温度对金属网布筛管过滤精度影响研究

随着海上油田的开发,常规油藏逐渐进入中后期开发,而渤海油田的稠油储量占比很大,对于后续勘探开发提出了更高的要求。在常规防砂设计时,对于防砂精度的设计未考虑温度的影响,但在稠油热采的过程中,由于温度较高则应考虑其对筛管过滤精度的影响,防止造成堵塞、冲蚀及防砂失效的情况发生。本文在已有的金属网布的过滤精度计算公式的基础上,推导出了金属网布筛管受热膨胀后的过滤精度理论计算模型,并在不同温度下对过滤精度进行了实际测量计算,此外通过多元热流体实验得到实际应用的情况。通过推导的过滤精度理论计算模型能够计算出25~300℃温度范围内的金属网布筛管的过滤精度值;通过对金属网布筛管过滤网样片在不同温度下进行测量,实际过滤精度值与理论计算值较吻合;多元热流体实验后的筛管过滤精度,与理论计算值与实验检测值均有较大的降低;通过温度对金属网布筛管过滤精度的影响研究,对于渤海油田稠油开采具有重要的指导意义。     

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。     

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。      

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。     

稠油井防砂工艺综述

稠油油藏大多具有渗透性好、胶结性差和原油粘度高的特点，在开采过程中出砂严重，必须采取有效的防砂措施。目前各大油田稠油井的防砂主要基于固砂和挡砂两种机理，主要防砂方法有机械方法、化学防砂以及复合防砂。机械方法主要有滤砂管防砂和绕丝筛管砾石高压挤压充填，化学防砂主要有高温水泥石防砂和高温复膜砂防砂．复合防砂除了管内砾石充填微裂缝防砂和复膜砂热采绕丝管复合防砂外，还有压裂充填和复合射孔防砂。有限防砂、携砂采油是稠油井防砂工艺的发展方向。     

热采筛管防砂模拟实验装置的研制与应用

为了解决稠油热采井在开采过程中容易出砂、防砂难度大等问题,在综合考虑油田储层砂粒度特性、流体黏度特性及现场油井生产压力和温度等因素的基础上,研制了一套热采筛管防砂模拟实验装置。该装置可针对机械防砂方式的技术特点,进行全尺寸室内模拟实验,通过测试分析防砂筛管性能优缺点,为防砂方式优选及防砂参数优化设计提供依据。根据稠油油田的实际特点,进行了针对性的室内模拟实验,实验结果为稠油热采井提供了合理的完井方式及防砂参数,现场应用也取得了良好的效果。     

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。     

声化破乳离心分离处理废弃油基钻井液实验研究

多元热流体热采技术是一种先进的多效热采技术,但多元热流体环境对井下系统腐蚀比其它稠油开采技术更为严重。针对注多元热流体井中筛管的腐蚀问题,选取构成金属棉筛管和复合筛管的TP100、3Cr、N80、316L金属网和434金属棉5种材料,模拟现场注热条件和生产条件,开展了腐蚀试验,进行了腐蚀速率预测,提出了多元热流体井的筛管选材和筛管防腐的建议。     

多元热流体热采井筛管腐蚀试验及分析

多元热流体热采技术是一种先进的多效热采技术,但多元热流体环境对井下系统腐蚀比其它稠油开采技术更为严重。针对注多元热流体井中筛管的腐蚀问题,选取构成金属棉筛管和复合筛管的TP100、3Cr、N80、316L金属网和434金属棉5种材料,模拟现场注热条件和生产条件,开展了腐蚀试验,进行了腐蚀速率预测,提出了多元热流体井的筛管选材和筛管防腐的建议。      

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。     

新型陶瓷筛管在克深气藏出砂气井中的适用性分析

克深气藏储层埋藏深、高温、高压、高含CO₂腐蚀气体,气井井下高产和高冲蚀,在气井出砂后使用常规金属筛管难以满足其防砂需求。通过对国外相似出砂油气井防砂案例分析,优选出新型陶瓷筛管并针对克深气藏气井井下CO₂腐蚀、酸液腐蚀、出砂冲蚀进行了适用性及下入可行性分析,结果表明:新型陶瓷筛管能够满足克深区块高温、高含CO₂、强酸腐蚀环境及高速携砂流体冲蚀下的防砂要求;现有陶瓷筛缝尺寸能够满足克深气藏砂岩储层挡砂精度要求;陶瓷筛管整体结构简单,下入后完井表皮因数低,能满足克深区块对于增产改造的要求;陶瓷筛管的机械强度能够承受克深井下围压,且具有良好的抗曲性能,可满足超深气井的下入可行性要求。研究认为,该新型陶瓷筛管在抗高冲蚀、抗高温、抗腐蚀和低完井表皮因数方面具有优势,其在克深气藏防砂完井中应用前景广阔。     

