渤海油田稠油水平井防砂筛管耐温能力的确定

渤海油田热采水平井防砂筛管选型时参考的耐温能力未考虑井况的影响,导致部分热采水平井选用的防砂筛管不能满足注热要求而发生破坏。为此,在分析稠油热采水平井防砂筛管注热时受力的基础上,综合考虑弯曲应力与热应力对防砂筛管破坏的影响,给出了稠油热采水平井防砂筛管耐温能力的数值模拟计算方法。利用该方法计算了渤海油田6口热采水平井防砂筛管的耐温能力,分析了单位狗腿严重度下星孔、金属网布和桥式复合3种防砂筛管的耐温能力降低幅度。研究发现:考虑弯曲应力计算出的耐温能力与现场实际较吻合;单位狗腿严重度下星孔、金属网布和桥式复合3种防砂筛管耐温能力降低6~16℃;单位狗腿严重度下防砂筛管耐温能力的降低幅度随防砂筛管径向尺寸增大而增大;防砂筛管基管钢级越高,耐温能力降低幅度越小,且钢级对耐温能力降低幅度的影响程度大于径向尺寸;TP110H和BG110H钢级的金属网布或桥式复合防砂筛管具有较高的耐温能力,能满足渤海油田热采水平井的注热要求。研究结果表明,稠油热采水平井选择防砂筛管时,应考虑弯曲应力对防砂筛管耐温能力的影响,否则会导致防砂失效,影响稠油热采开发效果。      

稠油井高温热采复合筛管研究及应用

热采技术已在渤海油田稠油油藏逐步应用。但是，稠油热采工艺引起的高温对筛管过滤精度的影响尚不明确。多元热流体对管材的冲蚀腐蚀严重，缩短了筛管的使用寿命，这对筛管性能提出了更高要求。通过筛管的微观结构分析及其挡砂机理研究，优化了筛管的过滤层，设计了新型高温热采复合筛管。通过理论计算分析和室内试验，得到在多元热流体条件下腐蚀冲蚀对金属网布力学性能的影响规律，及绕丝过滤体对过滤精度的影响程度。结果表明，高温对复合筛管过滤精度的影响较小，试验测得的高温复合筛管各项力学性能均合格。在NB35-2、LD21-2油田10余口热采井的实际应用中，复合筛管的耐腐蚀冲蚀性能、防砂效果良好，满足高温热采防砂要求。     

新型热采筛管在海上稠油油田的应用

海上热采井井底温度达300℃,高温热应力加剧了出砂风险,筛管作为最后一道屏障,决定着热采防砂的成败。筛管在高温、腐蚀和强注强采恶劣环境下,易发生损坏导致油井出砂停产。针对海上热采井生产特点,研发了新型热采筛管。该筛管材质选用热稳定性强、耐腐蚀性和强度高的P110H-3Cr钢材;结构优化为7层,内外2层挡砂网精度外大内小,逐层过滤;特殊结构的导流外护套,减少高速流体冲蚀影响。新型热采筛管不仅具备较好的热稳定性能,而且提高了抗腐蚀能力。截至2015年12月,新型热采筛管已成功应用15井次,作业成功率为100%,单井产能提高2～3倍,未发生出砂及筛管损坏情况。该技术满足了海上油田热采防砂要求,为提高热采效果奠定了基础。     

出砂气藏水平井筛管冲蚀损坏机理及抗冲蚀能力的提高

为了解决出砂气藏水平井存在的筛管冲蚀问题,针对常用的多层滤网复合精密筛管,利用创新研制的水平井筒封闭空间筛管冲蚀模拟系统,开展了筛管冲蚀损坏机理及规律实验。实验结果表明,气体携砂条件下的多层金属滤网复合筛管冲蚀破坏分为保护罩正面啃噬以及侧向滤网冲蚀损坏2种机理。交错冲缝式的外保护罩正面抗冲蚀能力较强,但侧向抗冲蚀能力极弱。筛管金属滤网介质的冲蚀损坏速度约是外保护罩的2~3倍。另外,基于冲蚀机理提出了新型双层弧形交错互补冲缝的结构,研究构建了非均质气藏水平井高冲蚀风险位置识别方法,以及分级、分段提高全井段管柱抗冲蚀能力的优化设计。新型高抗冲蚀能力外保护罩在兼顾经济性的同时,为出砂气藏水平井的防砂管柱冲蚀问题提供了可靠易行的解决方案,一定程度上提升了天然气藏防砂管柱的服务期限和开发效果。     

