计算砂岩出砂临界压力梯度的新方法

摘要：将毛管束模型引入到出砂问题的研究中来,同时考虑了表皮效应,建立了出砂毛管束物理模型,该模型能够将复杂的多孔介质固液耦合问题转化为宏观的管流流动问题,通过分析砂岩颗粒在毛管束中的受力和运动,建立了砂岩出砂数学模型,分析了出砂过程动态机理,推导了出砂临界压力梯度公式,该公式从理论上对出砂问题进行了定量表征。敏感性分析表明：随着表皮和表皮厚度的增大,临界压力梯度增大;随着砂粒半径的增大,临界压力梯度也随之增大。为了验证公式的有效性,设计了砂岩出砂物理模拟实验,结果表明平均误差为16%,和实验符合较好。     

疏松砂岩油藏出砂状况模拟技术研究

在系统研究影响油藏出砂因素的基础上，采用人工神经网络BP模型，首先从理论上研究了引起地层砂粒运移的最低地层流体流速——门限流速预测方法，并建立了实际日产量较大时的地层最大出砂半径计算模型；然后，结合岩石力学、渗流力学等知识，建立了引起岩石结构破坏的临界井底流压的计算模型，并推导了当实际井底流压小于临界井底流压，因岩石结构破坏而引起大量出砂时，出砂半径的计算公式，同时，给出了防砂工艺设计中抑砂剂用量和固体防砂剂用量的计算式，避免了防砂剂量设计的盲目性。现场应用表明，建立的计算模型可明显提高防砂措施的成功率和有效期。     

疏松砂岩油藏出砂状况模拟技术研究

在系统研究影响油藏出砂因素的基础上,采用人工神经网络BP模型,首先从理论上研究了引起地层砂粒运移的最低地层流体流速———门限流速预测方法,并建立了实际日产量较大时的地层最大出砂半径计算模型;然后,结合岩石力学、渗流力学等知识,建立了引起岩石结构破坏的临界井底流压的计算模型,并推导了当实际井底流压小于临界井底流压,因岩石结构破坏而引起大量出砂时,出砂半径的计算公式,同时,给出了防砂工艺设计中抑砂剂用量和固体防砂剂用量的计算式,避免了防砂剂量设计的盲目性。现场应用表明,建立的计算模型可明显提高防砂措施的成功率和有效期。     

一个改进的适合X气田的临界出砂压差计算模型

通过控制X气田生产压差主动防砂可以达到有效防砂的目的,但技术人员仍没有合适的临界出砂压差计算模型.优选"M-C模型"作为基础模型,考虑影响X气田出砂的3种因素并结合现场实验测试数据对"M-C模型"进行了修正,建立了考虑泥质含量和含水饱和度的临界出砂压差计算新模型.对现场10口气井验算表明,计算精度提高了13.9%.     

室内实验规模的出砂数学模拟

为了研究疏松砂岩的出砂特征，根据连续性孔隙介质渗流、微粒释放和微粒运移理论，建立了室内实验规模的出砂数学模型，并采用有限差分法对该模型进行了求解。结果表明，实验条件下数学模拟与物理实验模拟的结果吻合较好。用理论出砂模型模拟了胶体力、水动力导致的出砂和砂粒运移过程中滞留引起的渗透率变化。模拟结果表明，渗流速度高于临界流速才引起冲刷出砂；胶体力和冲刷力是出砂的诱发因素，砂微粒在运移过程中在孔隙表面再沉积和孔喉处被捕集将降低出砂程度；渗透率比值与注水孔隙体积倍数或渗流速度的关系曲线均呈“S”形；在运移过程中，砂微粒滞留导致渗透率比值随岩心长度的变化呈线性降低趋势。     

压力衰竭下疏松砂岩出砂临界生产压差预测方法

海上油气藏多采取衰竭式开发,开发后期储层压力衰竭导致岩石应力状况变化,致使弱胶结疏松砂岩储层严重出砂可能性增加。为了有效做好出砂预测,针对衰竭式开采弱胶结疏松砂岩油气藏,同时考虑储层压力衰竭对地应力影响,基于井壁处岩石应力状态分析,引入岩石骨架破坏Mogi-Coulomb准则,建立出砂临界生产压差CDP模型,给出一种适用于海上储层压力衰竭开采生产井全生产周期出砂预测方法,并结合油田实例,计算并绘制出F-1井全生产周期出砂临界生产压差图版。研究表明,初期出砂临界生产压差较大,随着地层压力逐渐衰减,临界生产压差逐渐降低,至临界储层压力时,由于地层出砂不能生产,需要补充地层能量或者采取防砂措施,预测结果与现场出砂情况相符合,研究成果能为易出砂井配产提供指导意义。     

