泡沫流体携砂能力的数值模拟

泡沫流体广泛应用于油井的冲砂洗井作业中,携砂能力是衡量其性能的一项重要指标.利用FLUENT软件中的分散相模型对泡沫流体的携砂能力进行了数值模拟,得到了不同直径的砂粒在泡沫流体中的携砂率和停留时间随环空管道倾角的变化关系,与相同条件下水的携砂性能进行了比较,并进行了定性分析.从模拟结果可以看出泡沫流体具有良好的携砂能力,而且更适合于水平井的冲砂洗井.     

泡沫流体携砂能力的数值模拟

泡沫流体广泛应用于油井的冲砂洗井作业中，携砂能力是衡量其性能的一项重要指标。利用FLUENT软件中的分散相模型对泡沫流体的携砂能力进行了数值模拟，得到了不同直径的砂粒在泡沫流体中的携砂率和停留时间随环空管道倾角的变化关系，与相同条件下水的携砂性能进行了比较，并进行了定性分析。从模拟结果可以看出泡沫流体具有良好的携砂能力，而且更适合于水平井的冲砂洗井。     

双螺旋管柱提高水平井井筒携砂能力机理研究

为解决目前水平井多级分簇喷砂射孔体积压裂井筒内携砂流体砂粒沉积、上下游喷射器砂浓度不均匀等问题,设计了双螺旋水力喷射压裂管柱,采用可视化实验方法进行了室内携砂流动评价实验。根据牛顿第二定律建立了水平井井筒双螺旋管柱和等直管内携砂流体中支撑剂砂粒运动的动力学方程,得出了双螺旋管柱和等直管内砂粒的运动速度计算模型,对比分析了施工参数及管柱结构对两种管柱内携砂流体中砂粒运动规律的影响。室内实验与应用结果表明:双螺旋管柱在水平井筒内可以显著改善携砂流体中砂粒的悬浮性,有效提高水平井筒内携砂流体的携砂能力;双螺旋管柱内携砂流体中砂粒的运动规律符合变加速度运动方程,等直管内携砂流体中砂粒的运动规律满足恒定加速度运动方程;两种管柱内砂粒的水平加速度随携砂流体密度呈二次多项式下降,随携砂流体流速呈线性增加,随螺旋极角呈线性增加,随管柱内径呈线性增加。研究结果为提高管柱内流体携砂能力、揭示携砂流体中砂粒运动规律、均衡多级分簇水力喷射压裂效果提供了理论依据。     

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。     

川南页岩气开采中分离器排污系统的冲蚀分析及改进方案

在页岩气开采过程中,井里采出的页岩气会携带大量的砂粒等杂质,在经过分离器气液分离之后,底部携砂污水在高压驱动下,会使高速流动的砂粒对排污阀造成严重的冲蚀。针对该问题,以川南长宁地区生产井为例,建立相应计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型,基于ANSYS Fluent求解器,针对不同压力、砂质量流量和颗粒特性条件下,对排污阀的冲蚀情况进行模拟分析。模拟结果表明：分离器运行压力越大,砂量质量流量越大,冲蚀速率及年冲蚀厚度逐渐增大,并呈现线性相关关系;颗粒形状系数越小,砂粒粒径越大,冲蚀速率以及年冲蚀厚度急剧增大;运行压力为1.5～5.5 MPa时,年冲蚀厚度为8.6～76.1 mm,根据行业标准得知目前的排污系统存在快速减薄穿孔现象。为此提出了一种新型的排污系统改进方案,并对该方案进行验证模拟分析。模拟结果表明,当排污管内流速为12 m/s时,排污阀最大冲蚀速率为4.53×10^-5 kg/(s·m²),折算成年冲蚀厚度为0.9 mm,相较于未改进的排污系统,缓蚀率可达99.7%以上。     

超级13Cr钢在液固两相流体中的冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因。利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响。研究结果表明,冲蚀时间在90~120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加。研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考。     

超级13Cr钢液固两相流体冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因.利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响.研究结果表明,冲蚀时间在90～120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加.研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考.     

