水平井井筒流动模拟实验装置

本文首次较为全面地介绍了国内第一其用于水平井井筒多相流动规律研究的室内模拟实验装置，并就实验装置的设计思想、建设方案、主要构成、系统性能及可进行的主要研究内容和数据采集处理方法等做了较为详细的阐述．文中提出的设计思想和建设方案仅供进行常规水平井井筒多相流动规律的实验研究用。     

气体钻水平井井筒两层流动机理研究

目前关于气体钻水平井的理论研究大都集中在最小注气量的选择上;而对气体钻水平井水平段井筒内的多相流动的机理缺乏深入的理论研究。在研究水平井段多相流动机理的基础上,应用气固两相流动力学理论,结合扩散理论,建立了适合气体钻水平井水平井段两层流动的理论模型,即上层悬浮层、下层为滑动床流动。根据现场某井数据进行了实例计算结果表明:气体钻水平井井筒携岩的最优速度应大于岩屑的沉降速度;岩屑稳定输送的条件为水平井井筒环空内为分层稳定流动;沿程阻力在低速主要来自于底层滑动床中岩屑颗粒与井壁之间的摩擦阻力,高速区来自于悬浮层内岩屑与井壁之间的摩擦阻力。最后结合计算结果,对比前人在水平气固流动中的实验结果,对气体钻水平井的最优注气量、井筒压降计算等给出了合理的建议。     

水平井筒变质量流体流动实验研究

设计并建立了水平井筒变质量流体流动的模拟实验装置,对具有射孔完井的水平井筒变质量流动特性进行了实验研究。利用先进的数据采集系统获最了大量的实验数据。对水平井井筒单孔眼段流体的流动阻力损失分析可知,流动阻力由三部分组成：管壁摩擦阻力、加速损失和混合损。     

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。     

水平井井筒与气藏流动耦合数值模拟研究

水平井技术不断发展与成熟,已经成为动用地质储量行之有效的方法,并逐渐在气藏的开发中广泛应用。随着水平井研究的不断深入,有大量学者认为,水平井井筒流动与直井有着明显区别。水平井水平段的流动是变质量流动,井筒与储层之间存在流动耦合。在水平井产能设计中不能忽略井筒损失的影响。近年来数值模拟技术不断完善,主流模拟软件已经推出模拟结果的三维显示功能。利用数值模拟软件,研究水平井井筒与储层的流动耦合,使理论公式计算与研究成果展示结合起来,能够更直观地认识渗流规律。主要应用Eclipse软件中的多段井模拟技术,以实际区块的水平井数据为基础,研究井筒损失对水平井的影响以及井筒与气藏的流动耦合规律,认为水平井井筒的紊流是影响水平井产能的主要因素,投产初期控制产气量,维持较低的生产压差,可以延长无水采气期,提高开采效果。     

水平井筒变质量流体流动实验研究

设计并建立了水平井筒变质量流体流动的模拟实验装置。对具有射孔完井的水平井筒变质量流动特性进行了实验研究,利用先进的数据采集系统获取了大量的实验数据。对水平井井筒单孔眼段流体的流动阻力损失分析可知,流动阻力由三部分组成：管壁摩擦阻力、加速损失和混合损失。通过对实验数据进行处理,得出了混合损失和主流流速与孔眼流速之间的关系。对于一定的主流流速,混合损失随孔眼流速的增大而增大;对于一定的孔眼流速,混合损失随主流流速的增大而增大,此时流体流入孔眼对水平井筒中流体流动的影响比较显著,从而增加了井筒中流动的复杂性。实验数据的回归结果表明,在本实验条件下,主流流速和孔眼流速是造成混合损失的主要因素。     

油气层渗流与井筒多相流动的耦合及应用

以油气层渗流及多相流理论为基础,将地层渗流与井筒复杂多以动结合考虑,建立了一套动态理论模型,并采用数值方法和技术进行了求解和计算分析.该模型较为全面地考虑了地层渗流规律和影响井筒多相流动的各种因素,可以动态地反映和描述油气井钻探和开发过程中各种复杂情况下井筒内多相流动特性以及对地层渗流的影响,对研究和指导油气钻探、开发和油气藏的动态描述具有现实意义.     

