海上油井不停泵除砂清砂技术研究

摘要

海上油井的高效开采为我国经济发展提供坚实的基础，有着重要意义。我国海上石油的开发已有数十年，与陆上油田相似，仍会存在油井出砂问题。按照一般工艺要求，油田通常采用防砂管等“严防死守”方式进行防砂。但此种防砂方法会降低油井产出能力，此外，随着开采时间的增加，防砂筛管使用一段时间后会破损，仍会有泥砂进入井液，造成泵叶轮部分磨损，致使泵维修周期缩短，成本增加。为了提高采收率，“严防死守”防砂方式向“适度出砂”方式转变。“适度出砂”的防砂措施放松了对砂粒流入井筒的控制，允许部分粒径较小的砂粒随采出液流出。因此，这种防砂措施解决了“严防死守”防砂方案中因过于严格地限制住了油井出砂而导致海上油田产出能力低的问题，但同时也使得产液中的含砂量增加，造成电潜泵叶轮磨损过快，修井周期缩短，成本增加。
　　本文主要目的在于克服现有采油除砂清砂技术上的缺陷，提出一种海上油井不停泵除砂清砂方案。除砂方面利用设计出的旋流除砂器进行油砂分离，分离出的砂粒落入井底，净化后的井液通过电潜泵被举升到平台，从而延长电潜泵使用寿命;为避免砂粒在井底堆积造成砂埋油层及电潜泵问题，清砂方面利用与电潜泵一起下入井下的射流泵清除井底积砂。利用电潜泵输出的部分高压采出液作为动力液提供给射流泵，将积砂从井底举升到平台井口，省去海上平台提供动力液的装置，缓解海上采油平台空间紧张问题。
　　本文针对海上某区块油井工况:油井深1500m、套管尺寸为7时套管、电潜泵下泵深度800m、沉没度400m、正常采油时电潜泵处理量为300m3/d，做海上油井不停泵除砂清砂技术研究。为优化旋流除砂器，使用fluent软件对其进行结构优化计算分析，结果表明，除砂器流量为300m3/d时，16mm的入口宽度尺寸、Φ120mm的挡砂板直径可满足油井工况下的高效分离要求。最后进行了不同工况对除砂效率影响的总结仿真研究。
　　使用fluent软件及正交试验法对井底清砂用射流泵进行了结构参数优选，结果表明，面积比为0.25、喉嘴距为3.45mm、喉管长为36.8mm、喷嘴锥角为14°、喉管入口斜角为60°的射流泵抽砂性能较好。此外，探讨了颗粒直径对抽砂性能的影响。
　　最后，为计算方便，提高不同工况下射流泵设计效率，方便用户针对不同工况进行射流泵下泵深度、动力液量等参数试算，采用Python编程实现射流泵结构设计软件开发。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外防砂技术现状

1．2．1 机械防砂技术

1．2．2 化学防砂技术

1．2．3 复合防砂技术

1．2．4 过油管防砂技术

1．2．5 旋流除砂技术

1．3 国内外清除井底积砂研究现状

1．3．1 捞砂与冲砂

1．3．2 射流负压清砂

1．4 本文研究内容

1．5 本文研究方法

第二章 井下除砂清砂整体方案设计

2．1 除砂清砂整体方案介绍

2．2 本章小结

第三章 除砂器设计及优化分析

3．1 理论介绍

3．1．1 湍流模型

3．1．2 多相流模型

3．1．3 离散相模型

3．2 除砂器数值模拟

3．2．1 固液旋流除砂器外简直径及壁厚设计

3．2．2 固液旋流除砂器几何模型

3．2．3 内部流场网格划分

3．2．4 边界条件

3．2．5 控制方程离散

3．2．6 求解方法

3．3 优化分析

3．3．1 内部流场分析

3．3．2 流体粘性以及砂粒粒径的影响

3．3．3 除砂器入口尺寸的影响

3．3．4 挡砂板尺寸对分离性能的影响

3．4 本章小结

第四章 清砂射流泵结构设计

4．1 动力液量确定

4．2 射流泵出口压力确定

4．3 射流泵动力液入口压力计算

4．3．1 潜油电泵出口压力计算

4．3．2 动力液管的压力损耗

4．4 射流泵喷嘴直径设计计算

4．5 射流泵喷嘴壁厚设计计算及校核分析

4．6 射流泵管壁厚设计计算及强度校核分析

4．7 本章小结

第五章 射流泵结构优化分析

5．1 射流泵流道结构

5．2 边界条件设置

5．3 正交试验设计

5．4 正交试验结果及分析

5．4．1 颗粒跟踪情况分析

5．4．2 矢量图对比分析

5．4．3 速度云图对比分析

5．4．4 压力云图对比分析

5．5 砂粒直径对抽砂效果的影响

5．6 本章小结

第六章 射流泵结构设计软件开发

6．1 Python简介

6．2 GUI界面编程库wxPython

6．3 软件界面设计

6．4 射流泵结构设计软件

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要成果及结论

7．2 课题展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介