多孔隙金属筛管热采防砂性能评价试验研究

多孔隙金属筛管主体挡砂层采用抗高温、耐腐蚀性能优良的金属研制而成，因其特殊的三维立体孔隙结构，筛管具有较强的通透性和过流能力，目前在常规冷采开发油气田适用性良好。为进一步评价筛管在稠油热采条件下的适应性，开展了多轮次蒸汽吞吐防砂模拟试验，模拟筛管在经过多轮次蒸汽吞吐过程中的防砂效果变化情况，分析在多轮次注采过程中筛管内外的压力、温度、出砂量和出砂粒径的变化规律。试验结果表明，经过16个轮次的高温蒸汽吞吐(蒸汽温度350℃、注入压力17 MPa)试验，筛管出砂质量分数在1.86×10^-7%～6.63×10^-6%之间，出砂粒径中值略小于筛管挡砂精度，渗透率保持能力在85.7%左右，筛管整体过流能力和抗堵塞性能保持率良好。试验结果充分证明了筛管在稠油热采油藏开发方面具有良好的防砂效果和过流性能，可为稠油热采工况下油气田防砂完井提供技术参考。     

多孔泡沫金属在防砂筛管应用中结构参数试验优化

泡沫金属由金属与气体复合而成,是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料,具有良好的过流、过滤性能。利用泡沫金属作为挡砂介质开发的特种筛管,是一项油田防砂可行性解决方案。防砂筛管挡砂效果主要取决于挡砂介质的结构形式与规格参数。为优化泡沫金属挡砂介质的结构参数,指导防砂筛管的设计,利用室内岩心驱替模拟试验装置,开展不同结构、不同规格参数的泡沫金属挡砂性能试验,分析不同排布结构、不同厚度比的泡沫金属挡砂效果。结果表明,挡砂介质“外密内疏”的变孔径结构要优于均匀单一孔径结构,具备更好的过流抗堵塞效果,且随着驱替排量的增大,优势体现更加明显。当排量为100 mL/min时,变孔径驱替压差较均匀单一孔径压差降低约40%; 不同泡沫金属厚度比的挡砂能力也不同,厚度比2︰3结构较厚度比2.5︰2.5结构驱替压差降低约15%,控砂量较1.5︰3.5结构降低约2.6倍。综合考虑驱替压差、出砂量及驱替排量等因素,泡沫金属作为防砂筛管挡砂介质,采用变孔径结构且厚度比为2︰3最适合油气田开发要求。为进一步优化防砂筛管结构提供了理论参考。     

挡砂介质变形及挡砂精度变化规律研究

关于挡砂介质在热采条件下的变形特性以及对挡砂精度的影响规律少有研究。为此,分析了挡砂介质的主要结构类型以及不同金属材料在高温下的线膨胀系数的变化规律;以此为基础,分析割缝缝隙类、绕丝缝隙类和金属滤网类这3种挡砂介质的几何结构模型,建立了高温条件下的介质变形特性及挡砂精度预测模型,分析了不同结构参数下筛管挡砂精度变化规律。分析结果表明:随着温度升高,完全约束条件下的割缝衬管和绕丝筛管的挡砂精度明显降低;360℃条件下绕丝筛管挡砂精度降低幅度小于5%,而割缝衬管挡砂精度降低幅度高达25%,并且割缝间距越大,挡砂精度降低幅度越大;随温度上升,滤网类筛管挡砂精度取决于滤网金属丝直径和原始网孔的相对大小,但变化幅度不超过1%。研究结果可为热采井防砂设计提供指导。     

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。     

基于正交实验的海上疏松砂岩油藏防砂参数优选方法

针对海上疏松砂岩油藏防砂完井设计中防砂参数多导致的实验工作量大和费用高等问题,以渤海南堡35-2油田某防砂井为例进行了正交实验法防砂参数优选,开展了基于正交实验的防砂参数化设计,结果表明该油田影响产能的防砂参数主次顺序为生产压差、原油黏度、挡砂精度和砾石层厚度,而影响出砂量的主次顺序为挡砂精度、生产压差、砾石层厚度和原油黏度;最优防砂方式为优质筛管+砾石充填,以产能最大为优选标准时的防砂参数最优组合为生产压差3 MPa+挡砂精度150μm(10/30目)+原油黏度50 m Pa·s+砾石层厚度52 mm,以出砂量最小为优选标准时的防砂参数最优组合为生产压差1 MPa+挡砂精度120μm(20/40目)+原油黏度50 m Pa·s+砾石层厚度52 mm。本文提出的基于正交实验的防砂参数优选方法在南堡35-2油田4口热采实验井防砂作业中取得了成功应用,具有较好的推广应用价值。     