持续开采的储层砂岩出砂机理分析

基于3维颗粒流数值模型,从细观角度模拟油藏恒速持续流动时的砂岩力学响应,分析出砂的发生和发展过程.射孔周围砂岩的应力变化曲线说明油藏流动增大砂岩的应力,持续时间越长,应力增幅越大,砂岩更易剪切屈服而破坏,出砂几率越大.油藏恒速持续流动时,砂岩的颗粒粘结剪应力比张拉应力的增幅更明显,说明砂岩的破坏以剪切为主.颗粒的平均位移和旋转再次说明油藏的持续流动增大了油井的出砂几率.结果表明油藏的持续高速流动对砂岩受力干扰较大,出砂几率增大,为持续开采中的出砂与产能平衡提供了重要的科学依据.     

地应力和油藏压力对弱胶结砂岩油藏出砂的影响

借助岩石力学的基本理论,结合弱胶结油藏的岩石学特征,系统地分析了原地应力、生产压差等因素对弱胶结砂岩油藏出砂的影响,并对防砂技术和措施进行了讨论。结果表明:在弱胶结砂岩地层,地应力的非均匀性将导致某些方位地层先于其它方位地层剪切屈服、出砂,因此,对这些方位进行选择性避射将有助于防砂和延长油井开采寿命;当井筒内压力保持不变时,随着油藏压力衰竭,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性增大;当地层压力恒定时,随着开采压差的增大,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性随之增大。     

疏松砂岩油藏出砂机理物理模拟研究

利用玻璃板填砂平面模型,在室内对地层出砂进行了实验研究,分析了疏松砂岩油藏出砂机理,并对影响地层出砂的非均质性、粘度、渗透率和流体渗流速度等因素进行了分析.结果表明,大孔道的形成是一个在主流线上分枝发展的“灾变”过程.在临界出砂速度以上,随流速的增加,出砂速度迅速增大;胶结强度越高,出砂量和出砂速度越小;在相同的渗流速度下,渗透率越大,出砂量越小;随着原油粘度的增加,出砂量增加.出砂量的变化表明,胶结程度和水力冲刷是影响油层出砂的重要因素.大孔道一旦形成,油井含水率增加,油藏的采收率降低36%.     

基于毛管束模型的启动压力梯度分析与计算

针对低渗岩心渗流规律研究和室内实验测定中准确计算启动压力梯度的方法,提出启动渗透率的概念,认识到启动压力梯度和启动渗透率在渗流过程中是变化的,对冀东油田低渗透岩心通过稳态"流量-压差"法进行驱替实验,建立了用于分析启动压力梯度变化规律的毛细管束模型。对实验结果处理和分析,研究结果表明启动压力梯度和启动渗透率随流量的增加而增加;并且增加的幅度逐渐减小。由启动压力梯度和流量的关系计算出了不同实验岩心的最小启动压力梯度、拟启动压力梯度及对应的启动渗透率,得到启动压力梯度与岩心渗透率呈幂函数关系的经验公式;并将一维实验结果应用于平面径向流中,指出启动压力梯度随距离增加而减小,并得到启动压力占总驱替压差的比例。     

深部砂岩力学实验及储层开采出砂影响规律

为研究深部储层砂岩在高温、高压、高应力状态下的开采出砂规律及主控因素,以克深区块为研究对象,开展了相应的岩石力学实验和数值模拟分析。实验岩心取自该区块致密砂岩储层,通过实验获得了高温高压下岩石的弹性模量、内聚力和内摩擦角等参数及其变化规律。结合实验结果和该地区地质特征,建立了深部砂岩储层直井开采热流固耦合模型,并利用有限元软件进行求解;通过分析储层Mises应力、等效塑性应变等参数变化特征,结合出砂判别标准,得到了不同开采条件下的出砂影响规律。采用正交试验设计方法进行了出砂敏感性因素分析,获得了其出砂的主控因素。研究结果表明：水平地应力的非均匀程度对储层开采出砂的影响最大,岩石胶结强度和生产压差的影响次之,地层温度变化影响相对较小。     

