油气井工程实验.docVIP

复杂结构井携砂能力实验研究 稠油出砂冷采过程中，为了降低螺杆泵的出口压力，提高生产压差和产量，国内外石油公司普遍在7in（178mm）套管油井中采用in（88.9mm）的油管，当然，还有个别公司采用了in的套管来代替in的有关，也取得了一定的增产效果，但是针对我国渤海稠油油田，普遍的仍是采用in的油管，故在此我们实验设计的主要管路外径为in，即88.9mm，内径76mm。 1.2.1 实验目的 地层砂粒进入井筒后必须被携带出地面，这是适度出砂生产的前提之一，也是正常生产的需要，然而流体将砂粒从地层携带出井筒以后，井筒的油流必须将砂粒携带到地面必须满足两个基本条件：一是地层产出的最大粒径砂粒能被携带出；二是砂粒浓度在要求的范围之内，第二项属于完井方式优选范畴，在此不做为研究目的。 而针对第一个基本条件，最大粒径砂粒能被携带至井口，针对复杂结构井而言，井斜角随着井深结构的变化而变化，即针对复杂结构井携砂能力的研究就是针对不同井斜角下，流体的速度必须大于最大粒径砂粒的最小沉降速度的研究。 1.2.2 理论模型 在实际生产中，应确保井筒携砂能力大于地层出砂能力，然而开采过程中斜井段的砂床形成是必然的，但存在一个临界流速使得固定床高度为零，故针对运动床层砂粒进行受力分析得： 图1.8运动床层受力图 如图1.8中所示, 和分别表示拖曳力和力矩，表示举升力，表示由上覆颗粒重力引起的压力，为力矩，分别表示单个颗粒重力，为颗粒迎流面积。 (1.2.1) (1.2.2) (1.2.3) (1.2.4) (1.2.5) (1.2.6) (1.2.7) 由力矩平衡，可以得到颗粒的启动速度为： (1.2.8) 式中：——砂粒启动速度， ——砂粒密度， ——携砂流体密度， ——圆管倾角，度 ——砂床浓度，假设为52% ——移动床高度， ——砂粒等沉降速度当量直径 ——为砂粒沉降阻力系数 即为砂粒的启动速度,同时也是固定床层与移动床层之间的临界速度，如图1.9所示。当圆管中悬浮层速度足够小大时,砂粒沉积在圆管底部,形成固定床层,随着增大到临界速度时候,在固定床表面的砂粒开始移动形成移动床层,即存在一个砂粒启动速度,同时也是固定床层与移动床层之间的临界速度。 图1.9 不同井斜角下砂床高度与砂粒启动速度关系曲线图 1.2.2 实验装置 整个模拟实验装置分为四大部分，如图1.10所示:井筒模拟实验段、实验流体供给和控制系统、实验流体流量和压力采集系统和实验流体后处理系统。实验装置示意图如图1.11所示。 图1.10　实验装置总示意图 1.实验段(观察段) 2.沉沙池 3. 储浆桶 4.螺杆泵 5.节流阀 6.振动筛（固液分离器） 7.流量计 8.取样处 9. 压差传感器 10.浓度计 11.速度计 图1.11复杂结构井携砂能力实验装置图 1）实验流体供给与控制系统 实验流体供给与控制系统包括：储浆桶（3）、砂浆泵（4）和节流阀（5）三个实验装置，实验过程中，通过砂浆泵（4）将储浆桶（3）内的流体注入到实验段（1）内，并通过节流阀（5）调节实验段流量。 2）井筒模拟实验段 井筒模拟实验段包括：实验段（1）以及各路管线，在实验段内，通过预先填埋砂床的形式得到不同砂床高度条件下，由此测量移动床形成的初始速度值，即砂粒启动速度值。 3）实验数据采集系统 实验数据采集系统主要包括：实验段流量计（7）、压差传感器（8）、速度计（11）以及用来采集数据的数据采集卡和处理数据的计算机等。 针对实验中需要重需要测量的参数，对实验段进行加工，在壁面加入了浓度表和流速表，以及在壁面加工出刻度，便于读出移动床层高度 4）实验流固分离系统 流固分离系统主要包括：在通过实验管路之后，由于白油必然携带移动床层的大部分砂粒至实验管路末端，并携带出实验段，为了重复利用实验流体，故设置震动筛（6）以使砂粒从白油中分离。 1.2.3 实验步骤 由砂粒启动速度模型（1.2.8)可知：固定床层的启动速度，即砂粒的启动速度是由移动床层高度，圆管倾角，砂粒当量直径，流体粘度决定的，因此本实验过程为通过改变其中变量得到不同变量下砂粒启动速度，具体实验步骤如下： 将实验观察段填充一定高度的砂粒，填充完后装配在管路中； 开泵循环，调节泵