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。     

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。     

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。     

水源井防砂复合筛管的冲蚀磨损试验研究

筛管是井下防砂关键器材,对防砂质量、成本和油井产量等都有很大影响,一旦筛管失效将导致水源井出砂停产,使整个防砂作业失败。为了减轻筛管的冲蚀损害,研究了各个因素对金属网布筛管和星孔筛管冲蚀损害的影响规律。结合海上油田生产实际和各种影响因素,研制了冲蚀磨损试验装置。针对2种类型的筛管,模拟了含砂粒径、流速、含砂质量分数和地层水矿化度等因素对其冲蚀的影响程度,并利用灰色关联度的方法对各个影响因素进行了排序和分析。研究结果表明:随着流体流速、粒径和含砂质量分数增加,筛管冲蚀速率增加,地层水矿化度对筛管冲蚀的影响较小;金属网布筛管的冲蚀损害因素的关联度排序为受效面积砂粒粒径含砂质量分数流速;而星孔筛管的关联度排序为受效面积含砂质量分数砂粒粒径流速。2种筛管的主要冲蚀因素都是受效面积,筛管的局部堵塞是造成筛管冲蚀损害的关键因素;金属网布筛管不适用于地层砂粒较粗的井;星孔筛管更适合应用于水源井这样产量较高的井。研究结果对水源井筛管的结构设计和选型具有一定的指导作用。     

热采水平井复合筛管热应力及变形规律分析

目前对于筛管热稳定性的研究主要是将筛管简化为单层油管或基管进行热稳定性及应力分析,未考虑筛管本身复杂的机械结构。针对目前广泛使用的基管-挡砂层-外保护罩复合防砂筛管,考虑各介质材料强度参数随温度的变化,建立了基管与外保护罩的变形耦合模型,采用机械筛管防砂水平井在不同热采工况下的筛管热应力分布和热变形量计算方法,分析了恶劣工况下的筛管破坏特征。案例分析结果表明,未锚定状态下筛管受热振动的主要影响因素是温度效应造成的轴向伸缩量,井底温度为350℃时,筛管轴向膨胀率达0.66%。锚定条件下当井底温度达到305℃时筛管基管发生屈服,筛管的破坏特征强度值为563.1 MPa。研究成果对热采机械筛管防砂水平井管柱设计有一定的指导意义。     

国外稠油热采井防砂技术

稠油油藏一般胶结疏松，开采容易出砂；而在进行注蒸汽热采作业时，高温蒸汽及热水常使粘土矿物破坏，使稠油采采井的出砂问题中严重。本文了稠油热采井的出砂原因并同了国外常用的防砂方法 。     

稠油水平井金属纤维筛管完井工艺技术研究

稠油水平开金属纤维筛管完井是一种新的完井方法,经过化学配伍性与机械配伍性的研究,形成了稠油水平开金属纤维筛管完井的配套工艺技术。该技术具有施工工艺简单、操作方便、耐高温、防砂效果好、强度高、寿命长、渗透率大等特点,已在2口水平井中实施。     

海上油气井防砂筛管冲蚀规律和失效预测研究

防砂筛管冲蚀失效直接影响到海上油气井能否安全高效生产,实时掌控筛管冲蚀程度,预测筛管使用寿命是海上油气井生产安全的重要保障。通过设计管流式冲蚀实验装置,开展了筛网过流单元冲蚀实验,并基于冲蚀经典理论模型,拟合建立了筛管冲蚀速率模型;依据编织型过滤金属网布筛管结构特征,构建了完整结构的筛管外护罩、多层过滤筛网和打孔基管物理模型,应用计算流体力学流固耦合模拟器,研究网布式筛管冲蚀规律,预测生产工况下筛管冲蚀寿命,并进行了实例分析。研究结果表明,筛管冲蚀速率随含砂流体流速呈幂函数关系,随含砂浓度先线性增大后趋于平缓,随含砂粒径增大先增加后降低并趋于纯流体冲蚀速率。本文揭示的筛管冲蚀规律和建立的预测模型可为海上油气田防砂设计和安全生产提供理论依据。     

稠油热采井套管保护技术研究

针对蒸汽吞吐时发生汽窜、地层出砂及水泥环破裂掏空的情况，利用ANYSIS有限元分析的数值模拟，对井筒热应力和热膨胀进行了分析。注蒸汽井间发生汽窜时，易诱发地层出砂，最大热应力都发生在套管内壁，且超过了N80套管的热弹性屈服极限，最大热膨胀都发生在温度变化过渡区，是诱发热采井套管变形损坏的主要原因。套管周围地层掏空时，其热应变达到了2％，远超过材料弹性极限应变的0．3％，是热采井套管变形损坏的主要原因。提出套管保护对策，并开展了4项相应防治技术先导试验，取得了较好的保护套管效果，形成了稠油热采井套管保护配套技术。     

热采井高温条件下机械筛管强度变化规律模拟研究

热采井井下高温条件将对机械筛管的强度产生较大影响,进而影响其挡砂性能。为了对高温条件下筛管的强度进行准确预测,考虑热采井实际生产条件,分析了高温条件下机械筛管材料各项强度参数随温度变化规律。建立了高温条件下机械筛管强度计算方法; 采用渤海某油田典型井热采生产条件,对CMS金属网布筛管进行强度随温度变化的敏感性分析,并与实际强度测试结果对比。结果表明,应用此方法计算筛管的强度,误差小于10%,其计算精度满足工程要求。对4种常用筛管材料进行材料强度和筛管整体强度随温度变化的敏感性分析,结果表明TP100H钢材的强度性能较好。为交变高温条件下的机械筛管的强度预测提供可靠依据。     

