水平井砾石充填防砂工艺技术研究

论文摘要

疏松砂岩稠油油藏、高泥质、细粉砂岩油藏水平井套管完井开发过程中的防砂是一个难题,这些油藏泥质含量高,储层出砂严重,防砂难度大,采用单一悬挂滤砂管防砂方式易造成滤砂管堵塞,影响水平井产能。基于这些矛盾,为了延长这些油藏水平井开采防砂有效期,并实现良好的综合防砂效果,确保油井正常生产,开展了水平井砾石充填防砂工艺技术的研究工作。根据目前水平井管内防砂技术存在的问题,在开展大量国内外相关资料的调研基础上,对水平井砾石充填机理及充填过程进行了进一步的研究,分析了需要攻关的技术关键;研究开发了适用于不同油藏及油井情况的HGS循环充填工具和HSS系列挤压充填工具,优化设计了水平井防砂施工工艺管柱,研究并制定了水平井高充填率保持技术措施;围绕提高水平井砾石充填密实程度的总体思路,优选研究了水平井DM-1型低密度充填材料和SPF-1型携砂液体系;根据砾石充填机理与固液两相流理论,建立了水平井砾石充填数学模型,研究并优化了施工工艺参数;为了保证水平井砾石充填技术的现场顺利实施,并提高水平井充填防砂后的生产效果,开展了泡沫混排地层预处理工艺、提高携砂液返排技术和井筒碎屑清理技术三项配套技术研究,形成了成熟配套的水平井砾石充填防砂工艺技术。对泡沫混排的放喷过程研究表明,泡沫放喷初期近井带地层压力变化剧烈,应力最集中,孔道周围岩石产生径向扩展和横向延伸;随着放喷进行,近井带的渗流趋于平缓,近井地带的孔隙度和渗透率在流体冲蚀下不断升高,渗流特征得到改善。水平井砾石充填技术现场应用表明,该技术较好解决了疏松砂岩稠油油藏、高泥质、细粉砂岩等油藏水平井防砂的难题,获得了良好的经济及社会效益,实现了水平井防砂从单一滤砂管防砂方式到可对地层进行适度改造防砂,并在一定程度上增产的砾石充填防砂综合技术,该工艺技术的攻关研究成为疏松砂岩水平井有效开发的一项前沿防砂新技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 创新点摘要
• 第一章 前言
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 水平井砾石充填机理
• 1.4 课题所解决的关键问题
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 研究思路及路线
• 1.7 取得的主要成果
• 第二章 水平井砾石充填工艺管柱的研究
• 2.1 循环充填工艺管柱研究
• 2.1.1 HGS 型循环充填工具的设计及研发
• 2.1.2 水平井复合防砂筛管的研制
• 2.1.3 水平井循环充填管柱的研制
• 2.2 挤压充填工艺管柱研究
• 2.2.1 HSS 系列水平井挤压充填工具的研制与开发
• 2.2.2 水平井挤压充填防砂工艺管柱对工具的要求
• 2.2.3 结构组成
• 2.2.4 工作原理
• 2.2.5 主要技术规范
• 2.2.6 性能特点
• 2.2.7 关键机构的设计与计算
• 2.2.8 高温胶筒开发及实验
• 2.2.9 工具性能室内试验
• 2.3 高充填率保证技术措施研究
• 2.3.1 结构组成
• 2.3.2 室内试验
• 2.4 本章小结
• 第三章 水平井充填材料优选研究
• 3.1 携砂液体系的优选与评价
• 3.1.1 胍胶与清洁携砂液性能对比
• 3.1.2 水平井砾石充填携砂液体系
• 3.1.3 水平井砾石充填携砂液体系性能
• 3.2 低密度充填材料的优选与评价
• 3.2.1 支撑剂密度对充填效率的影响研究
• 3.2.2 充填材料性能对裂缝导流能力影响研究
• 3.2.3 DM-1 低密度充填材料研制
• 3.2.4 DM-1 与石英砂性能对比
• 3.3 本章小结
• 第四章 水平井砾石充填施工参数的优化设计
• 4.1 水平井砾石充填数学模型的建立
• 4.2 充填参数对充填效率的影响
• 4.2.1 充填排量对砾石充填效率的影响
• 4.2.2 砾石浓度对充填效率的影响
• 4.2.3 冲筛比对充填效率的影响
• 4.2.4 携砂液粘度对充填效率的影响
• 4.2.5 滤失量对充填效率的影响
• 4.3 水平井砾石沉降规律实验研究
• 4.4 水平井砾石充填施工参数优选
• 4.4.1 施工参数组合的综合评价指标
• 4.4.2 正交数值试验设计及模拟结果
• 4.4.3 最优参数确定及试验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 泡沫混排地层预处理工艺研究
• 5.1 工艺原理
• 5.2 工艺特点
• 5.3 工艺过程
• 5.4 负压泡沫混排液的研制
• 5.5 泡沫流体在井筒内的流动规律
• 5.5.1 耦合数学模型的建立
• 5.5.2 数学模型的求解
• 5.5.3 算例与分析
• 5.6 泡沫渗流对地层出砂实验
• 5.6.1 实验条件
• 5.6.2 实验结果
• 5.7 射孔孔道的径向扩展
• 5.7.1 孔道水平段附近压力分析
• 5.7.2 孔道附近压力梯度分析
• 5.7.3 孔道径向扩展机理及过程
• 5.8 孔道末端的水平扩展可能性
• 5.8.1 孔道末端的稳定性分析
• 5.8.2 孔道附近渗流场有限元模拟
• 5.9 近井冲蚀过程分析
• 5.10 本章小结
• 第六章 提高携砂液返排和井筒碎屑清理技术研究
• 6.1 提高携砂液返排技术研究
• 6.1.1 工艺原理
• 6.1.2 增能助排剂的研制
• 6.1.3 工艺特点
• 6.1.4 工艺过程
• 6.2 井筒碎屑清理技术研究
• 6.3 本章小结
• 第七章 现场试验应用
• 7.1 概况
• 7.2 典型井例
• 7.2.1 循环充填典型井例之一：西H1 井
• 7.2.2 循环充填典型井例之二：营47-P1
• 7.2.3 挤压充填典型井例之一：面120-4-P7 井
• 7.2.4 挤压充填典型井例之二：G63-P5 井
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介