移规律以及油井生产动 态。实验结果表明,随着采气速度增加,气顶膨胀能得到有效抑制,油气界面运移速度减慢,且内、外油气界面运移速 度逐渐趋于平衡,油气界面运移形态逐渐稳定,有效减缓油井气窜的发生,增加气顶膨胀驱油的动用范围。通过物质 平衡原理,建立气顶油环协同开采的油藏工程方法,推导不同开发方式下的油气界面运移规律,计算结果表明,当采油 速度越小,采气速度越大时,油气界面向油环侵入的速度越小,合适的采油速度和采气速度可以保持油气界面平衡。     

考虑鼓胀与温差效应的水平井压裂套管失效机理

水平井体积压裂过程中油层套管柱受到重力、温差、鼓胀及弯曲等力学效应的影响,导致中国近些年水平井体积压裂过程中套管损坏案例不断增多。其损坏形式主要为高压重复挤注压裂液时自由段套管的鼓胀断裂和水泥封固段套管的挤压缩径,严重影响压裂施工和油气开采。为此,针对水平井水力压裂造成的鼓胀效应与温度效应对弯曲套管的力学影响,构建了水平段弯曲井眼压裂套管鼓胀-温度效应力学耦合模型,分析多种效应对油层套管强度的影响规律。同时,结合玛湖凹陷致密油FNHW**04水平井实例,分析体积压裂时油层套管受力及强度变化规律,揭示油层套管非封固段与封固段的失效机理,为玛湖凹陷致密油水平井套管强度设计和合理选型提供科学依据。     

水平井水平段轨迹控制技术探讨

水平井具有油层内穿行距离长、泄油面积大、单井产量高等优点,然而水平井轨迹控制却存在诸多难点,水平段轨迹精确控制就是其中之一。根据水平井水平段钻进的实际条件及现场的施工工况,总结出了水平段轨迹控制技术中的关键问题,分析了产生这些问题的原因,提出了相应的预防及解决的技术措施,期望对现场施工人员及科研工作者有所帮助。     

水平井压裂楔形缝内支撑剂输运特征数值模拟

为使研究结果更符合真实储层中支撑剂运移铺置情况,考虑水平井压裂注入特征和压裂裂缝实际形态特征,突破矩形窄缝数值模型的限制,基于计算流体力学方法建立了工程尺度单孔眼楔形裂缝模型。利用支撑剂输运数值模拟分析了支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液黏度、施工排量和砂比对支撑剂在楔形裂缝中沉降运移的影响。根据数值模拟结果,以在楔形缝内形成具有充分高度和长度且不会带来砂堵风险的砂堤为目标,建议现场压裂施工排量在2.5 m³/min以上,携砂液黏度小于20 mPa·s,砂比控制在10%～20%,并采用粒径为70/140目的支撑剂进行支撑剂充填作业。与常规矩形长板裂缝模型的支撑剂输运模拟结果相比,楔形裂缝模拟中砂堤形态存在明显差异,为现场压裂施工参数提供新的参考。     

超稠油直井—水平井组合开发蒸汽腔演变规律研究

稠油油藏蒸汽吞吐开发中后期,转换开发方式是提高采收率的重要方法之一,F油田依据现有井网条件进行综合调整,借鉴其他油田成功经验,将直井与水平井组合驱泄复合(vertical well and horizontal well combined flooding and drainage, VHSD)开发成为吞吐后期接替有效开发的主要方式。利用数值模拟技术,开展VHSD开发蒸汽腔发育规律研究,跟踪流体流动轨迹,剖析剩余油变化规律。结果表明：多轮次蒸汽吞吐建立注采井间水动力连通时,油层的动用情况决定了蒸汽腔的初始形态,随着蒸汽持续注入,蒸汽腔经历了形成、横向扩展、向下扩展三个阶段,各阶段蒸汽腔扩展方向不同,对应着不同的剩余油分布规律和生产特征变化,其中蒸汽腔横向扩展阶段为主要产油期,阶段产出程度达28.8%,油藏最终采收率可达58.3%。     

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究

水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率,裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一.建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,通过分析求解模型可以得出:井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0°时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂;对比分析了现有裂缝延伸模型,得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟;分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响,计算结果表明,当隔层与产层的应力差大于5MPa时,裂缝被限制在产层内.     

低渗透油藏压裂水平井井网形式研究

目的 针对七点井网水平井段腰部见水风险大,注水技术政策制定难度大等问题,提出了改进的水平井七点井网形式。方法 在低渗透油藏压裂水平井五点井网、七点井网的渗流机理、缝网匹配关系、压力保持水平及开发效果分析基础上,进一步总结了五点、七点井网的优势及存在的问题。在此基础上,提出改进的水平井七点井网形式。结果 直井注水-水平井采油的五点、七点井网形式,其控制端呈纺锤形裂缝布放模式,地层压力保持水平较高;水平井平行正对排列七点井网存在腰部注水井见水风险大、腰部与端部注水井差异配注等问题;水平井交错排列、且增大水平井段腰部注水井间距的新七点井网地层压力水平高于原七点井网。结论 改进的七点井网能有效降低七点井网水平井段腰部注水线上见水风险,简化了注水技术政策,能够延长水平井无水采油期、提升整体开发效果。     

水平井井网渗流场的流线分析

为了直观地反映出油藏流体在五点法水平井井网间的运动轨迹,利用压降叠加原理获得水平井井网地层压力公式,给出流线生成方法,研究了水平井井网流线分布规律,并分析了流线分布的特征。结果表明:水平渗透率、水平井长度及生产时间对平井井网流线分布影响很大。在不同的水平渗透率下存在不同的合理井距,使水平井的产能达到最大;水平井长度越长,生产井的泄油面积越大,从而提高水平井的产能;生产时间越长,注入井的波及范围越大,油藏的采出程度越高。利用该方法产生的流线分布图能够为剩余油分析、优化水平井网和注入方案提供重要依据。     

基于动静态响应特征的水平井剖面流体识别及评价

低孔渗油气层的复杂油气藏越来越多,而这些区块又具有良好的资源开发潜力,是油田上产的主力区。这些区块不仅油藏复杂,而且水平井技术应用广泛,对于水平井而言,其钻井方式相当特殊,且受到其他各种因素的综合影响,使得测井响应特征更加复杂,致使油水层识别更难,同时给油藏评价带来很大困难。然而油水层识别出后,不仅可以为后期投产的油井有效厚度的划分和一些缓钻井是否实施提供一定的依据,而且为油田新区射孔方案及井别方案编制提供了较为准确的基础数据。因此,以泾河油田17井区长8油藏为例,针对该研究区的典型水平井提取多个常规测井响应特征参数,利用图版法建立交会图,先划分出水平井剖面流体类型的电性参数识别标准,在上述研究基础之上再根据P1/2正态概率法进一步划分水平井油水层识别标准,编制计算机代码,执行宏命令对研究区典型水平井进行油水层识别,并结合生产动态数据进行验证;其吻合度较高,说明该套综合性流体类型识别方法在水平井中行之有效,在地质条件相当的区块此方法可以推广运用。     

YLD-1油水井堵漏剂界面胶结强度增强机理研究

在动静态养护条件下通过对 YLD- 1油水井堵漏剂与钢管的胶结界面力学性能和微观结构的研究 ,探讨了 YLD- 1油水井堵漏剂的界面胶结强度增强机理 .结果表明 ,YLD- 1堵漏剂能够在胶结界面生成抗冲蚀的水化产物且形成致密坚固的微观结构 ,再加上独特的自我修复的再愈合能力 ,增强了界面胶结强度 ,提高了抗窜能力 .