疏松砂岩油藏封隔颗粒防砂控水技术矿场实践

南海东部的F油田为疏松砂岩稠油油田,针对投产后出现的储层出砂堵塞筛管,油井产量递减快、见水后含水上升快等难题,在充分调研常规防砂控水技术优缺点的基础上,提出了一种由亲油疏水材料构成的封隔颗粒防砂控水技术。利用实验、油藏工程、数值模拟等方法评价了封隔颗粒的防砂控水效果。结果表明：封隔颗粒防砂控水技术具有无需找水、全井段控水、防砂、绿色环保等多种优势,配合自适应流量控水阀(autonomous inflow control device, AICD),防砂控水效果进一步提升;F油田部分单井矿场采用封隔颗粒防砂控水后,有明显的无水采油期,在相同采出程度的情况条件下,含水上升率明显更低,防砂控水增油效果显著。该技术为类似疏松砂岩油田的防砂控水开发提供了借鉴,推广前景良好。     

疏松砂岩出砂油藏套管发生破坏校核方法的确定

在疏松砂岩油田开发过程中,油井出砂引起套管变形现象经常发生。本文从临盘采油厂出砂井的套管损坏现状及规律着手,分析油藏出砂后形成空洞的特征,根据岩层出砂形成空洞形状,确认套管在地层承受三向应力状态,根据套管在岩层中力学状态,引用了《滩海管道系统技术规范》中管道屈曲破坏的条件,首次提出了为疏松砂岩油藏出砂井套管发生变形的一种校核计算方法。     

安塞致密砂岩油藏单砂体刻画与压裂改造

安塞油田多期河道叠加致密砂岩油藏开发中后期, 油井含水量升高, 油层有效动用不均, 整体压裂易出现水窜、水淹现象, 已不适应油田现今的生产状况。针对这一问题, 通过对油水井单砂体进行细分和对比, 建立岩体力学模型和三维应力场分布模型, 结合现场压裂施工参数, 开展单砂体全缝长压裂数值模拟。结果表明, 安塞油田多期河道叠加致密砂岩油藏侧向复合砂体内部单砂体间泥质、钙质物性夹层发育, 形成的应力夹层对压裂裂缝的展布有较好的封隔作用, 即使压裂施工过程中隔夹层产生裂缝, 但随着泵压的降低, 张开的裂缝会随之闭合, 支撑剂并没有进入隔夹层中产生有效裂缝, 油层单砂体间有效动用不均, 60%的层有效动用程度较低。由此提出针对小层内动用程度不高的11 口井的单砂体补孔、重复压裂、堵水、隔采等措施, 经过现场实施, 增产效果明显, 平均日增油1.2 t 以上, 最终形成多期河道叠加致密砂岩单砂体细分与压裂改造的技术方法体系, 对今后类似油藏的开发有借鉴意义。     

砂岩油藏多层合采层间干扰及开发策略研究

A 油田在纵向上储层多,且各油层物性相差悬殊、流体性质各异、储量分散。油田在笼统注水或多层合采开
发过程中,势必会受储层非均质影响,逐渐暴露出注入水单层突进、含水上升快、储量动用程度不均、各层采出程度不
等、油藏采收率低等问题。如何提高此类纵向非均质油藏的采收率是当前所面临的重要问题。以油藏数值模拟技术
为手段,根据A 油田均质模型进行了多层合采条件下层间干扰的单因素以及复合因素的敏感性分析,并针对油田实际
非均质模型进行了不同开发方式下储层动用特征、开发效果评价以及开发指标对比,推荐了该油田切实可行的开发技
术方案、提出了指导类似油田开发的技术策略和措施。     

考虑毛细滞后的未饱和多孔介质传热传质模型

本文从热湿迁移机理出发，通过在液相渗流中引入毛细滞后的影响，采用液相运动的最小梯度假设，建立了未饱和含湿多孔介质在考虑毛细滞后效应时传热传质的较普遍的模型理论．并对方程中的热湿迁移特性系数进行了分析，为进一步发展确定热湿迁移特性的有效实验方法提供了依据。     

渤海海上窄条状油田稳油控水研究及应用

渤海海上窄条状油田含油层系为新近系明化镇组下段,为分支河道型浅水三角洲沉积,具有平面上呈窄条状分布(平均宽度300 m)、纵向叠合程度差、厚度薄、层间矛盾突出、含水上升快等特点,且国内外对该类型油田并无成熟经验可以借鉴,导致开发难度大。近年来渤海针对窄条状油田含水上升速度快的特点,开展了该类型油田稳油控水技术攻关研究:推导了窄条状油田注采井网见水时间公式,并利用均衡驱替原理对注采井组进行调整;研究了周期注水在窄条状油田中低含水期的应用,取得了较大进展。已经成功应用到了渤海海上窄条带状油田中,含水上升率明显下降,已实现累增油40万m3,取得了很好的应用效果。