垂直井筒携砂规律研究

借助砂粒在水和煤油中的静态沉降实验 ,优选出实际油井出砂自由沉降末速的预测公式 ,并计算得到了砂粒的不规则形状校正系数 ,通过流动携砂实验获得了砂粒在流动液体中的沉降规律。由于受管道内流体速度场的影响 ,砂粒的实际沉降速度并非自由沉降末速与流体平均流速的矢量和 ,而是与平均流速和砂粒自由沉降末速之间有一个线性的统计关系式。该研究最终确定出砂粒在井筒中表现为沉降、悬浮及上升运动的临界条件 ,此临界条件可作为有效实施井筒防砂工艺的理论依据。     

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。     

低、特低渗透油藏压裂水平井产能计算方法

考虑低、特低渗透油藏裸眼压裂水平井流体从基质--裂缝--水平井筒及基质--水平井筒的耦合流动,以等值渗流阻力法及叠加原理为基础,将裸眼压裂水平井渗流区域划分为三个流动区域:流体在水平井压裂裂缝内的达西线性流动区域、水力压裂裂缝泄流引起的非达西椭圆渗流区域和流体在地层中的径向渗流区域.建立裸眼水平井水力压裂多条横向裂缝相互干扰的非达西产能预测模型,分析水力裂缝参数对产能影响,揭示裸眼压裂水平井开采变化规律.模拟结果表明:裂缝条数越多,裂缝干扰越强,水平井压裂存在一最优裂缝条数;裂缝沿水平井筒排布靠近两端、中间相对较稀,且两端长、中间短的开发效果最好.     

垂直井筒携砂规律研究

借助砂粒在水和煤油中的静态沉降实验,优选出实际油井出砂自由沉降末速的预测公式。并计算得到了砂粒的不规则形状校正系数,通过流动携砂实验获得了砂粒在流动液体中的沉降规律。由于受管道内流速度场的影响。砂粒的实际沉降速度并非自由沉速与流体平均流速的矢量和,而是与平均流速和砂粒自由沉降末速一个线性的统计关系式。该研究最终确定出砂粒在井筒中表现为沉降、悬浮及上升运动的临界条件,此临界条件可作为有铲实施井筒防砂     

冲砂洗井泡沫携砂规律数值模拟研究*

利用计算流体动力学（CFD）软件对水平井冲砂洗井过程中泡沫流体携砂能力进行了数值模拟。结果表明在油管居中情况下泡沫流体在环空中心部位体积分量最大,砂粒颗粒体积分量最小。砂粒在泡沫携带下,中心区域的砂粒速度随着运移路程不断变化,砂粒平均速度比入口速度略有增加。随着砂粒直径增加,发生冲蚀区域增加,其对泡沫携砂能力将产生更大影响,但总体而言,砂粒对管壁的冲蚀速率非常小。泡沫流速为0.30 m/s时,直径在0.1～2.0 mm的砂粒基本上可以悬浮在泡沫流体中随泡沫一起运动,没有沉降现象;泡沫流速为0.90 m/s和1.50 m/s时,0.1～2.0 mm直径砂粒可以顺利通过水平井段环空流道,砂粒直径越大,泡沫携砂能力越低。     

水平井砾石充填过程中的变质量流

由于携砂液向地层的滤失以及通过筛管缝隙的流体质量交换,水平井砾石充填过程中冲筛、井筒环空两个流动系统均为复杂的变质量流。考虑变质量流特征,分别建立井筒环空、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,得到水平井砾石充填过程中的变质量流动数学模型。数值求解后可计算压力、流量、窜流量、滤失量等随时间和位置的变化规律,为水平井砾石充填的优化设计提供基础。     

