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1 油田 新 技术 斯伦贝谢 油田新 技术 斯伦贝谢 2015 年 9 月 内部资料 仅供赠阅 2015 年 9 月 成像测井 防砂 内部资料 高级固定切削齿钻头 仅供赠阅 二氧化碳工程技术

2 油田新技术微信账户上线了 扫描二维码, 关注油田新技术微信账户, 即可了解国内外油气行业最新发现和技术 如何通过微信手动添加 : 进入微信通讯录 -- 选择 " 订阅号 "-- 选择界面右上角的添加 "+"-- 搜索 " 油田新技术 "--- 选择 " 关注 ", 即可浏览我们的账户信息了 油田新技术关注与分享国内外石油天然气行业最前沿的技术和产品, 投稿人包括了斯伦贝谢公司全球各领域 的专家以及来自石油院校, 研究机构以及其他相关企业的资深从业人员 任何转载或者刊登事宜, 请联系斯 伦贝谢中国公司市场部 (marketingcha@slb.com) 关注我们的微信, 即可浏览的最新文章包括 : 测量套管腐蚀以延长使用寿命 天然裂缝性碳酸盐储层的增产技术 构造导向一通向高产能之路 全方位海上地震成像技术进展 电缆地层测试技术新进展 非常规油气储层的多级压裂增产技术

3 防砂筛管选择 很多地层都出砂, 而出砂妨碍生产, 破坏完井设备和地面设备 数十年来, 石油行业根据传统方法已挑选了很多防砂筛管来解决出砂问题 研究发现, 利用数值模拟方法精选筛管尺寸和类型可以提高防砂效果 Jamie Stuart Andrews 挪威国家石油公司挪威斯塔万格市 Joseph A. Ayoub Rajesh A. Chanpura Mehmet Parlar 美国得克萨斯州舒格兰 二十世纪早期的油气作业公司, 遇到非胶结地层可能出砂的情况, 他们都采用最先用于水井的防砂方法, 采用槽型孔或圆孔防砂管完井 筛管安装在生产层段上, 筛孔的大小应能防止砂粒进入井筒, 同时尽量减少对流体流动的限制 这期间油气行业也研发出了防砂方法, 应用筛管 松脂或塑料涂覆颗粒和砾石填充方法进行防砂 近几年有些公司一直在试图区分防砂管理和砂粒滞留, 前者应用的技术如选择恰当的井筒走向和射孔方法, 进行井压监测与控制, 通过控制流 Somnath Mondal 壳牌国际勘探开发公司美国得克萨斯州休斯敦 Mukul M. Sharma 得克萨斯大学奥斯汀分校美国得克萨斯州奥斯汀 油田新技术,27 卷, 第 2 期 (2015 年 9 月 ) 2015 斯伦贝谢版权所有 1. Tronvoil J,Duseault MB,Sanfilippo F 和 Santarelli FJ: The Tools of Sand Management, SPE71673, 发表在 SPE 技术年会暨展会上, 新奥尔良,2001 年 9 月 30 日 -10 月 3 日 2. Coberly CJ: Selection of Screen Openings for Unconsolidated Sand,Drilling and Production Practices(1937 年 1 月 1 日 ): 该符号表示砂粒在地层中的质量百分比大于该值 d10 表示地层中 10% 的砂粒都大于该值 ; 因此地层中 10% 的砂粒都大于 d10 砂粒尺寸 3. Coberly, 参考文献 2 22 油田新技术

4 体流速和砂粒流入量限制出砂 [1] 砂粒滞 0.35 留, 或称为防砂, 指的是利用筛管和其他工具降低出砂风险, 同时不影响油气生产 效率 0.30 早期防砂措施主要是根据筛管筛孔和粒度分布上的一个点之间的关系选择最佳筛管 早期研究人员 C.J.Coberly 在理想预充填试验条件下采用单直径的球粒进行试验, 结果他得出了这样的结论 : 如果筛管上长方形缝隙的宽度是砂粒直径的两倍, 或圆形筛孔的直径是砂粒直径的三倍时, 出砂量可忽略 ( 图 1) [2] 在地层砂样中, 砂粒有一个粒度分布, 因此 Coberly 利用地层砂样进行了物理实 验, 根据实验挑选了砂粒的特征直径 d 他 让筛管缝隙宽度是 d 10 的两倍 (2d 10 ), 结果 0.10 