井筒中垂直泡状流传热实验研究

通过理论实验相结合的方法研究石油钻采过程中井筒内泡状流传热问题.根据井筒内泡状流流动特点,以传热学基本理论为基础,建立考虑泡状流流动参数分布的泡状流传热模型,并在模拟井筒多相流传热实验装置上进行了泡状流传热实验,对所建立的传热模型进行评价,研究传热规律.结果表明:建立的泡状流传热模型计算精度良好;泡状流对流换热系数随液体流量增大线性增加,随平均空隙率增大线性减小,液体流量是影响泡状流对流换热系数的主要因素.研究两相流传热要考虑流型自身的流动特点.     

煤层气水平井井筒压力分布规律及其影响

国内外大量相关研究表明若忽视水平井井筒中的压降,将给水平井的生产计算分析带来较大的误差。本文对煤层气水平井井筒压力分布规律进行了深入的研究,考虑到煤层气水平井井壁入流和井筒内流体变质量流动的实际情况,选取井筒中一微元段进行分析,通过结合质量守恒定律、动量守恒定律推导并建立了水平井的井筒压力分布模型。并利用所建立的压力分布模型对不同内径、不同产量、不同水平段长度的水平井井筒进行了实例计算,得到了三种情况下水平井井筒中的压力分布情况。并对结果进行了对比分析,结果表明井筒内径越小、产量越大时水平井井筒中的压力分布曲线越陡,井筒压力分布越不均匀。     

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式，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。     

井筒与油藏耦合条件下的水平井非稳态产能预测(Ⅰ)——数学模型

如何准确有效地预测水平井产能是进行油藏工程分析和采油工艺设计的重要基础,常规的稳态产能预测方法由于内在理论缺陷导致严重的误差。以不稳态渗流理论为基础,将水平井的油藏渗流与水平井井筒流动视为一个相互作用的整体,建立油藏与井筒耦合条件下的不稳态流动数学模型,在井筒流动模型中考虑流体磨阻、动量变化、井筒壁面流入的混合干扰等复杂因素,应用边界积分法建立井筒油藏耦合模型,可以与不同的油藏模型组合,从而为水平井的油藏工程研究、完井及采油工程设计提供更先进的手段。     

“欠平衡钻井井筒多相流动规律研究”通过鉴定

由石油大学(华东 )孙宝江教授、博士生导师王瑞和教授主持完成的“欠平衡钻井井筒多相流动规律研究”近日通过了由山东省科技厅组织的专家鉴定。鉴定委员会一致认为该项研究技术路线先进 ,研究成果达到了国际先进水平。该项研究通过对空隙率波、流动湍流度、平均含气率的测量和信号分析 ,成功地揭示了流型转化机理的新特点、新规律 ;通过对多相流动中空隙率波的传播特性及多相介质压力与弹性变形关系的研究 ,为“欠平衡钻井”井筒压力的计算提供了精确和有效的方法。该项研究得到了一套适用于直井、定向井充气欠平衡钻井中的七种组分的多相…     

非凝析气与蒸汽混注水平井井筒流动传热特征

为了准确预测非凝析气与蒸汽混注水平井的井筒沿程流动特征,基于热采水平井管柱跟端注汽与趾端注汽模式,充分考虑水平井的孔眼出流、压降损失以及注入流体的热效应和相态特征,建立射孔水平井混注非凝析气(N2、CO2)与蒸汽时的井筒沿程变质量流动半解析模型。采用井筒细分微元与节点分析方法进行求解,对气汽混注下的稠油水平井井筒沿程流动特征进行研究,并探讨各注入参数对于井筒流动特征的影响。结果表明:模型的模拟结果显示仅靠近注汽点位置处的井段加热效果较好,这与矿场实际情况较为吻合;相比传统注蒸汽,气汽混注下的水平井热有效长度更长,加热效果更好;不同注汽模式的水平井具有不同的加热效果,在实际生产过程中,可以轮回改变注入管柱的下入深度,实现不同的加热模式,改善水平段油藏加热效果。     

注蒸汽采油高压模型水平井相似准则及模化

根据水平井井筒及井筒附近的流体流动行为,建立注蒸汽采油高压模型水平井变质量流模型,提出一套模化高压模型中水平井半径及射孔或割缝参数的相似准则体系,并将该相似准则体系应用到蒸汽辅助重力泄油(SAGD)三维高温高压物理模拟试验模型的设计上。结果表明,模拟试验数据可有效反映现场汽腔扩展规律和生产规律。     