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。     

水平井冲砂洗井流体流速研究

由于水平井井身结构的特殊性,开发过程中地层砂更易进入井筒,导致产量下降,水平井中冲砂洗井效果直接影响其产能和开发成本。直井冲砂的水力参数设计不适用于水平井水力冲砂洗井,有必要进行水平井冲砂洗井水力参数研究。在分析水平井不同井段内岩屑运移机理的基础上,建立了相应的水力冲砂流体流速数学模型,可以计算砂粒运移时与流体的相对速度以及冲砂洗井所需的临界流速。水平井冲砂洗井中最困难部分为井斜角60°左右的斜井段,临界流速值最大;洗井液黏度适当增大可以降低冲砂洗井所需的临界流速;岩屑尺寸增大,冲砂洗井所需的临界流速也增大。由于未考虑湍流漩涡对于岩屑运移的影响,临界流速计算值略大于实际冲砂洗井中的流速。     

垂直井筒压裂温度场分布理论和计算方法研究

水力压裂施工过程中,随着温度的升高,压裂液粘度降低,影响压裂液的携砂能力。因此,精确计算压裂液在井筒的温度分布极为重要。本文在一定假设条件下,依据热力学平衡方程,考虑压裂液在井筒的摩擦产生的内热,建立了井筒内压裂液和地层温度场热力学平衡解析方程,并且根据数值计算理论,建立离散模型,最后进行了实例计算和分析。结果表明,摩擦产生的热对于计算压裂液温度不可忽略。     

基于自相似模型的气井管柱中流体的近壁压力试验研究

气井管柱内流体运动状态和近壁压力分布的确定对井筒安全和完整性评价有重要意义。从相似性原理出发设计气井管柱流体力学试验,通过尺寸比尺和流速控制实现模型与原型的几何相似和雷诺数自相似,采用试验和数值计算对气井造斜弯曲段管柱近壁压力进行对比研究,利用相对误差分析验证试验的可行性。结果表明:气井管柱室内流体试验满足雷诺数自相似下的几何相似条件;当取运动黏度为试验不变量时,管柱近壁压力的试验模拟结果与数值计算结果相比偏小,当试验压差为0~20 MPa时,近壁压力最大相对误差为4.12%,且压差越大,相对误差越小;随着生产压差(p_p=5~20 MPa)和油管内径(D=76.00~157.08 mm)的增大,管柱整体近壁压力和沿程压力降增大;造斜弯曲段流入端的局部压程比随油管内径增大而增大,流出端规律相反。满足几何相似和雷诺自相似条件的管柱流体试验是气井管柱近壁压力研究的有效手段。     

煤层气多分支水平井井筒压力及入流量分布规律

运用流体力学相关理论,结合质量守恒和动量守恒方程,推导考虑多分支水平井井筒内摩擦压降、加速度压降和混合压降的井筒压降模型,建立煤储层渗流与多分支水平井井筒内变质量流耦合的数学模型,并对其进行求解;在此基础上对煤层气多分支水平井主井筒及分支井筒的井筒压力及入流量分布进行研究。结果表明:开采期间,煤层气多分支水平井主支和分支井筒的压力均随距跟端距离的增大而增大,但主井筒压力增加的幅度越来越小;在开采前期,煤层气多分支水平井主井筒入流量分布曲线呈上凸趋势,在开采后期则呈下凹趋势;各分支井筒入流量在开采前期呈U型分布,在开采后期呈倒U型分布。     

蒸汽吞吐割缝筛管水平井井筒入流规律

基于割缝筛管完井水平井实际管柱结构,考虑流体在水平井筒内的变质量流特性,建立蒸汽吞吐水平井注入和产出过程中井筒与储层耦合数学模型,并采用迭代法对其进行求解;将其计算结果与数值模拟软件计算结果进行对比,验证模型的准确性;以此为基础,系统研究蒸汽吞吐注入和生产过程中水平井井筒入流规律。研究结果表明:蒸汽吞吐注入过程中,井筒压力与温度从水平井跟端到趾端逐渐降低,但降低幅度并不显著;蒸汽入流剖面与地层温度沿井筒呈凹型分布,且随着时间的增加,蒸汽入流剖面与地层温度沿井筒的非均质性增加;蒸汽吞吐生产过程中,井筒压力从水平井趾端到跟端依次降低,而井筒温度却先降低后稍微增加;原油与地层水入流剖面沿井筒呈凹型分布。     