水平井偏心环空低速顶替运移机制研究

水平井固井顶替过程中,受限于现场设备,难以实现紊流顶替,而在层流流速区间内,两相流体在偏心环空中运移机制复杂。基于计算流体动力学方法,建立几何模型和数值模型,采用流体体积法对两相流体顶替界面进行追踪,研究了不同顶替流速下水平井偏心环空流体运移机制。结果表明,（1）低偏心度下,1倍隔离液用量能够实现90%顶替效率,而当偏心度大于0.5时,顶替效率相对较低,即使增加隔离液用量,也未能提高顶替效率;（2）针对套管严重偏心情况,将流速由1.0 m/s降低到0.2 m/s,有助于界面平稳发展,并多置换出6.8%钻井液,解决窄边滞留,宽边指进问题;（3）水平井偏心环空固井注替过程存在偏心效应、重力效应、黏滞效应等多方面影响,这些因素相互制约、相互作用,因此,针对现场实际井况,合理设计固井工艺参数,不仅能提高固井质量,还能起到降本增效的作用。     

气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

基于数值模拟的水下发球管汇系统流动与冲蚀

水下发球系统具有作业成本低、无需长时间停井的优势,应用前景广泛。发球管汇系统管道结构复杂,管道内流场变化规律不清,出砂现象严重,在发球过程中会出现高流速,易发生冲蚀。基于某水下发球管汇系统,应用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)的方法进行流场计算及冲蚀分析。结果表明,管内流速分布不均,弯管与T形管区域存在偏流;气液两相分布较为均一,但在竖直管段存在积液。对比冲蚀模型的计算结果,发现Generic与DNV模型计算结果相对准确;颗粒冲蚀速率较大的位置主要分布在含液区域或气液界面处,且竖直管段的冲蚀速率比水平管段更大;当颗粒含量为10×10^-6 kg/m³时,颗粒直径为100μm时,最大冲蚀速率为0.21 mm/a;最大冲蚀速率随着砂颗粒含量的增大、含砂量的增大而增大;且随着砂粒直径的增大,冲蚀区域愈趋向集中。管内流速高,长时间运行时冲蚀现象严重,需加强关键冲蚀区域的防护措施,提高腐蚀裕量,以保障管汇系统的安全运行。     

预测水平井产能与出砂量的一种新方法

本文用数值法求解描述水平井流动状态的偏微分方程. 获得储油层中各节点的压力分布和三个方向上的速度分布,从而计算水平井的理想产能。并建立了储层中砂浓度的场模型,由此预测出砂井的出砂量。     

油层出砂机理研究

本文从砂粒的受力分析出发,讨论了重力、范氏力和双电层斥力对出砂的影响。提出了油层出砂的门限流速概念,对于合理地确定油井产能、保护油层有着一定的实际意义。     

管井降水中出水含砂量的影响因素探讨

含砂量是衡量基坑降水效果的一个重要指标,降水井的出水含砂量大,会造成地面不均匀沉降,对周边环境产生影响。国内外对含砂量的影响因素研究不多,很多结论是基于现场经验总结出来的,很少有定量的研究。通过现场试验,以太原地铁2号线嘉节站群井抽水试验30天中采集的水样测得的含砂量数据为基础,从滤网类型、滤料、井管、取样时间和降水井实时出水量五个方面分析了其对含砂量的影响。发现滤网类型和滤料对含砂量的影响较大,且使用100目纱网+棕滤网得到的含砂量数据较为稳定,而不同井管类型对含砂量的影响不太明显。得到的结论,为相似地层深基坑管井降水的含砂量控制提供参考。     

穿越厚松砂层的沉井基础

报导在砂层中采用沉井代替一般人工挖孔桩的成功实例 ,介绍了该工程设计中对沉井下沉的可能性的预测和各种助沉措施的拟定 ,以及下沉过程中井身垂直度的控制 ,并通过经济比效证明在特定的条件下该设计的经济性。     

