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。     

割缝筛管防腐与防垢技术研究

开采油、气、水资源,要求割缝筛管同时具备防砂、防腐和防垢的性能。介绍了一种具有防砂、防腐和防垢性能的割缝筛管及其加工方法。通过对相同材质、不同加工方法制成的两种割缝筛管试件的室内对比试验,证实了使用高含硼特殊刀具磨削加工的割缝筛管缝隙表面具有很好的防腐和防垢性能。对割缝筛管试件的X光电子能谱分析和扫描电镜观察分析,证实了这种筛管缝隙表面有Fe2B和FeB的存在。分析和阐述了该筛管的防腐和防垢机理、加工方法和设计依据,并根据割缝筛管的结构特点和工况,定义了割缝筛管的防腐、防垢性能与套管（油管）的材质匹配关系等。     

基于气固两相流的割缝筛管冲蚀模拟研究

目前对气井中防砂筛管的冲蚀研究较少,在设计过程中主要采用经验法来选择筛管精度及气井的生产参数。采用计算流体力学(CFD)方法对气井中割缝筛管的单缝的内部流动规律进行分析,并引入 Tulsa大学冲蚀与腐蚀联合研究中心(E/CRC)提出的冲蚀模型,分析不同生产压差下割缝筛管缝隙的冲蚀特征及最大冲蚀量。结果表明:①筛管梯形缝口窄边处的流速最大,且冲蚀速率最大。随着生产压差增大,穿过筛管缝隙进入筛管内环空的粒子数增多。在流速激增的作用下,增大了粒子对筛管缝隙的冲蚀破坏程度; ②割缝筛管的冲蚀量随着生产压差增大而增加,两者呈指数关系; ③筛管的冲蚀区域主要集中于割缝的两端处,随着生产压差的增加,上端的冲蚀剧烈区域逐渐增大,但下端冲蚀的剧烈区域逐渐缩小。在气井的生产过程中合理设定生产压差,对于长效防砂及提高筛管的使用寿命至关重要。     

南海高温高压气藏机械防砂筛管动态腐蚀评价实验研究

机械防砂筛管腐蚀寿命评价及筛管评价优选对于高温高压气藏尤为重要,目前以静态金属挂片腐蚀实验为主要手段的筛管腐蚀评价难以适应气藏的动态生产条件。针对该问题,利用防砂筛管动态腐蚀评价系统,基于南海某高温高压气藏温度、压力和流体条件,对典型的机械防砂筛管的基管、挡砂介质(多层滤网、烧结纤维、绕丝筛板、泡沫金属镍)和外保护罩组件进行了动态腐蚀评价实验。结果表明:典型高温高压气藏条件下,N80钢基管为中度腐蚀,深度腐蚀速率为0. 073 8 mm/a,316L钢多层滤网挡砂介质为轻度腐蚀,深度腐蚀速率为0. 017 4mm/a,304钢外保护罩腐蚀程度介于两者之间,深度腐蚀速率为0. 029 3 mm/a;筛管各组件的质量腐蚀速率随CO_2分压增大而加快,三者的质量腐蚀速率在CO_2分压超过7. 0 MPa后差异更明显;各组件质量腐蚀速率随温度升高先上升后下降,在温度为120～140℃时达到最高质量腐蚀速率;水气比增加会加快腐蚀。多层滤网、绕丝筛板、烧结纤维和泡沫金属镍4种典型的挡砂介质的深度腐蚀速率分别为0. 017 4、0. 030 6、0. 010 5、0. 005 8 mm/a,差异明显。延长筛管腐蚀寿命的主要途径为选择合适的筛管类型和介质类型、优化筛管结构参数、改变外保护罩和基管的材料等。动态腐蚀寿命评价方法为不同油气储层的机械防砂筛管及井下工具的腐蚀评价和寿命预测提供了更加可靠的手段。     

新型复合缝腔割缝筛管的强度计算及失效分析

在评述现有防砂工艺的基础上,研究开发出一种新型复合缝腔割缝防砂筛管。该种防砂筛管具有流阻小、防砂效果好、强度高、使用寿命长等特点。详述了该防砂筛管的结构特点及防砂原理,并利用ANSYS软件,计算了各种工况下的强度值,为建立割缝筛管强度标准提供了依据。结合油田现场使用情况,对重要失效形式--抗挤压失效形式进行了分析、预测,提出了一种判断井下割缝筛管失效的方法,为油田开发减少损失、提高经济效益提供了理论依据。胜利油田现场应用结果表明,该种新型复合割缝筛管进行防砂效果好,渗透能力强,耐腐蚀,且施工方便。     

