泡沫混排解堵的理论研究及应用

论文摘要

泡沫混排解堵技术是通过井筒将泡沫注入近井地带而后迅速放喷,把近井地带砂粒连同堵塞物排出,以达到解除近井地带复合堵塞、完善射孔炮眼、改善近井地带渗流状况的目的。但是作为一种比较新型的物理解堵方法,此项技术尚缺乏相应的基础理论研究工作,尤其对泡沫混排过程的渗流规律和解堵机理认识更不充分。针对上述问题,本文分别采用理论、实验和数值模拟相结合的方法,对以下三部分内容进行了研究。一是采用数值技术分别模拟和计算了泡沫注入过程的近井渗流动态和井筒流动参数的变化,并推导了毛管胶结力数学模型,从理论上分析了泡沫流体的注入对近井岩石强度的影响;二是借助于CMG软件分别模拟了泡沫放喷过程的渗流动态和流体放喷对近井岩石应力场的影响;三是通过泡沫携砂能力实验,射孔孔道附近渗流数学模型以及平面径向渗流冲蚀模型的建立,研究了泡沫放喷过程的解堵机理。研究表明,泡沫注入过程井筒液柱压力非常小,远低于相同情况下的水柱压力,泡沫的注入使近井带的压力明显升高,改变了近井带地层的岩石强度;放喷瞬间近井带压力变化最剧烈,近井地层最容易发生破坏;放喷瞬间的射孔孔道扩展以及负压诱使下的流体冲蚀作用是泡沫放喷解堵的主要机理。现场应用表明,泡沫混排解堵技术成功的解除了近井地层的堵塞,恢复了油井的产能,是一项行之有效的解堵技术。

论文目录

• 摘要
• 第1章 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文所完成的主要工作
• 第2章 泡沫流体概述
• 2.1 泡沫流体的基本概念
• 2.2 泡沫的物理性质
• 2.3 泡沫在多孔介质中的产生机理
• 2.4 泡沫稳定性的影响因素
• 第3章 泡沫注入数值模拟
• 3.1 泡沫注入渗流数值模拟
• 3.1.1 泡沫渗流数值模拟概述
• 3.1.2 渗流模型的建立
• 3.1.3 求解过程
• 3.1.4 模拟结果及分析
• 3.2 泡沫注入井筒流动计算
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 泡沫状态方程
• 3.2.3 泡沫机械能方程
• 3.2.4 边界条件
• 3.2.5 求解过程
• 3.2.6 计算结果及分析
• 第4章 泡沫注入对近井带影响
• 4.1 毛管胶结力模型的建立
• 4.1.1 地层岩石颗粒接触形式
• 4.1.2 基本假设
• 4.1.3 岩石强度与毛细管胶结力的关系
• 4.1.4 毛细管胶结力的计算
• 4.2 计算结果分析
• 第5章 泡沫放喷模拟
• 5.1 泡沫放喷数值模拟
• 5.1.1 渗流模型
• 5.1.2 定解条件
• 5.1.3 模拟计算及结果分析
• 5.2 流体放喷对近井地层应力场的影响
• 5.2.1 地质力学模型概述
• 5.2.2 模型边界条件
• 5.2.3 耦合分析的实现方法与求解策略
• 5.2.4 耦合求解步骤
• 5.2.5 模拟及结果分析
• 第6章 泡沫放喷解堵机理
• 6.1 泡沫渗流对地层出砂实验
• 6.1.1 实验条件
• 6.1.2 实验结果
• 6.2 射孔孔道的径向扩展
• 6.2.1 孔道水平段附近压力分析
• 6.2.2 孔道附近压力梯度分析
• 6.2.3 孔道径向扩展机理及过程
• 6.3 孔道末端的水平扩展可能性
• 6.3.1 孔道末端的稳定性分析
• 6.3.2 孔道附近渗流场有限元模拟
• 6.4 近井冲蚀过程分析
• 6.4.1 模型假设
• 6.4.2 连续性方程
• 6.4.3 质量生成方程
• 6.4.4 达西流动方程
• 6.4.5 辅助方程
• 6.4.6 平面径向流动冲蚀模型与无因次化
• 6.4.7 方程的离散
• 6.4.8 模型的求解
• 第7章 泡沫混排现场应用
• 7.1 施工流程图
• 7.2 实例一草104-20 井
• 7.3 实例二草108 井
• 结论
• 参考文献
• 附录A 渗流模型的离散
• 附录B 泡沫注入参数
• 附录C 毛管胶结力模型参数推导
• 附录D 地质力学模型参数
• 附录E 实验数据
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