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。     

垂直井筒携砂规律研究

借助砂粒在水和煤油中的静态沉降实验 ,优选出实际油井出砂自由沉降末速的预测公式 ,并计算得到了砂粒的不规则形状校正系数 ,通过流动携砂实验获得了砂粒在流动液体中的沉降规律。由于受管道内流体速度场的影响 ,砂粒的实际沉降速度并非自由沉降末速与流体平均流速的矢量和 ,而是与平均流速和砂粒自由沉降末速之间有一个线性的统计关系式。该研究最终确定出砂粒在井筒中表现为沉降、悬浮及上升运动的临界条件 ,此临界条件可作为有效实施井筒防砂工艺的理论依据。     

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.     

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。     

考虑流固耦合效应的储层砂岩力学响应分析

用柱坐标系下的三维颗粒流数值方法研究储层砂岩的力学响应。通过实际颗粒级配的数值模拟与室内三轴试验对比,确定砂岩颗粒的细观力学参数,建立基于流固耦合效应的射孔试验模型。结果表明:砂岩的宏观应力反映了油藏流速对砂岩应力的增幅,但均未超过储层砂岩的峰值强度,最大塑性区约为12.9 mm,显示局部化的砂岩破坏过程;胶结应力的变化表明流速大于3 m/s时,增幅明显的剪应力加速了砂岩的剪切破坏,且颗粒平动和转动加剧,说明砂岩的胶结破坏严重,离散颗粒数呈量级增大,塑性区扩大明显。考虑流固耦合效应的三维数值方法能有效反映油井出砂的力学特性,当油藏流动对砂岩起控制作用时,出砂几率显著提高。     

垂直井筒携砂规律研究

借助砂粒在水和煤油中的静态沉降实验,优选出实际油井出砂自由沉降末速的预测公式。并计算得到了砂粒的不规则形状校正系数,通过流动携砂实验获得了砂粒在流动液体中的沉降规律。由于受管道内流速度场的影响。砂粒的实际沉降速度并非自由沉速与流体平均流速的矢量和,而是与平均流速和砂粒自由沉降末速一个线性的统计关系式。该研究最终确定出砂粒在井筒中表现为沉降、悬浮及上升运动的临界条件,此临界条件可作为有铲实施井筒防砂     

烧结矿余热回收竖罐内气体流态的实验研究

采用对Ergun型方程无量纲化的方法对气体通过烧结矿床层的流态进行了研究,考察气体表观流速、烧结矿颗粒直径和床层空隙率对床层内气体压力降的影响,进而探讨床层内临界颗粒雷诺数随颗粒直径的变化规律.研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大.当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径和空隙率的增大呈指数关系衰减.床层内临界颗粒雷诺数随床层几何因子的增大呈指数关系减小,且临界颗粒雷诺数实验预测公式的平均计算误差在5%以内,显示了良好的预测性能.     

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%.     

出砂量对射孔套管力学性能的分析计算

油井生产中地层出砂会严重影响射孔套管的力学性能,造成套管损坏。建立射孔套管在出砂层段的三维力学有限元模型,应用Ansys有限元软件分析该出砂层段射孔套管力学性能。研究认为,在出砂地层射孔套管力学性能变化较大,表现为射孔处套管的抗挤强度减小,套管最大应力在射孔处产生。均匀载荷下,套管应力与地层中出砂高度成抛物线关系,生产中应减小或增加出砂量达到远离出砂高度临界值,以减小套管应力。非均匀载荷下,随着出砂量增加,产生的空洞高度增加,套管的应力逐渐减小。因此,在非均匀载荷下,应提高出砂量以增加空洞高度,达到提高套管的抗挤强度,延长套管使用期限。     

油层出砂预测模型研究

分析了裸眼完成井和射孔完成井的油层出砂机理 ,以线弹性理论为基础 ,同时考虑垂直井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响 ,建立了一种新的射孔完井临界出砂模型 ,并编制了出砂预测系统的设计软件。在辽河油田现场应用的实例表明 ,该模型的预测结果与现场工程实践中已有的油井出砂经验预测模型相吻合。     

研山铁矿露天爆破振动监测及分析

研山铁矿东帮边坡局部围岩风化比较严重,存在顺层层理面和垂直裂隙,在生产爆破等不利因素作用下有明显滑坡失稳可能。为了确保边坡的安全,需要进行爆破振动监测并提出相应的控制措施。通过对监测数据进行分析回归,得到爆破质点峰值振动速度及振动主振频率公式。结合东帮岩体力学性质,采用应力波理论确定东帮边坡临界质点振动速度为17.2 cm/s,安全允许振动速度为5 cm/s;同时给出了安全允许距离与最大同段药量之间的关系,为矿山生产爆破设计提供参考。     

松软地层套管损坏机理分析

为了防止和减少松软地层套管损坏，采用分析计算方法，建立了松软出砂地层中套管的三维有限元力学模型，分析了出砂段高度、套管内压、以及垂向地应力对套管受力的影响。分析结果表明，出砂段的存在大大增加了套管损坏的危险性：出砂套管损坏危险程度与出砂段高度为二次曲线关系；最大当量应力与内压的关系基本上为双段线性。应使出砂段高度避免接近临界出砂段高度；并尽量使套管内压力接近临界内压。同时根据普氏砂拱效应建立了出砂量和套管最大应力之间的关系，为有效预测松软地层套管的损坏幅供了可行依椐．     

垂直井砾石充填防砂最小排量的确定方法

将水平管中清水及低粘液体携砂时的临界流速公式用于计算垂直井砾石充填防砂的最小排量 ,研究了垂直井低粘液体及清水携砂液临界流速计算公式的特点及应用条件 ,分析了射孔孔眼临界流速及防砂井最小排量的影响因素 ,并利用现场数据计算了防砂井最小排量。结果表明 ,射孔孔眼直径及携砂比增加时 ,临界流速增加 ;射孔密度、射开厚度、孔眼直径及临界流速增加时 ,砾石充填最小排量也增加。提出的临界流速计算方法可用于现场施工排量的设计 ,携砂液初始排量接近或高于临界排量是保证防砂成功并获得较长有效期的根本条件。     

一种基于声发射检测油砂两相流流量的方法

 疏松砂岩油藏开发过程中出砂问题日益突出,为降低油井出砂管理难度,常采用适度出砂技术以保证油气井效益的最大化,因此,发展油砂两相流检测技术对及时、有效预测和控制油气井出砂具有重要意义。本文提出一种基于声发射技术检测油砂两相流流量的方法,该方法利用超声波测量油相流量,采用声发射传感器检测砂粒在油流中的声发射信号,设计构建了油砂两相流声发射检测实验装置,通过专门编写的采集软件对特征信号进行分析处理。结果表明,保持其他条件不变,声发射功率随砂粒质量、油流速度增加而增大,随粒径增大而减小。建立了声发射功率与砂粒质量、粒度和油流速度三者之间的关系模型,进而获取砂相的流量信息。     

河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证

在河床泥沙起动的瞬间,颗粒与水相互作用,具有相同的速度。所以在研究泥沙起动流速的时候既要考虑水体对河床泥沙的影响,又要考虑河床泥沙对水体的影响。通过探寻河床有效切应力与水体流速梯度的关系;并考虑河床泥沙内部渗流作用对泥沙起动流速的影响推导出新的均匀泥沙起动流速公式。将此公式与实验资料及前人推导公式进行对比,结果表明本公式的计算精度符合工程应用标准,能弥补采用经典流速分布公式研究泥沙起动流速时的不足;并能较好地应用于组成成分为粗粉土、沙与砾石的泥沙研究中。