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量评价完成缝宽优化。研究结果表明,割缝筛管在稠油堵塞和复合堵塞阶段均发生明显的渗透率损失,堵塞平衡后筛管渗透率均降至0.3 μm2以下;提高割缝宽度,筛管在挡砂过程中渗透率增高,渗透率损失幅度和损失速度均呈现降低趋势,但降低缝宽有利于提高筛管挡砂率;对于目标油区中值粒径0.25 mm地层砂,割缝宽度0.30 mm筛管综合防砂性能最好。割缝宽度的优化研究考虑了稠油热采井出砂时间,可为该类油井防砂后产能评价与防砂介质精度优化提供参考和借鉴。     

新型防砂直缝式筛缝管的研究

针对绕丝筛管和割缝筛管在大斜度井和水平井采油防砂中存在的问题,研制了新型防砂直缝式筛缝管。该筛缝管采用三角形不锈钢直丝,用T形环箍支撑,经竖直焊接而成。对该筛缝管的受拉面积、受压面积和表面摩擦力等进行分析及试验,结果表明,筛缝管的受拉面积是绕丝筛管的6倍以上,其抗拉强度也相应是绕丝筛管的6倍以上;筛缝管在下入井筒过程中不会导致防砂失败;筛缝管与基管的综合强度大于基管本身的强度,大大增强筛管使用的安全性;筛缝管的表面摩擦阻力仅为绕丝筛管的19%;抗压变形能力是绕丝筛管的2.35倍;力的传递更加合理,更适用于深井、大斜度井和水平井的采油防砂。     

割缝筛管防砂设计及应用

针对油 (水、气 )井防砂完井优配割缝筛管的需要 ,从理论研究和应用实践中 ,总结出一套割缝筛管的设计方法 ,其中包括割缝筛管的防腐设计 ;割缝筛管的防垢设计 ;基于形成砂桥来控制地层砂的设计原则和基于完全阻止地层砂移动的设计原则来进行割缝筛管的缝宽设计 ;割缝筛管的面密度的设计 (包括裸眼井用割缝筛管 ) ;割缝筛管的缝长设计。最后给出了割缝筛管防砂设计程序框图     

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。     

均匀载荷作用下割缝筛管的应力分析研究

割缝筛管是采油防砂的一种重要的器材,但是研究表明,分布在割缝筛管上的割缝对其应力分布有很大的影响,所以确定不同参数下割缝筛管的应力的变化趋势是合理设计割缝管的重要依据。文章采用有限元法建立割缝 筛管的三维有限元力学模型,以CATIA为软件平台,对钢级为N80的石油割缝筛管进行有限元数值计算分析。结果表明,在缝数、缝长和缝间距一定的情况下,随着缝宽的增加,对应力分布没有明显的影响;在缝长、缝宽和缝间距一定的情况下,随着缝数的增加,应力分布趋于均匀,且逐渐减小;在缝数、缝宽和缝间距一定的情况下,随着缝长的增加,应力由均匀分布趋向应力集中,并逐渐增大。研究结果为合理地选择割缝筛管的设计参数,提高其使用寿命提供了一定的理论依据。
     

割缝筛管防砂技术研究

描述了割缝筛管防砂机理及割缝筛管筛缝宽度的确定方法,研究了割缝筛管与地层充填砂的配伍性。介绍了适用于不同渗流能力的地层的割缝筛管防砂工艺及现场应用情况。割缝筛管防砂技术简单实用,重复利用率高,适用于地层渗透率较高的砂岩油藏、特别是疏松砂岩稠油油藏注汽前一次性防砂,避免了绕丝管结构复杂、大修率高、滤砂管易破损、热采井防砂占井时间长等系列问题。     

割缝防砂筛管抗挤强度有限元计算模型

针对割缝防砂筛管周围或缝内部堵塞，造成井眼压力增加，可能会导致筛管被挤毁的问题，采用有限元方法，通过大型有限元程序，建立了其抗挤强度的有限元计算模型。根据弹塑性理论，对割缝防砂筛管进行分析，得出其抗挤强度。结果与国外的实验数据进行对比，数值模拟结果比实验值略大，但两者相差较小，证明了该模型的正确性。为其他尺寸割缝筛管的抗挤强度设计提供了一种数值计算方法。     

割缝衬管完井适度出砂临界缝宽研究

针对油田严重出砂的危害及现有防砂工艺存在的问题,指出了割缝衬管防砂的优越性及适度出砂割缝衬管缝宽设计的重要性.介绍了割缝筛管防砂的机理,建立了出砂的数学模型、割缝衬管表皮模型及割缝衬管防砂产能模型,基于模型比较了不同防砂程度情况下的增产比,提出了临界缝宽的概念.计算分析表明:采取防砂措施后,随着缝宽减小,产量减小,增产比降低;不同防砂程度相比较,得出了割缝衬管防砂临界缝宽;大于临界缝宽时,采取防砂措施时的产量和增产比比不防砂时高,而小于临界缝宽时,采取防砂措施时的产量和增产比比不防砂时低.     