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     

幂律流体在内管旋转下放环空中的流动与传热规律

对柱坐标系下泡沫流体运动方程和能量方程进行简化,结合幂律流体本构方程并将其离散,运用有限差分方法对方程进行求解,得到幂律流体在内管旋转下放环空中的水力参数分布.结果表明:随内管转速的增大,环空中幂律流体的轴向流速、角速度、合速度增大,温度升高,表观黏度降低;随内管下放速度增加,环空中幂律流体的轴向流速、角速度和合速度减小,表观黏度增大,内管壁附近温度升高而外管壁附近温度降低.     

带封隔器的注泡沫管柱受力分析及强度校核

采用聚合物强化泡沫驱油时,井口压力的大小会影响管内流体压力分布,进而影响管柱受力情况。分析不同井口压力下管柱三轴受力情况,对管柱进行强度校核,可以避免压力过大而破坏管柱和引发事故。当前还没有一套比较完整的带封隔器注泡沫管柱受力分析和强度校核的数学模型。在质量、能量和动量守恒定律的基础上,考虑泡沫流体压力、温度和密度的相互关系和封隔器上下不同受力规律,建立了管柱受力模型,对管柱进行了三轴应力强度校核。实例井检验结果表明:随井深增加,管柱所受泡沫流体的内压力增大;且井深越大,趋势越明显;随井口压力的增大,管柱内压力、封隔器以下外挤力相应增大,管柱三轴抗外挤强度减小,其他受力和强度值变化较小。此模型还可以对不同泡沫质量、泡沫种类及钢级等情况下的管柱进行受力分析和校核,为油田管柱的优选提供理论指导。     

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，根据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 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     

体积压裂水平井蒸汽吞吐过程的砂粒运移

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,油井出砂严重,影响了油田的正常生产。为此,对水平井体积压裂蒸汽吞吐过程中的砂砾运移规律进行研究。利用CFD (computational fluid dynamics)仿真模拟方法,研究体积压裂水平井蒸汽吞吐过程中,裂缝压力、入口流量、井斜角、裂缝数量对水平井内砂床形成的影响以及变化规律。结果表明:固相体积分数随着裂缝压力的上升呈先下降后上升的趋势且在裂缝压力为8 MPa时,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。研究结果为应对油井出砂问题提供了理论支持。     

低渗气藏压裂水平井渗流与井筒管流耦合模型

目前国内外压裂水平井已成为开发低渗透油气藏的重要手段,正确预测压裂水平井的产能对水平井的开发方案设计、地层及裂缝参数等敏感性分析具有重要的指导意义。应用复位势理论和势的叠加原理,考虑气体在地层中渗流和井筒内管流的耦合,根据流体力学理论和动量定理,结合气体的性质和实际气体的状态方程,建立低渗透气藏压裂水平井地层渗流与水平井筒管流耦合的渗流模型及其求解方法。结合长庆低渗气藏实际进行对比计算,结果表明：（1）水平井筒内的压力损失对压裂水平气井的生产动态有一定的影响;（2）井筒内的压力呈不均匀分布;（3）每条裂缝的产量并不相等。在此基础上还分析了井筒半径、水平段长度、裂缝条数以及管壁粗糙度等参数对井筒压力损失和压裂水平气井产能的影响,得出一些有用的结论。     

隼槽式全通径不动管柱多级压裂技术及其应用

不动管柱多级压裂技术一般采用逐级缩径投球滑套,使压裂级数和排量受到限制,难于满足多级、大排量压裂井的需求.提出周向分级设计理念,通过配合使用隼翼开关和隼槽式喷砂封隔器实现压裂油管内无缩径节流;采用数值模拟方法优选出弧形挡板导流结构;通过对工具内部流道结构的数值模拟,得到适用于隼槽式滑套结构的携砂液压力损失计算公式.现场...