新型陶瓷筛管介绍及其国内应用前景分析

目前国内高温高压含酸性腐蚀气体油气井出砂后,由于其高腐蚀、高冲蚀的环境使防砂面临严苛挑战,诸多带有金属筛管的防砂工艺难以长时间保证防砂有效性,并且修井费用非常高昂。针对此类油气井的出砂问题,国外3M公司开发了一种新型陶瓷防砂筛管,经实验测试和国外现场应用分析,该筛管有诸多优势:烧结陶瓷材料的硬度是钢的十余倍,试样在高温高CO_2分压中经长时间、高强度的冲蚀下几乎无损,证明陶瓷筛管具有优异的抗高冲蚀性能;陶瓷筛管在高温强酸溶液环境下的耐腐蚀测试中受腐蚀程度极小,拥有极强的耐腐蚀性能;陶瓷筛管防砂精度灵活可调、防砂效果好并且可以防止砂粒堵塞筛管,有利于气体流入且流入压降非常小;陶瓷筛管整体机械强度大,屈曲性能好,具有很好的可下入适应性,适用于各种主流井型。因此,新型陶瓷筛管凭借其优异的性能在国内油气田防砂领域具有广泛的应用前景。     

海上稠油热采井防砂筛管热应力分析

为了研究稠油热采井防砂筛管的热稳定性,建立了筛管热应力分析模型,对不同工况下不同钢级的筛管基管进行研究。建模时为获得较高的网格密度,且在划分网格时不引起网格畸变,只取筛管基管的一部分进行模拟,忽略多元热流体化学因素的影响,采用8节点线性减缩积分应力单元C3D8R。结果认为,筛管弹性模量、膨胀系数与屈服强度受温度影响变化显著,对筛管热应力分析有明显的影响;热应力补偿器的配备可显著缓解防砂管柱热应力,提高其热稳定性。     

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。     

稠油热采水平井化学防砂技术研究与现场试验

由于筛管完井稠油热采水平井二次出砂问题尚不能有效地解决,为此开展了稠油热采水平井化学防砂技术研究。通过室内实验及水平井现场试验,成功研制出一种适用于稠油热采水平井的树脂防砂剂。现场试验结果表明,该防砂剂可有效治理稠油热采水平井筛管失效后的二次出砂问题。     

海上稠油热采水平井配套技术的研究与实践

稠油热采一直是困扰渤海油田开发的一大难题,为了更好的开发稠油油藏、提高产量,首次开展稠油油藏水平井热采钻完井配套工艺研究。在对埕北稠油油田油藏地质概况分析的基础上,为满足油田热采需要,采用特制套管及高低密度两段式水泥浆固井、梯级筛管加砾石充填防砂完井,实行双重防护井筒安全生产保障。钻完井配套技术及所选择入井的各种器材均满足热采开发要求,现场应用效果良好。埕北稠油油田水平井热采的成功,将为渤海油田进一步大力开发稠油提供技术指导。     

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。     

多元热流体注采轮次对筛管挡砂性能影响研究

对全结构金属网布筛管进行CO2-O2共存环境下1～5轮次多元热流体注采模拟实验以及2MPa、4MPa压差下的挡砂性能测试,结果显示:随注采轮次增加,流量、滤出砂量及过滤精度计算值降低;随压差增大,滤出砂量减小,滤出砂粒度中值降低,表明筛管仍具有良好挡砂性能。     

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。     

稠油热采测试井口防喷系统隔热降温装置研制

海上油田稠油热采的开发,需要录取井下数据资料,对油藏提供井下动态数据的支持。由于钢丝试井防喷系统无法承受热采开发过程中产生的高温蒸汽和热流体,不能在热采井中应用。研制了一种稠油热采测试井口防喷系统隔热降温装置,形成了一套完善的海上油田热采测试工艺技术,解决了海上油田高温热采井井下资料录取的难题。可对油藏注热方案的制定及热采开发提供技术指导。