混砂工艺对粘土湿型砂性能的影响

通过采用 5种不同的加料顺序 ,并改变混砂时间 ,研究了混砂工艺对粘土湿型砂性能的影响。结果表明 ,型砂各性能均随加料顺序和混砂时间的不同而变化。当型砂中不含煤粉时 ,采用先干混后湿混的工艺 ,型砂性能较好 ;当型砂中含有煤粉时 ,采用原砂和水先湿混 ,然后再加膨润土、煤粉的混制工艺 ,型砂性能较好 ;煤粉的介入与未加煤粉时比 ,除透气性外 ,其他各性能均有提高 ;随混砂时间延长 ,各性能均呈上升趋势 ,当混砂时间为 8～ 16 min时 ,各性能趋于稳定     

袋装砂井施工工艺及质量控制

介绍了广肇高速公路1-B标段软基处理中的袋装砂井施工工艺与工程质量控制,并列出了部份监测结果.     

有机硅固砂剂在河南油田的开发与应用

为了克服河南油田地层胶结疏松及经过钻井、采油等作业过程对地层的激励作用而引起的地层出砂 ,开发研究了有机硅高温固砂剂 ,并在河南油田井楼、古城两个稠油油田 1 0口井进行了现场应用 .结果表明 :该剂在 2 0 0℃以上固化的岩心可耐 35 0℃以上的高温 ,抗折强度大于 3.0 MPa,抗压强度大于 8.9MPa,单井有效期平均长达 3个月 .现场使用结果证明该固砂剂效果良好 ,可以推广使用     

高性能水平井环氧泡沫固砂体系研究

目前水平井由于井段长、地层非均质等原因出砂问题严重。常用的机械防砂并没有从根本上解决地层出砂的问题。实验研制出了一种密度低、流变性好的高性能环氧泡沫固砂体系,该体系的最佳配方为：浓度为60%的环氧乳液：起泡剂：泡沫稳定剂：固化剂：偶联剂：石英砂=20：0.1：1：3：0.4：100（质量比）。通过对温度、砂粒粒径等因素对体系的固砂性能和适应性进行了综合评价,泡沫固砂体系在60-90℃范围内均具有较好的固砂效果,固结体的抗压强度可达到7.0MPa,渗透率可保持4.0μm2左右,砂粒粒径对体系影响较大。对固结体的耐介质性进行了考察,表明体系具有较好的耐酸、耐油和耐水性能。通过可视化模拟体系注入、固砂、反排情况,该体系注入剖面较为均匀,在高渗带无明显指进现象,且对高渗带出砂有良好的控制作用,易反排,对渗透率影响不大。     

低温油井覆膜砂人工井壁防砂技术与应用

为了控制低温油井出砂和提高油井产量,采用覆膜砂人工井壁化学防砂是一种有效期长、施工简单的防砂措施。由于目前常用的覆膜砂在低温(低于50℃)或水环境中不发生固结反应,因此需要研制同时满足低温和水环境下能固结的覆膜砂固结体系。研制出以改性环氧树脂为制作覆膜砂的胶结剂、新型水溶性胺类为固化剂的低温固结体系,在25~50℃和水环境下形成的固结体具有高的抗压强度、渗透率和良好的耐冲刷性能,满足低温油井人工井壁防砂要求。低温出砂油井采用改性环氧树脂覆膜砂人工井壁防砂技术后,出砂量得到了抑制,单井日产量超出酚醛树脂覆膜砂固结体系的一倍以上,且有效期要延长1年以上。     

外围油田覆膜砂控水压裂技术适应性探讨

针对葡萄花储层开发中后期中高含水井,常规措施压裂后经常出现大幅度增液,而增油幅度较小甚至不增油,即便压裂后达到了预期增油效果,其含水上升速度也较快,有效期难于控制。结合大庆油田外围地层裂缝走向、渗透率、油层发育等情况以及井层压前产液、含水等状况,开展了现场试验,通过压裂工艺将覆膜砂携至裂缝中,生产时形成一条高含油饱和带,实现覆膜砂对油水流动能力的选择,达到具有堵水不堵油特性。通过近几年效果跟踪统计,分析其增油降水的效果及适应性,该技术可有效提高油井压裂后油层动用程度,降低油井采出液的含水率,拓宽压裂选井选层范围。