稠油热采水平井化学防砂技术研究与现场试验

由于筛管完井稠油热采水平井二次出砂问题尚不能有效地解决,为此开展了稠油热采水平井化学防砂技术研究。通过室内实验及水平井现场试验,成功研制出一种适用于稠油热采水平井的树脂防砂剂。现场试验结果表明,该防砂剂可有效治理稠油热采水平井筛管失效后的二次出砂问题。     

海上油气井防砂筛管冲蚀规律和失效预测研究

防砂筛管冲蚀失效直接影响到海上油气井能否安全高效生产,实时掌控筛管冲蚀程度,预测筛管使用寿命是海上油气井生产安全的重要保障。通过设计管流式冲蚀实验装置,开展了筛网过流单元冲蚀实验,并基于冲蚀经典理论模型,拟合建立了筛管冲蚀速率模型;依据编织型过滤金属网布筛管结构特征,构建了完整结构的筛管外护罩、多层过滤筛网和打孔基管物理模型,应用计算流体力学流固耦合模拟器,研究网布式筛管冲蚀规律,预测生产工况下筛管冲蚀寿命,并进行了实例分析。研究结果表明,筛管冲蚀速率随含砂流体流速呈幂函数关系,随含砂浓度先线性增大后趋于平缓,随含砂粒径增大先增加后降低并趋于纯流体冲蚀速率。本文揭示的筛管冲蚀规律和建立的预测模型可为海上油气田防砂设计和安全生产提供理论依据。     

泡沫金属防砂筛管性能评价试验

常用的机械式筛管在防砂应用中易产生筛管堵塞和冲蚀刺漏破坏。为此,研制了泡沫金属防砂筛管。为综合评价泡沫金属筛管的防砂性能,利用防砂试验平台对筛管开展了挡砂性能试验、耐压强度试验和抗冲蚀能力试验,并与海上目前常用的其他类型筛管开展了对比试验。试验结果表明:泡沫金属筛管具有良好的挡砂效果,过流与抗堵塞能力优异,抗冲蚀能力是其他类型筛管的2～3倍,抗内外压强度指标超出海油应用标准,特别适合海上"三高"油气田高效开发的要求。泡沫金属防砂筛管实现了新材料行业与油田开发防砂领域相结合的技术创新,具有良好的市场应用前景。     

多轮次注热水平井防砂筛管强度校核方法研究

合理的机械筛管强度校核方法是进行多轮次注热水平井防砂筛管设计优化的基础。根据热采井实际生产条件,建立筛管抗内压、抗外挤和轴向屈服强度等单项强度校核方法以及三轴应力条件下的组合强度校核方法;考虑残余应力影响,建立多轮次注热条件下残余应力破坏强度校核方法。用渤海某油田典型井对CMS筛管强度进行校核,校核结果表明:单轮次350℃注热条件下,筛管单项抗拉、抗内压和抗外挤安全系数较高,不会发生损坏,但不安装热补偿器会导致筛管轴向压缩屈服破坏;三轴应力条件下的组合强度校核结果与单项校核结果一致;按照10个轮次350℃注热开采计算,筛管发生残余应力拉伸破坏的可能性较大。研究结果可为热采水平井入井防砂管设计优化提供理论依据。     

热采筛管防砂模拟实验装置的研制与应用

为了解决稠油热采井在开采过程中容易出砂、防砂难度大等问题,在综合考虑油田储层砂粒度特性、流体黏度特性及现场油井生产压力和温度等因素的基础上,研制了一套热采筛管防砂模拟实验装置。该装置可针对机械防砂方式的技术特点,进行全尺寸室内模拟实验,通过测试分析防砂筛管性能优缺点,为防砂方式优选及防砂参数优化设计提供依据。根据稠油油田的实际特点,进行了针对性的室内模拟实验,实验结果为稠油热采井提供了合理的完井方式及防砂参数,现场应用也取得了良好的效果。     

弹性筛管防砂技术

弹性筛管防砂技术是根据稠油油藏高轮次吞吐和蒸汽驱井防砂生产需要而研制的筛管防砂新技术。进行了筛管结构优化、加厚过滤单元外罩设计、固定方式研究、弹性过滤材料筛选、防腐实验研究等。室内试验表明，筛管的过流能力在900cm^2／m以上、渗透率在100μm^2以上、筛管抗内、外压强度达到20MPa、防砂粒径在0.1mm以上、耐温350℃、pH值在3～12之间不被腐蚀。现场试验证明，该技术防砂和抗堵塞性能好，防砂有效期长，地层适应性强，施工简便，防砂生产效果明显，具有良好的应用前景。