可自适应膨胀防砂筛管防砂机理及其技术研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 论文创新点摘要
• 表格目录
• 插图目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 课题国内外研究现状
• 1.2.1 油层出砂机理研究现状
• 1.2.2 油层出砂预测技术研究现状
• 1.2.3 防砂技术研究现状
• 1.2.4 砾石充填研究现状
• 1.2.5 筛管冲蚀研究现状
• 1.2.6 筛管腐蚀研究现状
• 1.3 课题研究目标及主要内容
• 1.3.1 课题研究目标
• 1.3.2 课题主要研究内容
• 第2章 油层出砂机理及出砂预测技术
• 2.1 油层出砂的危害及影响因素
• 2.1.1 油层出砂的危害
• 2.1.2 油层出砂的影响因素分析
• 2.2 油层出砂机理分析
• 2.2.1 油层宏观出砂机理分析
• 2.2.2 油层微观出砂机理分析
• 2.3 油层出砂模拟实验研究
• 2.3.1 油层出砂模拟实验原理及条件
• 2.3.2 油层出砂模拟实验流程
• 2.3.3 油层出砂模拟实验结果及分析
• 2.4 油层出砂预测技术
• 2.4.1 出砂预测方法
• 2.4.2 出砂预测模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 可自适应膨胀防砂筛管结构设计及优化
• 3.1 可自适应膨胀防砂筛管整体结构设计
• 3.2 可自适应膨胀防砂筛管内支撑割缝管结构优化设计
• 3.2.1 内支撑管割缝缝型结构设计
• 3.2.2 内支撑管割缝尺寸设计
• 3.2.3 内支撑管割缝布缝形式及缝数设计
• 3.2.4 内支撑管强度受力分析
• 3.3 可自适应膨胀防砂筛管防砂筛网的优化设计
• 3.3.1 防砂筛网的结构设计
• 3.3.2 防砂筛网有效孔隙参数计算
• 3.3.3 防砂筛网尺寸设计分析
• 3.3.4 防砂筛网合理孔径确定实验分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 可自适应膨胀防砂筛管膨胀机理及参数优选实验研究
• 4.1 可自适应膨胀防砂筛管的膨胀机理
• 4.2 可自适应膨胀防砂筛管膨胀层砾石充填过程分析
• 4.2.1 垂直井筒膨胀层砾石充填过程分析
• 4.2.2 大斜度井膨胀层砾石充填过程分析
• 4.2.3 膨胀层砾石充填实验研究
• 4.3 可自适应膨胀层砾石充填工艺研究
• 4.3.1 充填砾石尺寸优选及方法分析
• 4.3.2 充填携砂液设计分析
• 4.3.3 砾石充填用量分析
• 4.3.4 充填工具及工艺分析
• 4.4 可自适应膨胀防砂筛管充填参数优化实验分析
• 4.4.1 膨胀充填层厚度参数优选分析
• 4.4.2 膨胀层充填压力参数优选分析
• 4.4.3 膨胀层充填粒径比参数优选分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 可自适应膨胀防砂筛管防砂机理及实验研究
• 5.1 油层防砂机理
• 5.1.1 油层防砂的方法
• 5.1.2 影响油层防砂的因素分析
• 5.2 可自适应膨胀防砂筛管的防砂机理
• 5.2.1 可自适应膨胀防砂筛管的防砂结构及机理
• 5.2.2 可自适应膨胀防砂筛管膨胀层防砂压降分析
• 5.3 可自适应膨胀筛管防砂实验检测评价装置设计
• 5.3.1 防砂实验检测评价装置功能设计
• 5.3.2 防砂实验检测评价装置结构设计
• 5.3.3 防砂实验检测评价装置流程设计
• 5.4 可自适应膨胀防砂筛管防砂性能实验研究
• 5.4.1 管柱渗流实验研究
• 5.4.2 可自适应膨胀防砂筛管防砂性能对比实验研究
• 5.5 防砂方法优选的BP 神经网络模型
• 5.5.1 基本量的确定
• 5.5.2 技术思路
• 5.5.3 BP 神经网络模型
• 5.5.4 具体应用算例分析
• 5.6 防砂效果综合评价研究
• 5.6.1 防砂作用评价
• 5.6.2 防砂增产作用评价
• 5.6.3 防砂有效期评价
• 5.6.4 井底附近流动条件的改善作用评价
• 5.6.5 防砂效益评价
• 5.6.6 防砂效果综合评价
• 5.7 本章小结
• 第6章 可自适应膨胀防砂筛管冲蚀及腐蚀实验研究
• 6.1 防砂筛管内支撑割缝管冲蚀实验研究
• 6.1.1 冲蚀实验条件
• 6.1.2 冲蚀损失规律分析
• 6.1.3 冲蚀表面粗糙度变化规律
• 6.1.4 冲蚀机理的研究
• 6.1.5 割缝管冲蚀的预防和控制措施
• 6.2 防砂筛管内支撑割缝管腐蚀实验研究
• 6.2.1 腐蚀实验条件
• 6.2.2 腐蚀实验流程及方法原理
• 6.2.3 腐蚀实验结果及分析
• 6.2.4 预防和控制割缝管腐蚀的措施
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论及展望
• 参考文献
• 在学期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介