蒸汽吞吐水平井割缝筛管完井参数优化模型

为解决蒸汽吞吐稠油水平井割缝筛管完井理论研究落后于工程应用的问题,综合水平井蒸汽注入阶段、焖井阶段、生产阶段的传热与传质分析,建立了割缝筛管完井参数优化模型,分析了割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数、圆周割缝数、割缝堵塞对水平井产能的影响。结果表明:水平井产能随着割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数的增大而增大,且变化逐步趋于平缓;对割缝筛管完井水平井产能影响大的因素是割缝长度、割缝密度、割缝堵塞厚度;割缝堵塞最大可造成高达65%的产能损失;以"砂桥"原则设计割缝宽度会限制产能,在高油价条件下可以考虑放大割缝宽度适度出砂。     

割缝筛管水平井注蒸汽热力参数分布规律数值模拟研究

为了清楚认识割缝筛管完井水平井注蒸汽过程中热力参数的分布规律,为水平井割缝筛管完井优化提供理论依据,根据质量守恒、动量守恒和能量守恒原理,建立了注蒸汽过程中蒸汽压力、蒸汽温度和蒸汽干度沿水平井筒分布的数学模型,并采用压力增量和干度增量双重迭代方法对其进行求解.以此为基础,通过实例分析了蒸汽热力参数沿水平井筒的分布规律及割缝筛管参数对其分布规律的影响.结果表明:蒸汽通过300 m长的水平井段后,其压力、温度和干度分别下降5.8 kPa、0.035 ℃和0.128;割缝宽度、长度及密度分别由0.2 mm增至0.4 mm、100 m增至140 m、200条/m增至360条/m时,水平段吸汽长度分别缩短90,100和70 m,在水平段吸汽长度范围内,蒸汽压力下降幅度分别减小1.50,1.74和1.38 kPa,蒸汽干度下降幅度分别增加0.03、0.06和0.056.蒸汽压力、蒸汽温度和蒸汽干度沿水平井筒呈二次多项式的非线性下降关系,且增大割缝的宽度、长度和密度,可使蒸汽压力的下降幅度减缓、蒸汽干度的下降幅度增大、水平井段吸汽长度变短.      

水平井割缝筛管完井技术应用

水平井采用割缝筛管完井是开发裂缝性油藏的有效手段,文中对割缝筛管缝隙,过流面积,长度和强度进行分析,通过女MH2井和女MH3井等井应用,针对割缝筛管堵塞问题,提出利用水力剖刷配合酸溶解堵剂解决。在吸收国外完井管柱技术上开发不留塞选择性完井工艺技术,并增加割缝管水力解堵技术,解决了割缝筛管存在的问题。文中还对配套工具等进行介绍。     

连续油管带筛管侧钻多分支井双重环空携岩能力实验

连续油管带筛管喷射侧钻多分支井钻完井一体化技术具有快速、高效、低成本钻完井的特点,可实现一趟管柱同时完成连续油管喷射钻井和割缝筛管完井。为研究该技术所特有的连续油管外套割缝筛管的双重管柱对岩屑运移的影响,实验研究了不同筛管割缝参数和钻井条件下环空内岩屑床高度、岩屑体积分数及携岩率的分布规律。分析结果表明,与单一连续油管环空相比,连续油管带筛管喷射侧钻分支井双重钻柱环空具有过流面积小、环空局部流速高的特点,在较高的机械钻速下仍能保证良好的井眼净化能力,岩屑运移效率可提升56.94%～72.28%;随着排量增大,携岩效果提升最明显;为增强双重管柱的携岩能力,宜选取短缝长、窄缝宽、低缝密和高缝单元中缝数的筛管。     

煤层气井钢质筛管与非金属筛管强度对比实验

为了改变煤层气井钢质割缝筛管完井成本高的现状,探索研制较低强度的非金属完井管材进而实现煤层气井的低成本完井,采用电测法对J55钢质筛管和PVC非金属材质筛管的抗挤和抗弯强度进行测定,并对比分析割缝宽度和割缝密度对两类筛管性能的影响规律。结果表明:钢质筛管的破坏形式主要是刚度/径向失稳破坏,主要表现为整体变形或筛管短轴内壁割缝变宽而外侧割缝变窄并伴有缝端撕裂;而PVC筛管的破坏形式主要是强度破坏;无论对钢质筛管还是PVC材质筛管,增加缝宽和缝密都会降低筛管的抗挤、抗弯强度,但PVC材质筛管的强度随缝宽和缝密的变化不及钢质筛管明显,因而优选非金属新材料制作筛管时,可以适当增加缝密和缝宽,以提高筛管过流面积。     