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。     

稠油井注热对井下筛管的影响因素研究

优质筛管在海上疏松砂岩稠油开采中发挥着防止出砂的重要作用,但是井下恶劣的腐蚀环境与复杂的受力状态会造成筛管损坏,影响油井生产。通过归纳总结,分析了井下筛管破坏的影响因素,重点对井下筛管的热应力受力情况进行研究,提出了筛管热应力损坏的三种作用机理及破坏形式,并就如何延长热采筛管寿命给出了优化措施建议。     

稠油热采井补砂工艺技术的研究与应用

针对胜利油田稠油热采井开发实际,根据稠油热采井补砂技术的基本原理,分析了防砂后期存在的问题,提出在原防砂管柱的基础上对地层及筛套环空应用补砂技术。补砂后形成高效挡砂屏障,弥补了地层亏空,提高了近井地带的渗透率,避免了捞出防砂管柱再次进行防砂的繁杂工序;同时挤入地层的大量砾石在弥补地层亏空的同时,也缓解了地层能量的损失,减少了套管受到的轴向压力,间接保护了套管不受损伤。该项技术通过在400余口热采防砂井上应用,取得了显著的效果,具有良好的推广应用价值。     

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。     

膨胀筛管完井产能评价

结合理论分析和实验研究了膨胀筛管完井后产能,并对比了一般机械防砂方式,以独立筛管完井和砾石充填完井为例进行了对比计算。结果表明,膨胀筛管完井在套管井中其产量优势不明显,而在裸眼完井中产量较一般机械防砂方式优势明显。     

河南油田稠油热采井出砂现状分析及防治对策

河南油田稠油的主要开发方式是注蒸汽吞吐,随着吞吐时间的延长,出砂井砂卡逐年增多,为了给稠油生产管理和科学决策提供依据,对近2年的稠油热采出砂井砂卡现状进行了分析,对现有的防砂工艺技术措施进行了效果评价,总结出了防砂时机,对下步稠油热采防砂治砂,维持油井正常生产具有指导意义。     

精密微孔复合防砂筛管在周43水平井应用

江苏油田周43块是一典型的边底水疏松砂岩断块油藏，利用水平井开发提高该区块高部位剩余油采收率。针对该区块油藏特点和出砂严重的情况，通过室内分析、优选，在该区块几口水平井现场实施了精密微孔复合防砂筛管完井工艺技术，取得较好效果。     

出砂气藏水平井筛管冲蚀损坏机理及抗冲蚀能力的提高

为了解决出砂气藏水平井存在的筛管冲蚀问题,针对常用的多层滤网复合精密筛管,利用创新研制的水平井筒封闭空间筛管冲蚀模拟系统,开展了筛管冲蚀损坏机理及规律实验。实验结果表明,气体携砂条件下的多层金属滤网复合筛管冲蚀破坏分为保护罩正面啃噬以及侧向滤网冲蚀损坏2种机理。交错冲缝式的外保护罩正面抗冲蚀能力较强,但侧向抗冲蚀能力极弱。筛管金属滤网介质的冲蚀损坏速度约是外保护罩的2~3倍。另外,基于冲蚀机理提出了新型双层弧形交错互补冲缝的结构,研究构建了非均质气藏水平井高冲蚀风险位置识别方法,以及分级、分段提高全井段管柱抗冲蚀能力的优化设计。新型高抗冲蚀能力外保护罩在兼顾经济性的同时,为出砂气藏水平井的防砂管柱冲蚀问题提供了可靠易行的解决方案,一定程度上提升了天然气藏防砂管柱的服务期限和开发效果。     

膨胀防砂筛管技术及应用

膨胀套管技术是20世纪90年代才兴起的一门节约井眼直径的钻井技术,起源于美国,现已投入实践,收到了很好的效果,而在我国还处于理论探索阶段。它是一种适用于井下防砂的膨胀筛管技术,膨胀防砂筛管实质上是具有一系列串联的、互相交错的轴向割缝的管子,割缝的布置使管柱更易于膨胀。在钻井工业中,对防砂起到了很好的作用,并且可以提高油井的产量。介绍了膨胀防砂筛管的组成及膨胀机理、现场应用情况和所需研究的内容,最后对我国膨胀管技术的发展提出了一些建议。     

基于油井生产动态数据的出砂油井筛管冲蚀模型

筛管冲蚀损坏是油井常见的防砂失效形式,现有筛管冲蚀模型过于复杂,不能直接应用于在役油井筛管失效风险的量化分析。为了解决筛管冲蚀模型的现场应用问题,首先通过大量的室内实验数据拟合建立了冲蚀质量损失率的数学模型,并根据油田现场实际生产情况进一步简化模型,提出表征筛管冲蚀作用程度的参数C,建立了基于油井动态生产数据的筛管冲蚀失效分析的数学模型。以渤海Q油田为例,进行出砂油井筛管失效的计算分析,分析结果与现场测试结果完全一致,表明该模型可有效判断出砂油井井下筛管的工作状态。最后通过在役井C值与冲蚀临界值C_a的对比分析,形成了基于筛管冲蚀在役井的出砂风险预警方法,从而实现精准把控油田的出砂管理风险。