瞬时出砂量可以忽略不计, 这就是 Coberly 定律 根据 Coberly 的研究,H.D. Wilson 用案例说明 : 对于墨西哥湾的砂样, 筛管 0.05 缝隙宽度不大于 d 10 就能达到最佳防砂效果 [3] 行业专家认为上述结论之所以不同, 主 要和可忽略出砂量的尺度及他们尝试用一个参数代表整个粒度分布有关 基于传统方法挑选筛管缝隙或筛管尺寸时, 还有其他因素需要考虑, 包括如何选取具有代表性的砂样, 如何确定砂样的粒度分布特征 最具代表性的砂样是从已知深度采集的常规岩芯 图 1: 挑选筛管的传统方法 图中曲线是上世纪三十年代用单一粒径的砂粒在有长方形缝隙的筛网上完成的, 曲线近似呈线性关系 缝隙宽度约等于砂粒直径的两倍时, 缝隙上形成了稳定的砂桥 ( 红色曲线 ); 缝隙宽度约等于砂粒直径三倍时, 所有砂粒都通过了筛孔 ( 蓝色曲线 ) ( 根据 Coberly 的资料修改, 参考文献 2 ) 实验室技术人员一般通过筛管或激光粒度分析 (LPSA) 确定粒度分布 (PSD) 来分析地层特征 近几年, 激光粒度分析已经广泛应用于一些公司, 原因是与筛管分析方法相比, 这种分析方法可以提供小粒度的分布特征 另外, 激光分析需要的人力少, 因此通常能降低成本, 使作业公司能够经济地分析更多样品 利用最具代表性的砂样, 工程师们一般能根据最粗的 10% 粒径分布 (d 10 ) 确定合适的筛孔 利用该工艺确定缝隙宽度的筛管, 允许一定量砂粒通过筛孔, 但最大粒径的砂粒通过缝隙遇阻或形成砂桥被滞留下来 在此过程中, 小颗粒滞留在粗砾 砂形成的孔隙空间中, 进而更小颗粒滞留在小颗粒形成的孔隙空间中 这个过程不断重复, 直到停止出砂 本文描述了防砂工程师如何选择最佳绕丝筛管和金属网独立筛管 (SAS) 的尺寸和类型, 来适合裸眼完井目的层防砂的过程 另外, 本文还探讨了一种让工程师们在选择筛管时使用整个粒度分布, 并能快速缩小筛管尺寸和类型范围, 实现最佳防砂效果的技术 利用这种方法制定的防砂决策比以往仅用一种设计参数, 如 d 10 选出的筛管更适应指定井, 而且还能减少必须通过实验室试验确定目的层最佳筛管的试验次数 本文通过西非海上的案例证明 所讨论方法的潜在效果 如何选择筛管开钻前, 作业公司必须制定各种决策, 它们将影响如何制定最终完井计划 然后工程师们必须确定如何下套管 固井 射开生产层段, 或是否进行裸眼完井 裸眼完井, 通常成本低于套管完井, 如果考虑到地层可能出砂, 可以通过砾石填充或独立筛管完井 独立筛管有绕丝筛管 (WWS) 和金属网筛管 (MMS) 两种 加工人员将金属丝缠绕在射过孔的基管上, 就做成了一根绕丝筛管 可以在加工过程中将金属丝直接缠绕到基管上, 也可以将 2015 年 9 月 23

5 金属丝加工成一个独立的套, 然后焊到基 管上 金属网筛管是在基管上缠绕一层或 多层不锈钢或金属网线 金属网外面加一 个保护套, 金属网起到滤网的作用 ( 图 2) 作业公司会在不容易下套管的侧钻井中使 用加保护套的绕丝筛管, 但这种做法并不 常见 即使在广泛认同独立筛管是合适的防砂措施时, 对筛管类型和筛孔尺寸的建议 也总是各不相同 如上文所示, 早期对筛 管尺寸的选择都基于粒度分布上的一个点 (d 10 ), 并且认为一定的出砂量是可以接 受的 [4] 图 2: 绕丝筛管和金属网筛管 绕丝筛管 ( 左 ) 和金属网筛管 ( 右 ) 都是在射过孔的基管上加工的 绕丝筛管的筛网可以缠绕到基管上, 也可以焊到基管上 金属网筛管的筛网包括一层或多层金属丝编织网 ( 可能有烧结金属 ), 筛网放在基管和射过孔的保护套之间 上世纪九十年代, 业界开发出一种数学模型, 用来优化防砂装置上的筛管缝隙尺寸 这种模型基于整个粒度分布的分型描述, 所用粒度分布基于砂粒数量而不是质量 [5] 研究人员用取自北海和挪威外海 Haltenbanken 区域的砂样进行了系列试验, 建立了绕丝筛管性能结果数据库 根据上述试验和基于砂粒数量的粒度分布, 为每种试验砂定义了四种缝隙宽度 :d --,d -, d +,d ++ ( 图 3) d -- 代表最小缝隙尺寸, 此种情况下会发生严重堵塞 ;d ++ 代表最大缝隙尺寸, 