水平井流固耦合及井筒压降规律分析

为了预测水平井产能和检验井壁稳定性与储层变形、流体渗流及井筒压降的耦合作用密切关系,考虑了近井储层变形和径向渗流及井筒内变质量管流流动的相互作用,建立了耦合力学数学模型,并对其进行了数学解耦,推导出孔隙压力解析解,主要分析了反映储层变形的物理力学性质非线性程度对孔隙压力和径向渗流对水平井井筒压力降的影响规律。研究表明:储层物理力学性质的非线性程度越明显,孔隙压力消散得越慢;计算井筒压力降时,应考虑径向渗流对主流流动的影响,且径向渗流对井筒压力降变化有较大影响;储层变形、径向渗流和井筒压降之间的耦合效应与非耦合效应差别较大,在实际工程中,不应忽略耦合效应。     

存在扶正器条件下三元复合溶液环空流动实验与模型研究

基于自主研制的全尺寸井筒复杂流动实验模拟装置,考虑存在扶正器条件下的水平井三元复合驱非牛顿流体井筒流动的复杂特性,开展了抽油杆扶正器对三元复合溶液水平环空流动特性影响的实验研究。结果表明,当管路存在扶正器时,流动压降显著增大,且其随流量仍呈近似指数规律增加。运用非牛顿流体力学理论,结合水力当量长度的概念和实测压降数据,建立了存在扶正器条件下的三元复合溶液非牛顿流体水平同心环空流动的压降预测模型。采用VB.NET对模型进行了编程求解,其平均绝对百分误差在10%以内,性能良好且简单实用。研究成果为后续的存在扶正器条件下的三元复合溶液和原油两相环空流动压降模型的建立及扶正器的优化设计奠定了重要基础。     

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。     

双台阶水平井不稳定渗流耦合模型及求解

针对国内外对双台阶水平井渗流规律及产能分析研究相对欠缺的情况,以水平井不稳定渗流模型为基础,根
据势叠加原理,采用半解析方法建立了双台阶水平井不稳定渗流模型,同时考虑了井筒内变质量流动压降损失影响,
给出了定压生产条件下耦合模型解法。通过实例计算,结果表明双台阶水平井比产能指数沿井筒长度不是均匀分布
的,大致呈非对称“U”型分布,且跟端的比产能指数略高于趾端;井筒沿程压差分布曲线明显有一个台阶,说明压降损
失主要集中在中间夹层连接段处,主要为重力压降损失。该成果为双台阶水平井井身结构设计,及合理利用双台阶水
平井进行开发方案设计、计算开发指标、制订开发调整方案等提供理论依据,从而合理、高效地开发我国复杂油气田。     

射孔完井水平井筒单相流动压降的改进模型

水平井的压降计算是进行水平井产能预测、水平段长度优选及水平井完井设计优化等的理论基础,而单相流的水力计算又是进行油水两相流或油气水三相流压降预测的基础。基于水平井单相流体流动规律研究领域的重要学者Su建立的压降模型,考虑该模型预测值偏高的问题,建立了新的射孔完井水平井筒单相流动压降的改进模型。采用VB.NET对模型进行了求解,并与Su模型进行了对比。结果表明,建立的改进模型更符合实际情况,可以很方便的应用此模型进行射孔完井水平井筒的压降预测。     

射孔完井水平井筒变质量湍流压降规律研究

运用拟三维原理，提出了用于计算地层刚性渗流、弹性不稳定渗流与水平井筒内变质量湍流耦合的新方法，解决了在井筒变质量流体流动模拟过程中井筒边界条件难以确定、地层线性渗流与井筒内非线性湍流难以耦合的问题。同时，对不同射孔方式和生产制度下流体水动力学进行了分析，研究了射孔入流与水平井筒内流体的相互作用关系及变质量主流体的流动特性。模拟结果表明，与圆管湍流相比，井筒内变质量流具有更大的压降系数，且主流中心速度降低，速度剖面呈现内凹形式，水平井射孔设计应该和利用井筒内流体与渗流的耦合模拟进行优化。