热采井砾石充填防砂筛管外挤受力分析及应用

筛管外挤力研究分析是筛管砾石充填防砂热采井筛管强度校核和入井防砂管柱设计优化的基础。国内外对筛管外挤力的研究较少,尚缺乏相应的解析计算方法。温度膨胀效应和接触应力约束作用是热采防砂井筛管-砾石层界面变形的制约因素。文中首先建立了温度效应造成的砾石层-地层系统内径变化计算模型和筛管外径变形模型,然后借助Lame方程求解得到筛管-砾石层界面位移与外挤力之间的关系曲线。综合考虑温度膨胀效应和接触应力约束作用,提出了热采井筛管外挤力计算的筛管-砾石层-地层耦合模型,并采用图版法求解筛管外挤力。实际计算表明,当井底温度达到350℃时（井底升温300℃）,温度效应造成筛管-砾石层界面位移为1.855 mm,该位移条件下的筛管外挤力为17.78 MPa。该成果可为热采防砂井筛管强度校核及砾石充填施工提供依据。     

胜利油田完井筛管现状及研究展望

水平井完井方式的选择直接影响水平井产能和效益的发挥,筛管完井由于成本低、污染小、产量高逐渐成为水平井的主要完井方式。胜利油田近年来水平井筛管完井的比例不断增大,大幅提高了水平井完井水平;但目前常用的筛管存在强度低、易损坏、寿命短、不能控流等许多问题,严重制约了水平井优势的发挥;未来胜利油田水平井完井筛管将向长寿命、多样化、智能化方向发展,以促进胜利油田水平井技术的不断进步。     

超短半径水平井液压驱动非金属完井筛管下入长度计算

针对超短半径水平井完井筛管下入过程中摩阻限制了完井筛管下入长度的问题,提出了超短半径水平井液压驱动完井管柱下入技术,设计了由内到外依次为导向管、液压驱动管、非金属完井筛管的完井管柱结构,完成了配套工具设计,建立了管柱力学-液压耦合模型。基于某深层煤层气超短半径水平井井身结构数据,应用管柱力学-液压耦合模型进行了数值计算,结果表明相同条件下液压驱动完井管柱下入长度为常规技术完井管柱下入长度的17倍。对数值计算结果进行了多因素正交分析,结果表明完井管柱结构和非金属复合连续筛管与井筒间摩擦系数是对液压驱动完井管柱下入长度影响最大的两个因素。优选了两种适用于不同条件的超短半径水平井液压驱动完井管柱结构,最大下入长度分别为381,655 m。研究结果可为超短半径水平井液压驱动非金属复合连续筛管完井技术提供理论支持。     

筛管完井高能气体压裂模拟实验研究

筛管完井高能气体压裂技术是筛管完井油气储层增产的重要手段,进行筛管完井高能气体压裂模拟实验对于探究其增产机理、压裂前后筛管防砂性能变化规律和优化施工工艺具有重要意义。本文充分考虑筛管完井高能气体冲击破岩过程中的瞬态性和复杂性,利用施加围压的水泥靶来模拟筛管完井固体火药高能气体压裂过程,探究裂缝形态及整个压裂过程对筛管防砂性能的影响。研究结果表明:筛管完井固体火药高能气体压裂技术可在地层中产生2~4条经向裂缝;压裂后筛管防砂性能略有下降,旧筛管与新筛管防砂性能相比显著下降,但对后续生产无影响;裂缝条数和筛管防砂性能下降程度与峰值压力和升压速率有关,峰值压力越大,裂缝条数越多。该研究成果对于筛管完井高能气体压裂现场施工具有一定的指导意义。     