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。      

酸化气驱交变载荷对超深层岩石强度及出砂影响

东河1油藏于2014年开展注天然气开发先导试验，增油效果显著。随着注气开发进程的不断推进，由于油井酸化及注天然气的影响，储层地质条件日益复杂，油井出砂程度不断加剧。为实现油田稳产增产，需深入评价酸化、气驱及交变载荷对岩石力学性质及油井出砂的影响。文中通过室内实验对比了气驱前后岩石微观孔隙特征，研究了酸化、气驱对岩石强度及油井出砂程度的影响规律，明确了多轮次注采交变载荷下储层渗透率变化特征。室内岩心实验表明，气驱-酸化-气驱后，岩石三轴抗压强度降幅高达36.30%。循环加载50次，岩石三轴抗压强度由201.6 MPa降低至146.8 MPa。多轮次注采过程中，油井含水率上升快，提液造成生产压差加大，易引起油井出砂。因此，合理控制油井产水量、生产压差及产气量、优化注气参数对东河1油藏注气开发控砂和实现注气长效开发具有重要意义。     

国内热采井高温胶筒发展现状

稠油热采井常通过注蒸汽的方式降低原油黏度,热采封隔器胶筒的材质以聚四氟改良复合材料为主,但该类胶筒只能在第1轮次注汽中密封较好,实现均匀注汽,在后续轮次仅能起到挡砂的作用; 石墨硅基复合胶筒可以在多轮次注汽中密封良好,可多次在冷热交替环境下使用,但成本过高,推广较难。通过增加石墨和预紧力,设计了2种成本较低的新方案,便于后续研究。     

热采条件下机械防砂筛管挡砂精度模拟分析

在对稠油热采出砂井进行防砂设计时,没有考虑温度、初始挡砂精度、挡砂介质材料和编制滤网金属丝直径对机械防砂筛管挡砂精度的影响。通过分析常用机械防砂筛管——割缝衬管、绕丝筛管和复合筛管挡砂介质的结构,建立了筛管挡砂精度的物理模型,基于筛管受热变形建立了筛管挡砂精度的数学模型。结果表明:割缝衬管和绕丝筛管挡砂精度变化规律相同,均随着温度的升高而增加,造成实际挡砂精度比设计挡砂精度偏大;普通编制滤网复合筛管挡砂精度随着温度的升高而降低,造成实际挡砂精度比设计挡砂精度偏小;密纹编制滤网复合筛管挡砂精度变化规律比较复杂,在初始挡砂精度确定的情况下,需要具体分析不同直径的金属丝,才能确定挡砂精度的变化规律。该研究成果对热采出砂井防砂设计有一定的指导意义。     

水平井热采高强度耐冲蚀筛管的研制及应用

为了提高稠油水平井热采的稳产效果,延长防砂有效期,研制了水平井热采高强度耐冲蚀筛管。该筛管采用中心管、网式挡砂装置、绕丝自洁过滤装置和冲压式外保护过滤装置4层结构设计,具有较强的耐冲蚀、耐腐蚀、耐高温、抗冲刷和抗堵塞性能。现场120多口井的应用结果表明,该筛管一次性施工成功率100%,使用寿命长,最早施工的井已连续生产938 d,提高了油井利用率,增加了产量,降低了生产成本,很好地满足了热采水平井注汽热采和防砂要求。     

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。     

二氧化碳非混相驱油粘性指进表征方法及影响因素

针对二氧化碳非混相驱油过程中的粘性指进问题,建立数学模型并进行求解,研究了一维CO2非混相驱油粘性指进的表征方法,重点分析注采压差与油层温度等因素对CO2非混相驱油粘性指进的影响,并回归了这些因素对CO2非混相驱油粘性指进的影响规律.结果表明,CO2非混相驱油时粘性指进距离随驱替时间的推进呈指数形式增长.在计算参数范围内,相同油层温度下,当注采压差小于7MPa时,随着注采压差的增大,CO2非混相驱油粘性指进程度增大;当注采压差大于7MPa时,随着压差增大,粘性指进程度逐渐降低.注采压差一定时,随着油层温度升高,CO2在原油中的溶解度降低,原油粘度降低速度减缓,油气流度比增大,CO2非混相驱油粘性指进程度高.     

热采水平井复合筛管热应力及变形规律分析

目前对于筛管热稳定性的研究主要是将筛管简化为单层油管或基管进行热稳定性及应力分析,未考虑筛管本身复杂的机械结构。针对目前广泛使用的基管-挡砂层-外保护罩复合防砂筛管,考虑各介质材料强度参数随温度的变化,建立了基管与外保护罩的变形耦合模型,采用机械筛管防砂水平井在不同热采工况下的筛管热应力分布和热变形量计算方法,分析了恶劣工况下的筛管破坏特征。案例分析结果表明,未锚定状态下筛管受热振动的主要影响因素是温度效应造成的轴向伸缩量,井底温度为350℃时,筛管轴向膨胀率达0.66%。锚定条件下当井底温度达到305℃时筛管基管发生屈服,筛管的破坏特征强度值为563.1 MPa。研究成果对热采机械筛管防砂水平井管柱设计有一定的指导意义。     