此种情况下会连续出砂 d - 和 d + 分别代表不会发生严重堵塞和不会发生连续出砂的最小缝隙和最大缝隙尺寸 [6] 最佳缝隙尺寸应介于 d - 和 d + 之间 完井工程师常用上述标准限定筛管尺寸范围, 然后在实验室进行防砂试验 (SRT) 来最终确定最佳筛管尺寸 一般进行两种防砂试验 : 砂浆试验和预充填试验 砂浆试验是用来复制井筒周围岩石逐 d d d + d ++ 图 3: 筛管缝隙宽度范围与筛管选择 通过数学建模和实验室试验, 科研人员根据砂粒直径 (d) 为每种目标砂选了四种缝隙宽度 下限与上限筛孔分别定义为 d -- 和 d ++ 最佳筛孔范围应满足既不堵塞也不出砂, 介于 d - 和 d + 之间 ( 绿色阴影 ) 4. Coberly, 参考文献 2 5. Markestad P,Christie O,Espendal Aa 和 Rørvik O: Selection of Screen Width to Prevent Plugging and Sand Production,SPE 31087, 发表在 SPE 地层破坏控制座谈会上, 美国路易斯安那州 Lafayette 市,1996 年 2 月 日 6. Markestad 等人, 参考文献 5 7. Chanpura RA,Hodge RM,Andrews JS,Toffanin EP,Moen T 和 Parlar M: A Review of Sand Selection for Standalone Applications and a New Methodlogy,SPE Drilling and Completion,26 卷, 第 1 期 (2011 年 3 月 ): Chanpura 等人, 参考文献 7 9. Mondal S,Sharma MM,Chanpura RA,Parlar M 和 Ayoub JA: Numerical Simulations of Sand-Screen Performance in Standalone Application,SPE Drilling and Completion,26 卷, 第 4 期 (2011 年 12 月 ): 油田新技术

6 渐破坏的情形 ( 图 4) 进行砂浆试验时, 低浓度砂浆以常速泵入, 在筛管周围形成一层填砂 因此这种砂粒滞留机理依靠的仅仅是粒度的排阻能力 预填充试验用来模拟井眼彻底坍塌的情形 技术人员在筛管上放置一个填砂模型, 然后泵入清洁无固体流体, 使流体通过填砂模型 由于已经有了填砂构造, 因此预填充试验过程中砂子的滞留既靠颗粒排阻也靠砂桥实现 最近研究表明目前的防砂试验建立方法和解释方法都倾向于选择这种或那种筛管 用来选择是砾石填充还是独立筛管防砂的传统标准过于保守, 总是让分析员倾向于砾石填充方法 与公认想法相反, 无数实验结果表明筛管堵塞很少出现在干净砂岩地层 ; 流体发生污染等因素会导致筛孔堵塞, 但这种风险可以通过充分的井筒准备有效减控 [7] 为了解决在选择筛管时意见分散和标准不一致的问题, 也为了更深入地了解防砂机理, 最近科研人员利用数值模拟方法评估筛管性能 这也是制定系统选择筛管流程之大型计划的部分工作 依赖公认标准选择筛管尺寸的做法基于粒度分布, 但这种粒度分布没有使用防砂试验结果 尽管公认标准有种种局限, 因为它们只是参考了地层粒度分布结果的少量参数, 并且还允许一定量出砂, 但是多数专家仍然继续使用这种标准, 不仅用来缩小筛管尺寸选择范围, 也用来进行防砂试验, 以便核验最终的筛管选择结果 图 4: 两种类型的防砂试验 砂浆试验 ( 上图 ) 用于模拟井筒周围地层逐渐破坏的情形 技术人员泵入低浓度砂浆, 使砂浆通过筛管, 然后测量通过筛管的沙量 ( 质量 ) 筛管上压力积聚与筛管接触的沙量 在实验室设计预充填试验 ( 下图 ) 时, 实验人员将砂样直接放到筛管上, 模拟井筒完全坍塌的情形 然后让液体流过沙子和筛管 之后, 技术人员在砂样上制造围压, 迫使沙子与筛管完全接触 技术人员测量通过筛管的沙量 ( 质量 ) 以及筛管上的压降 一般来说, 防砂试验提供三种有意义的结果 : 出砂与筛管防砂效率, 