过筛管爆燃压裂技术

针对海上油田筛管完井的油井常规酸化压裂措施受平台空间局限的问题,研发了过筛管爆燃压裂工艺。运用火药参数优化分析方法,研发了径向燃速为3.57 mm/s(环境压力为6.0 MPa),火药力为669 kJ/kg,耐温可达178 ℃(48 h)的HY-1推进剂火药;利用筛管孔眼压降和压挡液柱井斜模型,编制了高精度筛管完井爆燃压裂模拟软件;进行了地面打靶实验和井下打靶试验,结果显示,火药安全用量不大于3.2 kg/m,且井下峰值压力小于46.8 MPa与地层压力之和时,可达到既能压开储层又不破坏筛管的效果,2口试验井分别取得2.7倍和3.0倍增油的显著效果。过筛管爆燃压裂技术可为海上油田筛管完井的油井的增产增效提供新的技术方向。     

蒸汽吞吐水平井精密微孔滤砂管完井参数设计

精密微孔滤砂管在蒸汽吞吐水平井中得到了广泛应用,但对其理论模型研究很少。耦合水平井蒸汽注入阶段、焖井阶段、生产阶段的传热与传质模型,建立了稠油蒸汽吞吐水平井精密微孔滤砂管完井参数设计模型。研究了筛管外径、筛孔直径、筛孔密度、圆周筛孔数对水平井IPR曲线的影响和吞吐周期内井筒压降的变化规律。研究结果表明,水平井产能随着筛管外径、筛孔直径、筛孔密度的增大而增大,且变化趋于平缓;筛孔密度、圆周筛孔数对水平井产能影响较大;随着温度降低,井筒压降对筛管外径敏感性增强。与现场水平井生产效果对比表明,该模型具有较高精度,为蒸汽吞吐水平井精密微孔滤砂管完井设计与效果预测提供了分析模型。     

林4平2井完井工艺

林4平2井是华北油田第1口利用割缝筛管带套管外封隔器完井的水平井,该井实钻井眼轨迹在水平段内呈波浪状,且钻遇多处泥岩层段。针对林4平2井的地质特点及实钻井眼轨迹,优选出0.3 mm缝宽、80 mm缝长、30 mm缝间距、40缝/圈缝密度的轴向割缝筛管。为解除钻井滤饼对地层油流通道及割缝筛管的堵塞,避免泥岩段垮塌,设计出封隔二段非主力层段的割缝筛管带套管外封隔器的完井管柱和与之相配套的酸洗、胀封一次管柱。该井投产后,日产油最高达到42 t,为周围同等生产阶段直井的7倍。林4平2井的顺利实施,为今后割缝筛管完井在华北砂岩油藏水平井中的进一步推广应用提供了经验。     

水平井割缝筛管下入强度研究

针对水平井完井中割缝筛管下入过程中的强度问题,建立了割缝筛管强度计算模型。采用模拟试验和有限元分析2种方法对水平井割缝筛管的强度进行研究,并进行了对比分析,结果表明,在割缝筛管弯曲段割缝尖端处的轴向应力较大,使缝张开的应力和剪应力均较小;对于宽度为0.5mm,缝长80mm,每周30条缝,缝间距20mm的割缝筛管最大Mises等效应力为252.88MPa,小于其材料的屈服强度,因此该割缝筛管强度满足实际应用要求。提出的研究方法为割缝筛管研究提供了新的思路,可用于割缝筛管强度分析、可靠性评估和割缝筛管优化设计。     

大直径埋地管道应力应变有限元分析与计算

利用通用分析软件ABAQUS,应用“生死单元” 技术,模拟了基坑开挖、填埋过程对Φ1 620 mm×20 mm大直径埋地管线应力应变的影响。通过对不同埋深管体应力应变的有限元分析,得出施加内压2.5 MPa,埋深8 m时,管体受到的等效应力最大（130 MPa）,未超过材料的屈服强度,管体并未发生塑性变形,管体横向最大位移为2.47 mm。通过理论计算校核,埋深8 m时,管体水平方面最大变形量为12.5 mm,远小于标准规定的48.6 mm,管体径向稳定性可靠。     

金属网布型筛管抗内外压能力研究与探讨

筛管的抗内外压强度是评判筛管使用性能的一项重要参数，在筛管的使用过程中，会产生来自内部或外部的压力，如果筛管防砂层承受不住压力而破裂，地层砂将通过破裂处进入油管，即防砂失败。目前油气田砾石充填防砂多使用金属网布型筛管和绕丝筛管。针对深水油气田砾石充填及大位移长水平井段砾石充填容易产生砂桥及堵塞的问题设计了多流道旁通筛管。在深水水平井多流道旁通筛管的研制过程中，由于采用金属网布作为过滤层，因此对金属网布型筛管的抗内外压强度进行了多次试验研究，对不同防砂层结构和加工工艺的筛管进行了多次试验，最终得到了一套符合内外压强度要求的金属网布型筛管结构和加工工艺。     