薄互层稠油油藏二次防砂井工艺及应用

薄互层稠油油藏热采过程中防砂体系易失效,在对失效井扶躺时,需要分析二次防砂后油井产能,同时优化防砂筛管参数以确保油井二次防砂措施的有效性。通过精细描述Cinco-Ley产能模型中机械防砂的表皮系数,使之适用于薄互层油藏二次防砂油井;同时,在应用产能公式的过程中,提出了筛管拟渗透率的概念,以量化描述筛管渗透性。在Moriche油田二次防砂筛管设计中,优选渗透性更好的φ101.6 mm割缝筛管作为防砂筛管;基于杆管强度理论和热应力影响,优化了割缝长度和割缝密度。将二次防砂优化结果运用于Moriche油田的MKT-13井,取得了MTK-13井产能降低幅度小于5%的效果。该研究对薄互层稠油油藏二次防砂井具有重要意义。     

等离子割缝筛管加工技术探讨

为了消除常规割缝筛管的固有缺陷,提高筛管防砂采油效率,研发出等离子技术加工的割缝筛管。等离子割缝技术可以加工0.15 mm宽度的极窄缝,缝腔的表面粗糙度可达1.6μm,加工出的缝隙在筛管的内外表面没有任何缺陷,不会破坏筛管本身的性能,筛管的抗拉强度优于常规激光割缝筛管的抗拉强度。等离子体的在线防腐和淬硬处理,在缝腔表面形成厚度大于12μm的硬化层,可以提高缝隙的抗腐蚀能力。通过改变加工参数,采用等离子割缝技术可以加工梯形缝以及复合缝,防止砂粒在缝隙中堵塞,具有很好的"自洁"能力,提高了采油效率。现场应用结果表明,等离子割缝筛管具有防砂效果好、渗透能力强、耐磨蚀性好和施工方便等优点。     

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。     

复合缝腔割缝防砂筛管的设计与应用

在对现有防砂工艺评述的基础上,研究开发出一种新型复合缝腔割缝防砂筛管。该种防砂筛管采用双梯形复合缝腔及过渡圆弧设计,无尖锐棱角,缝腔容积逐渐增大,使油流通道为逐渐加宽的缝腔,具有流阻小、防砂效果好、强度高、使用寿命长、可重复使用等特点。详述了该防砂筛管的结构特点和流阻分析;利用ANSYS软件对新型筛管的抗挤压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗扭强度进行了分析计算,为筛管的实际应用提供了理论依据。最后给出了复合缝腔割缝筛管在胜利油田的现场应用情况。     

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。     

激光割缝筛管——压裂砾石填充防砂工艺技术

文章描述了激光割缝筛管防砂机理及割缝筛管筛缝宽度、长度的确定方法 ,研究了割缝筛管与地层充填砂的配伍性。激光割缝筛管 -压裂砾石充填防砂技术简单、经济实用 ,避免了绕丝管结构复杂、打捞困难 ,重复利用率高。与此同时 ,由于进行了压裂 ,对辽河油田的超稠油油井的出砂情况 ,应用此项防砂技术后实现了超稠油井稳产、增产。     

可自适应膨胀防砂筛管性能评价试验研究

用自主开发的模拟试验装置对可自适应膨胀防砂筛管进行性能评价试验研究和工艺参数优选。试验研究与分析表明,采用可膨胀防砂筛网、砾石充填膨胀层和内支撑割缝筛管构成的复合防砂体系防砂效果明显;筛管砾石膨胀层充填厚度为25~30 mm时,能够保持较好的渗流性能;膨胀层砾石充填压力为15~20 MPa时,膨胀力恰当,能够有效实现筛套之间的零环空,保持较大的渗透率和流量;膨胀层填充砾石与地层砂中值比为7左右时,易于形成稳定砂桥,防砂效果好。可为油田防砂筛管的设计和现场应用提供参考。