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。     

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。     

海上油田氮气泡沫注入系统的研制与应用

为了将泡沫流体应用于海上油田,研制和开发了由制氮机组、泡沫发生器和自动控制系统组成的适应于海上油田的氮气泡沫注入系统。为了确定泡沫冲砂洗井的工艺参数,建立了泡沫流体在井筒内流动时的数学模型,采用恒定环空回压的迭代方法进行了求解,并编制了相应的计算软件。以氮气泡沫流体作为入井液,将开发的氮气泡沫注入系统应用于埕岛油田。应用结果表明,海水泡沫发生器具有结构简单、耐高压、耐腐蚀、能够连续制备泡沫等优点,可用于各种复杂条件下的施工作业;氮气泡沫流体能够有效降低漏失量,减少污染,提高油井作业效果和油田开发的经济效益。     

水平井泡沫携砾石充填数值模拟

在进行疏松砂岩水平井砾石充填完井过程中,以往均采用牛顿流体作为携砂液。泡沫流体作为非牛顿流体,比牛顿流体具有更好的携带性能,并且具有低滤失性。针对水平井砾石充填作业发生提前堵塞和携砂液进入地层问题,借鉴水平管流的固液两相流动机制,建立水平井泡沫携砾石充填两层数学模型,并且对泡沫在水平井中流动的摩阻系数进行讨论。对偏心率、砾石直径、砾石密度及泡沫干度对砾石充填效果的影响进行计算分析,并以充填效率、砂床高度及综合评价指标表征充填效果。结果表明:随偏心率增大,充填评价指标趋于增加,但增加的幅度较小;随砾石直径、砾石密度及泡沫干度的增加,充填指标趋于降低;泡沫作为携砂液进行砾石充填比牛顿流体具有更好的充填效果。     

双螺旋管柱提高水平井井筒携砂能力机理研究

为解决目前水平井多级分簇喷砂射孔体积压裂井筒内携砂流体砂粒沉积、上下游喷射器砂浓度不均匀等问题,设计了双螺旋水力喷射压裂管柱,采用可视化实验方法进行了室内携砂流动评价实验。根据牛顿第二定律建立了水平井井筒双螺旋管柱和等直管内携砂流体中支撑剂砂粒运动的动力学方程,得出了双螺旋管柱和等直管内砂粒的运动速度计算模型,对比分析了施工参数及管柱结构对两种管柱内携砂流体中砂粒运动规律的影响。室内实验与应用结果表明:双螺旋管柱在水平井筒内可以显著改善携砂流体中砂粒的悬浮性,有效提高水平井筒内携砂流体的携砂能力;双螺旋管柱内携砂流体中砂粒的运动规律符合变加速度运动方程,等直管内携砂流体中砂粒的运动规律满足恒定加速度运动方程;两种管柱内砂粒的水平加速度随携砂流体密度呈二次多项式下降,随携砂流体流速呈线性增加,随螺旋极角呈线性增加,随管柱内径呈线性增加。研究结果为提高管柱内流体携砂能力、揭示携砂流体中砂粒运动规律、均衡多级分簇水力喷射压裂效果提供了理论依据。     

气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

“泡沫冲砂技术研究”通过鉴定

由石油大学 (华东 )博士生导师李兆敏教授主持完成的“泡沫冲砂技术研究”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成果达到国际先进水平。科研人员针对弱胶结砂岩高含水及油田现场存在低压漏失井作业施工中作业液漏失、污染油气层的实际问题 ,根据非牛顿流体流变模式理论、多相流理论 ,在国内首次系统地研究了泡沫流体体系在油管和环空的流动特性 ,得出了固体砂粒在泡沫流体中的悬浮规律 ;通过泡沫流体性能的室内评价实验和泡沫流体的流变模式的研究 ,建立了泡沫流体流动的数学模型 ;在理论研究和室内评价实验…     

垂直裂缝内液体二氧化碳携砂规律研究

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明：液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。     

垂直裂缝内液体二氧化碳携砂性能的数值模拟

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明:液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。