页岩气水平井固井水泥环状态对套管力学完整性的影响

大位移页岩气井的井眼轨迹复杂,且压裂开发过程中经常出现由于水泥环缺陷引发的套变损伤问题。针对页岩气井压裂过程中高泵压大排量的特点,采用有限元分析方法,通过优化模型网格划分,建立了适用于页岩气井复杂井眼轨迹下套管力学完整性计算的套管-水泥环-地层组合体模型,讨论了水泥环缺失角度、缺失厚度、缺失长度及复合缺陷对造斜段及水平段局部屈曲部分套管力学完整性的影响。结果表明,套管的周向应力随水泥环弹性模量的增大而减小,受泊松比影响较小。水泥环角度缺失会使套管出现应力集中现象,当缺失角度超过90°,应力集中现象得到减缓。随着水泥环缺失厚度的增加,套管所受应力增大。无论是造斜段还是水平段,不同缺失角度下,水泥环厚度、套管尺寸及泵压对套管应力的影响类似,趋势均为随着缺失角度的增加,套管应力先增大后减小。水泥环缺失的临界部位会产生应力突变,该位置也是最容易发生套损的部位。同一缺失厚度下,套管应力最大值随着缺失角度的增加而先增加后减小;同一缺失角度下,套管应力最大值随着缺失厚度的增加而增加。随着缺失角度的增加,水泥环缺失部位对应套管沿管长方向的等效应力先增加后减小。水泥环越厚,套管等效应力越小。在相同厚度下,水泥环剩余厚度越薄,套管等效应力越大,全部缺失时应力水平最大。     

筛网式滤砂管挡砂效果室内试验

为了提高筛网式滤砂管防砂效果,研究如何优选挡砂层(密纹网)提高防砂效果。采用多点测压岩心流动出砂试验装置,系统研究了筛网式滤砂管挡砂层(密纹网)层数、排列角度、放置顺序以及地层砂非均质性、细粉砂(粒径小于0.05 mm)质量分数等对挡砂精度和防砂效果的影响。研究结果表明,均质性地层砂密纹网挡砂精度ω≤0.8d50、非均质性地层砂密纹网的挡砂精度ω≤0.65d50时,采出液中的含砂量小于0.03%。通过对影响筛网式滤砂管挡砂精度的技术参数评价与优化,为提高疏松砂岩油藏筛网式滤砂管的防砂效果提供了理论依据。      

双金属复合管液压成型的有限元模拟及残余接触压力计算

应用有限元通用软件ABAQUS,对双金属复合管塑性成型过程中的力学行为进行弹塑性分析,建立了不同材料复合管胀管压力与残余接触压力之间的对应关系。通过有限元模拟,得出不同材料在间隙消除阶段的最小成型胀管压力,外管弹性极限胀管压力及接触压力、外管刚发生屈服时的胀管压力和接触压力以及外管完全发生塑性变形的极限胀管压力和接触压力,卸载后的残余接触压力。结果表明,当外管材料为X65C时,内外管卸载后残余接触压力为0,当外管材料为L360QS时,卸载后内外管残余接触压力为3.495 MPa,并且胀管压力处于弹性极限胀管压力49.78 MPa和塑性极限胀管压力54.6 MPa时,外管将出现塑性变形,在胀接时,必须控制胀管压力小于塑性极限胀管压力,否则,外管将出现塑性流动,这是不允许的。     

水平井变密度筛管配合盲管控流完井参数优化

为更好地达到底水油藏向水平井均衡供液效果,针对变密度筛管配合盲管控流完井技术,讨论了配套的控流参数优化方法,建立了描述控流过程的耦合模型,采用微元段法求解,考虑了控流完井管柱对耦合流动的各种影响,定量给出计算方案。实例计算表明,变密度筛管配合盲管控流完井技术对油井生产压差剖面调节幅度达到80%以上,流率分布剖面呈现出类似无限导流井筒水平井的特征,说明调节效果较好。变密度筛管节流作用使得水平井平均净生产压差降低,在实际情况允许的条件下可提高总生产压差保持产量。