压力积聚与筛管堵塞趋势, 产出砂粒度分布, 均用来评估筛管侵蚀风险 然而, 目前已经公认对于任何粒度分布的纯净地层砂, 很少出现筛孔堵塞, 因此用于选择筛管的主要标准变成了瞬时出砂特征和产出砂粒度分布 工程师们利用过去五年针对具体筛管和粒度分布两种因素开发的模型可以确定这两个标准, 而且不必实际进行防砂试验 [8] 模型选项来自学术领域和行业领域的专家们组成了一个工作组, 他们研究了近期筛管试验进展 独立筛管应用解释成果和建模情况 根据他们的发现, 团队提出了一种基于实验室试验验证的数值模拟与分析模型的筛管选择方法 该方法的主要目的是消除或减少针对已知应用条件选择筛管尺寸和类型时必须 进行的物理防砂试验次数, 同时更深入了解防砂科学原理 专家们通过防砂试验数值模拟, 不断匹配试验资料, 试图了解粒度分布与筛管特征的综合影响, 找出它们之间的关系, 并试图建立出砂与地层砂粒度分布之间的关系, 他们的研究直到停止出砂或仅限于小粒径出砂才结束 [9] 团队首先研究了结构较简单的绕丝筛管, 并用离散元法 (DEM) 执行模拟实验 2015 年 9 月 25

7 必须的, 但影响出砂量的最重要参数是筛管缝隙宽度与砂粒直径比 同样, 流体粘度大和压力梯度小也有助于形成砂桥 ; 当压力梯度低于 2.3MPa/m(100psi/ft) 时, 流体压力增加会加大出砂量 但是当压力梯度更高时, 不存在上述依存关系 图 5: 用离散元法 (DEM) 模拟防砂试验 科研人员通过 DEM 法跟踪计算范围内或模拟盒 ( 左图 ) 中每个颗粒的质量 速度 受力和动能等信息 研究人员在一段绕丝筛管 ( 蓝层 ) 上制造一层多分散粒状球的充填结构 ( 彩球 ), 然后泵入一种流体, 使流体通过这层充填结构, 用 DEM 法和一款分子动态模拟软件模拟预充填试验的动态表现 每种尺寸的颗粒的特别尺寸和数量通过相应试验所用地层砂样实测的粒径分布结果获得 然后用 DEM 模拟计算每种筛管尺寸和粒径分布下单位筛管面积上的出砂量 多分散粒状球模拟试验将近结束时 ( 需要在 48 个处理器集群上运行 48 小时 ), 砂粒 ( 右图上绿球 紫球 棕色球 蓝色球和白球 ) 在筛孔上形成了砂桥 ( 粉色 ) 这种数值模型描述力学行为, 如组合球体管尺寸和粒度分布计算筛管单位面积上的的质量 速度 受力和角动量 ( 图 5) [10] 出砂量 研究人员首先在绕丝筛管周围制造一层多为了精确表达问题的实质, 研究人员分散颗粒状球的充填结构, 然后泵入一种用各种参数进行模型试验和验证 研究发流体, 使流体通过这层充填结构, 模拟进现摩擦力和剪切力对于形成稳定的砂桥是行预充填试验 然后研究人员针对每个筛 % , 图 7: 滞留地层砂与产出地层砂的粒度分布 滞留到筛管上的第一层砂的粒度分布 ( 红色曲线 ) 应该是粒径大于缝隙宽度的颗粒形成的粒度分布 滞留到筛管上的第二层砂的粒度分布 ( 绿色曲线 ) 接近地层砂的粒度分布 ( 蓝色曲线 ) 由于滞留到第二层上的颗粒和粒径主要受滞留下来的第一层颗粒形成的孔隙尺寸影响, 因此最终滞留下来的颗粒的粒度分布和渗透率将和地层砂相同 ( 根据 Chanpura 等人的资料修改, 参考文献 13 ) 将 DEM 模型结果绘制成图后, 团队人员发现一种幂律关系 这种关系被实验资料绘制的结果证实, 说明模型与实验结果非常一致 根据这个新建立的关系, 团队研发了 Mondal-Sharma(M-S) 法, 它用产出固体颗粒的数量和尺寸估计产出砂的质量 ( 图 6) 将 M-S 法估算出的产出砂质量与实验产出砂质量进行对比分析, 发现它们相当吻合 M-S 法用 DEM 模拟结果建立一种简单的关联关系, 可用来估算产出砂量, 但不必对每种砂粒和筛管的可能组合进行 DEM 模拟 [11] 接下来研究团队将 M-S 法的应用扩展到方网筛管 (PSM), 得到了更多同样的结果 来自绕丝筛管和方网筛管模拟的某些结论包括 : 通过模拟能够估算出指定粒度分布和筛管尺寸下的出砂量 模拟结果与严格控制下的预充填试验结果高度一致 模拟结果表明单层方网筛管单位筛管面积上, 且对于单位开放流动面积上的出砂量, 比相同等级的 相应标准开放流动面积的缝隙产出砂量大 模拟结果表明绕丝厚度与筛孔尺寸的比值似乎是单层方网筛管出砂量增加的一个关键因素 [12] 随后研究人员将注意力转向解析解和蒙特卡罗模拟法, 试图预测砂浆试验条件下通过绕丝筛管和方网筛管的出砂量 结果表明解析解和数值模拟结果非常吻合 团队表明他们提出的方法能够估算砂浆防砂试验中产出固体的质量和粒度分布, 并且可以考虑地层砂的全部粒度分布 模拟结果还表明, 除了流动性细砂粒, 一旦筛管缝隙被粒径大于筛孔的颗粒覆盖, 出砂量就可以忽略不计 ( 图 7) 26 油田新技术

