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压裂充填防砂与增产技术研究

作　者: 焦国盈
导　师: 赵立强
学　校: 西南石油学院
专　业: 油气田开发工程
关键词: 防砂压裂充填端部脱砂压裂模拟出砂预测经济评价
分类号: TE358.1
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

在油气开采过程中,油井出砂具有很大的危害性,严重的可以使油井报废,因此在生产过程中,必须采取有效的防砂措施。目前,对射孔井最常用的防砂完井方式是管内井下砾石充填,虽然管内井下砾石充填具有良好的防砂效果、平均防砂有效期也比较长,但是与裸眼砾石充填完井相比,管内井下砾石充填井的产能大幅度降低了,而且砾石充填防砂主要通过“挡砂”作用防止地层砂进入生产管柱,不能从根本上解决油气层出砂问题。为此,有必要研究一种防砂效果好、防砂有效期长但还不降低井产能并且能从源头上防止地层出砂的防砂完井方式——水力压裂与砾石充填的复合完井(简称为压裂充填防砂完井)。本文主要从技术和经济方面论证了压裂充填防砂的可行性。研究内容主要包括压裂充填防砂与增产机理、防砂设计、压裂设计以及经济效益分析与比较。与常规管内井下砾石充填井相比,压裂充填井采用支撑剂充填的高导流能力裂缝沟通了井眼与产层深处,解除了近井伤害,减小了油藏流体向井流动时的渗流阻力,达到了恢复油气井产能的目的。除了与常规管内井下砾石充填相同的防砂作用如井下筛管系统挡砂外,压裂充填的防砂功能还体现在地层流体向井流动时的流态由径向流变为线性流,裂缝的存在降低了流体流动时作用在地层岩石骨架上的拽曳力以及减小了流体的携砂能力等方面,同时缝内充填的砾石还具有阻挡地层砂的作用。考虑射孔、钻井、产层打开程度、井斜、泄油形状和非达西流效应以及砾石充填引起的拟表皮系数,建立了管内井下砾石充填井总表皮系数即产能分析模型。采用所建立的模型分析了射孔参数、砾石充填层伤害以及筛管尺寸对井总表皮系数的影响。分析结果表明低渗透地层管内井下砾石充填井总表皮系数主要由钻井伤害组成,中渗透地层主要由钻井表皮和射孔表皮构成,而高渗透地层则主要由钻井表皮、射孔表皮以及砾石充填表皮三部分组成。考虑原地应力、井筒液柱压力以及地层孔隙压力引起的附加应力,建立了近井围岩应力分布模型和射孔孔眼周围应力计算模型。采用Drucker-Prager强度准则作为岩石骨架破坏的判断依据,建立了压裂充填井出砂临界产量预测模型。影响因素分析表明,压裂充填井出砂临界产量对裂缝半长很敏感,而出砂临界产量随地层强度的减小而急剧下降。压裂充填时,建议根据储层渗透率和压裂液体系的类型采用不同的压裂液滤失模型。对于采用线性压裂液体系对高渗透地层进行的压裂作业,采用幂律流体在孔隙介质中的渗流模型描述压裂液的滤失行为:而对中、低渗透地层,采用卡特模型模拟各种压裂液的滤失。与常规压裂相比,压裂充填的施工时间比较短,因此所建立的井筒温度场模

