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可自适应膨胀防砂筛管防砂机理及其技术研究

马建民

  油气井出砂已成为疏松砂岩油藏开采中遇到的普遍问题,严重影响着油气藏的正常开发。如何开发新型的防砂装备,改进现有防砂工艺,有效防止与控制油气井出砂,降低作业成本,已成为相关科研机构竞相研究的重要课题。 在分析油层出砂影响因素和出砂机理基础上,进行了出砂模拟实验。研究表明:驱替压力的变化对出砂的影响不大;出砂量随含水量增加的幅度不大,出砂主要发生在见水初期;当临界环压为2MPa和临界流速为7ml/min时,出砂均出现明显增加;产砂量和油井产能随流速的增大而增加。 提出了膨固结合、刚柔相济的防砂筛管设计新理念,完成可自适应膨胀防砂筛管这一新型防砂设备的结构设计,该设备由防护外壳、可膨胀防砂筛网、砾石充填膨胀层和内支撑复合割缝筛管四部分构成。基于开发的SFEM分析软件,对内支撑管的壁厚、缝长、缝宽、布缝形式、割缝密度等参数进行了优化,分析了这些要素对应力的影响规律。对筛管防砂筛网的层间组合结构形式进行了分析,给出了合理的筛网网孔设计尺寸。 用高压液携带砾石充填挤压扩张实现砾石层的软膨胀,使膨胀与砾石充填一次完成,实现膨胀段的“零环空”和膨胀压力均一。研究了筛管充填膨胀机理,利用锥形流模型导出了新压降计算公式,并对膨胀层压降进行了分析计算。通过实验,优选可自适应膨胀防砂筛管充填工艺参数,研究表明,当膨胀层充填压力在15~20MPa、充填厚度为25~30mm、砾砂中值比在7左右时,可达到最佳充填效果。 采用可膨胀防砂筛网、砾石充填层和内支撑割缝筛管构成复合防砂体系,防砂效果明显。利用自主研制的多功能防砂检测实验装置和实验流程,进行渗流实验、参数优选实验、防砂效果实验等相关模拟实验与分析,研究防砂规律。建立了用于防砂方法优选的BP神经网络模型,并通过具体算例进行防砂方法优选计算,从防砂作用、增产作用、有效期、井底流动条件改善、防砂效益五个方面对防砂效果进行了综合评价分析。 利用自制的实验装置和流程,对割缝管进行冲蚀和腐蚀实验,分析冲蚀和腐蚀机理。研究表明:当含砂流体流速和冲蚀角增大时,冲蚀磨损增大;砂粒粒径和浓度增大时,冲蚀量先增加后减小;温度在30℃~80℃之间升高时,腐蚀加快,在80℃时达到最高点回落;随着氯离子浓度增加,腐蚀呈下降趋势,割缝在含氯离子溶液中易发生点蚀;钙离子对割缝腐蚀起抑制作用;pH值在3~6范围内增加时,腐蚀速率呈下降趋势。……   
[关键词]:可膨胀防砂筛管;防砂;自适应膨胀;割缝;防砂筛网
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国石油大学2011年