微粒运移对砾石充填防砂效果影响研究

筛管砾石充填防砂是胜利油田疏松砂岩油藏主导的防砂工艺,随着砾石充填防砂井提液生产,油井生产压差增大,地层砂中细小微粒被流体携带运移到砾石层,导致砾石充填层渗透率下降、附加压降增大,严重影响了砾石充填防砂井产能。通过室内实验、矿场试验及数值计算研究了微粒运移对砾石充填层渗透性、附加压降等影响。结果表明,固相含量5%钻井液和粒径0.01mm～0.02mm地层微粒使砾石充填层渗透率下降最高达67%。防砂筛管附加压降在0.1 MPa以下,石英砂附加压降0.35 MPa,陶粒附加压降0.13 MPa。微粒运移到防砂层后,石英砂附加压降增加到0.65 MPa,陶粒附加压降增加到0.45 MPa。因此,油井采取提液等措施生产应严格控制采液强度和生产压差,避免地层微粒运移导致油井出砂或液量大幅降低。     

多层滤网机械防砂完井筛管动态腐蚀试验研究

针对机械防砂筛管腐蚀寿命预测方法尚未形成的问题,采用防砂筛管动态腐蚀评价系统,模拟南海某高温高压气藏条件,对多层滤网机械防砂完井筛管的基管、挡砂介质和外保护罩组件进行了动态腐蚀试验评价,使用平均腐蚀速率评价法对腐蚀性能进行数据分析和评价,建立了多层滤网机械防砂完井筛管腐蚀寿命预测方法。研究结果表明:在CO2分压1.5 MPa、温度160℃及Cl^-质量浓度6400 mg/L的气水腐蚀环境中,筛管不同组件的腐蚀速率有较大差别,基管的腐蚀速率最大,外保护罩次之,两者均为中度腐蚀,挡砂介质腐蚀速率最小,为轻度腐蚀;当CO2分压在0.0~5.0 MPa内增大时,腐蚀速率增长缓慢,当CO2分压超过5.0 MPa后,腐蚀速率随分压增长迅速;虽然挡砂介质腐蚀速度最慢,但由于其较细的金属丝交错结构,导致其寿命最短;CO2分压在1.5~14.5 MPa范围内,筛管总体寿命为5~24 a,平均为10~15 a。研究结果可为高温高压气藏机械防砂完井筛管的寿命预测提供参考。     

金属棉优质筛管适度防砂实验研究及应用

利用优质筛管适度防砂,可改善储层物性,防止防砂层堵塞,提高产能。使用自行研制的出砂模拟实验装置,测定了不同类型筛管在不同防砂精度条件下的流量、压降、油中含砂量（出砂量）等参数,分析了筛管堵塞机理,以及金属棉优质筛管防砂参数对生产压差的影响规律。研究结果表明：生产过程中油井间歇性出砂时,金属棉过滤介质能够在外力作用下发生位移变形,表面形成的低渗砂层也会发生变化,堵塞状态会受到一定程度的破坏;所以抗堵塞能力优于其他类型的优质筛管。相同挡砂精度条件下,金属棉优质筛管的堵塞压力比其他类型优质筛管低70%左右。     

热采井高温条件下机械筛管强度变化规律模拟研究

热采井井下高温条件将对机械筛管的强度产生较大影响,进而影响其挡砂性能。为了对高温条件下筛管的强度进行准确预测,考虑热采井实际生产条件,分析了高温条件下机械筛管材料各项强度参数随温度变化规律。建立了高温条件下机械筛管强度计算方法; 采用渤海某油田典型井热采生产条件,对CMS金属网布筛管进行强度随温度变化的敏感性分析,并与实际强度测试结果对比。结果表明,应用此方法计算筛管的强度,误差小于10%,其计算精度满足工程要求。对4种常用筛管材料进行材料强度和筛管整体强度随温度变化的敏感性分析,结果表明TP100H钢材的强度性能较好。为交变高温条件下的机械筛管的强度预测提供可靠依据。     

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。     

基于渗透率损失规律分析的稠油井割缝筛管割缝宽度优化

新疆油田某油区内出砂稠油热采井普遍采用割缝筛管进行简易防砂,割缝筛管缝宽设计缺乏依据,防砂后油井产能损失严重,亟需开展割缝筛管缝宽设计的相关研究.模拟目标油区稠油、地层水携砂流动与地层砂条件开展割缝筛管挡砂堵塞实验,分析不同缝宽割缝筛管在稠油堵塞以及稠油与地层砂复合堵塞条件下渗透率变化规律与挡砂情况,结合防砂性能指标定...     

油井防砂筛管适应性试验评价方法研究

防砂筛管的种类繁多,选择合适的筛管类型、确定合理的筛管参数是机械防砂工艺设计的关键。提出了针对特定区块或油井进行筛管适应性评价的试验方法和筛管性能评价方法,并给出了试验结果的数学计算方法,建立了一套油井防砂筛管适应性试验评价方法。该方法能够定量反映筛管在特定储层条件下的过流性能、挡砂性能、挡砂粒径、抗堵塞性能和综合性能,为筛管优选和参数优化设计提供了更加准确、直观的指导。实际应用表明,该方法合理可行。