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-17
  1．1 压裂充填研究的目的和意义  9
  1．2 压裂充填研究现状  9-13
  1．3 油气井出砂预测研究现状  13-14
  1．4 本文的主要内容及方法  14-17
2 管内并下砾石充填防砂完井的产能分析  17-25
  2．1 管内井下砾石充填井产能预测模型  17-19
  2．2 管内井下砾石充填产能影响因素分析  19-25
    2．2．1 射孔参数的影响  19-23
    2．2．2 筛管尺寸的影响  23-24
    2．2．3 砾石充填层伤害对井产能的影响  24-25
3 压裂充填防砂技术的防砂和增产机理  25-45
  3．1 增产机理  25-31
    3．1．1 表皮系数分析法  26-27
    3．1．2 支撑裂缝增产机理分析  27-29
    3．1．3 计算实例与分析  29-31
  3．2 防砂机理  31-33
    3．2．1 疏松砂岩油藏出砂机理  31
    3．2．2 压裂充填防砂原理  31-33
  3．3 压裂充填井出砂预测方法  33-45
    3．3．1 压裂充填井出砂临界产量的计算方法  33
    3．3．2 垂直井眼近井应力场分析  33-36
    3．3．3 射孔井炮眼围岩应力场分析  36-39
    3．3．4 岩石破坏准则  39-40
    3．3．5 压裂充填井储层孔隙压力分布模拟计算  40-41
    3．3．7 计算实例  41-45
4 压裂充填防砂设计研究  45-57
  4．1 砾石／充填剂的选择  45-48
    4．1．1 地层砂特性分析方法  45
    4．1．2 砾石挡砂实验研究  45-47
    4．1．3 砾石尺寸选择  47-48
  4．2 筛管防砂参数的选择  48-49
  4．3 充填管柱设计  49
  4．4 筛套环空砾石用量  49-50
  4．5 砾石充填液／压裂液的选择  50-55
    4．5．1 高渗透压裂对压裂液的要求  50
    4．5．2 高渗透压裂中可用的压裂液种类  50-51
    4．5．3 高渗透压裂中压裂液的选择方法  51-55
  4．6 计算实例  55-57
5 压裂充填设计  57-115
  5．1 压裂充填液的滤失及压裂充填液滤失模型  57-62
    5．1．1 交联压裂充填液滤失模型  57
    5．1．2 线性压裂充填液滤失模型  57-62
  5．2 井筒和裂缝温度场计算  62-72
    5．2．1 井筒温度场模型  63-67
    5．2．2 裂缝温度场模型  67-72
  5．3 脱砂前裂缝几何尺寸计算  72-83
    5．3．1 裂缝延伸数学模型的建立  72-79
    5．3．2 裂缝延伸数学模型的求解方法  79-83
  5．4 裂缝膨胀阶段裂缝几何尺寸计算  83-84
  5．5 压裂充填加砂程序设计  84-86
    5．5．1 低砂比开始的时间Ts  84-85
    5．5．2 停止泵入低砂比的时间t_(ms)  85
    5．5．3 砂比递增计算  85-86
  5．6 压裂充填增产效果预测及产能分析  86-99
    5．6．1压裂充填井产能预测模型  86-87
    5．6．2 各种拟表皮系数的计算方法  87-91
    5．6．3 裂缝对压裂充填井表皮的影响  91-93
    5．6．4 裂缝伤害对压裂充填井产能的影  93-99
  5．7 压裂充填与常规砾石充填的经济效益评价与分析  99-103
    5．7．1 成本核算  99
    5．7．2 防砂初期产量预测  99-100
    5．7．3 产量递减模式和评价期  100-101
    5．7．4 措施累计产量  101
    5．7．5 收入现值与生产成本分析  101
    5．7．6 防砂措施经济分析  101-103
  5．8 实例计算与分析  103-115
    5．8．1 压裂充填设计计算方法  103-105
    5．8．2 设计指标计算结果  105-106
    5．8．3 温度场计算结果  106-107
    5．8．4 脱砂时裂缝几何尺寸计算结果  107-109
    5．8．5 脱砂后裂缝几何尺寸计算结果  109-110
    5．8．6 加砂程序计算结果  110
    5．8．7 经济评价计算结果  110-111
    5．8．8 防砂效果预测  111
    5．8．9 整个施工过程中裂缝参数与净压力变化  111-113
    5．8．10 TSO压裂与常规压裂对比  113-115
结论  115-117
致谢  117-119
参考文献  119-125
附录A  125-131
附录B  131-135
  B．1 常法向力引起的应力  131-133
  B．2 变法向力和切向力以及剪切应力引起的应力  133-135
附录 C  135-137
附录 D  137-139
附录 E  139

压裂充填防砂与增产技术研究

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