可自适应膨胀防砂筛管及其防砂关键技术研究

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。
　　 本文提出了膨固结合、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,并进行了充填实验,结果表明:可自适应膨胀筛管充填过程简单易于实现膨胀,并且可以很好的贴合井壁。
　　 通过比较三种修正后的筛网压降预测方法可知,对于基本流体方程方法,在低Re情况下经验曲线与仿真点有部分的偏差。对于多孔介质理论方法,在低Re的情况下较好,但中等Re与较高的Re的情况偏差较大。多参数的多孔理论方法获得较好的结果,无论哪个Re段,曲线与仿真数据吻合的非常好。对于经验公式方法,在低高Re的吻合的非常好,但在中Re的吻合程度较差。通过对砾石孔隙的流动情况的分析可知,应采用中等目数的砾石或者混合砾石(中等目数砾石占大多数)进行充填。通过定性推导和仿真计算的方式证明了双梯形复合缝隙比传统的矩形和梯形缝隙在流阻控制方面有明显的优越性。通过理论分析的方法,推导出双梯形缝总阻力系数公式,双梯形缝总阻力系数随扩散角的变化而变化,对于给定入口雷诺数与合理的转折宽度情况下,总存在最佳扩散角使总阻力系数最小。
　　 通过SEM与N80腐蚀产物的断层形貌研究表明,疏松的FeCO3首先在基体表面形成。阻抗曲线与表面形貌图证明,当Cl.浓度达到一定数值时,金属表面产生钝化阻碍了点蚀,腐蚀呈现均匀腐蚀。Ca2+的存在明显的抑制了腐蚀。由于碳酸氢根离子这种对溶液影响的复杂性,造成其对腐蚀影响的复杂性。通过与不锈钢材料316L对比试验得知,N80作为一种常用的油套管材料有较好的塑性。在腐蚀作用的影响下,腐蚀作用对于冲蚀过程中样件表面的粗糙程度有抑制作用。通过SEM与3D井深显微镜的结果可以得知,30°与90。的冲蚀角度对应着不同的材料去除机理。相比于90°的冲蚀角度,30°冲蚀角度下样件的质量损失变化相对大。冲蚀腐蚀的联合作用比单纯冲蚀作用更能增加质量的去除。
　　 建立筛管—砾石层—套管—水泥层—维井筒传热系统,计算表明在特定的筛管温度下,随着砾石层弹性模量的增加,筛管内外壁的热应力也随之增加但增加的幅度越来越小。砾石层泊松比对筛管热应力的总体影响不大。不同的水泥层的弹性模量和泊松比对筛管的热应力总体也影响不大。随着筛管温度的增加,筛管的内外表面的平均热应力呈线性关系增加,并且内表面的应力大于外表面。在一定筛管温度下,筛管材料弹性模量越大,筛管的热应力也越大。筛管厚度的增加可以有效的降低筛管的热应力,降低的幅度逐渐的减小。