8 10% y = A 5 x b 5 R 2 = D p /W PSD A PSD B,% , , D 5A D 4A D 3A D 2A D 1A 1 图 6: 确定出砂量和整个地层砂粒度分布 Mondal-Sharma(M-S) 法利用通过宽度为 W 的筛管缝隙 粒径为 Dp 的颗粒数量间的关联关系 通过筛管的每种粒径的颗粒数量经过计量并对应每次模拟得到的 W/Dp 绘制成图 ( 上图 ) 在本例中, 地层砂粒度分布 A 和 B 均按照五种粒度分布 ( 下图虚线 ), 得到基于颗粒数量的粒度分布 (D 1A-D 5A, D 1B-D 5B), 用该结果布置模拟盒中的颗粒分布 ( 下图 ) ( 根据 Mondal 等人的资料修改, 参考文献 9 ) 正如在模拟预充填防砂试验的情况下一样, 团队提出的方法在砂浆防砂试验中可用于估算各种筛管尺寸下的出砂量, 因此可以根据公认出砂标准选择筛管尺寸 然后可以通过砂浆防砂试验验证选择的最 终筛管尺寸 [13] 结果表明 90% 以上的产出砂发生在筛管上形成第一层砂粒期间, 而且被滞留下来的砂粒的粒度分布, 在筛管上积聚了几层砂粒后, 逐步接近地层砂的粒度分布 研究结果还表明在筛管上积聚第一层砂粒期间产出的砂粒质量与粒径小于筛管孔径尺寸的颗粒的粒度分布形态无关, 主要受粒径大于筛管孔径尺寸的颗粒的粒度分布形态控制 另外, 研究人员还发现通 10. Cundall PA 和 Strack OOL: A Discrete Numerical Model for Granular Assemblies,Géotechnique, 29 卷, 第 1 期 (1978 年 3 月 1 日 ): Mondal 等人, 参考文献 Mondal S,Sharma MM,Hodge RM,Chanpura RA,Parlar M 和 Ayoub JA: A New Method for the Design and Selection of Premium/Woven Sand Screens,SPE Drilling and Completion,27 卷, 第 3 期 (2012 年 9 月 ): Chanpura RA,Fidan S,Mondal S,Andrews JS,Martin F,Hodge RM,Ayoub JA,Parlar M 和 Sharma MM: Advancements in Screen Testing, Interpretation and Modeling for Standalone Screen Application,SPE143731, 发表在 SPE 欧洲地层破坏会议上, 荷兰 Noordwijk 市,2011 年 6 月 7-10 日 2015 年 9 月 27

9 / kg/m 2 /OFA kg/m PSM PSM WWS WWS 图 8: 通过方网筛管和绕丝筛管的出砂量比较 单位筛管面积上 ( 上图 ) 和 单位开放流动面积上 ( 下图 ) 通过 175 微米单层方网筛管的 7 种粒度分布 的砂量大于通过 175 微米的绕丝筛管的砂量 ( 根据 Chanpura 等人的资 料修改, 参考文献 15 ) 过指定筛孔尺寸的方网筛管上过滤层的砂量大于相同缝隙尺寸的绕丝筛管上过滤层的出砂量 ( 图 8) [14] 筛管选择的神话团队的工作对很多业界广泛持有的 关于绕丝筛管和方网筛管的信念提出了一些质疑, 或者说增加了一些条件 这些公理是很多对于独立筛管的传统筛管选择方法的基础, 包括对地层砂堵塞筛管的争论 然而, 研究表明, 防砂试验结束后, 只有被陷住的砂粒滞留在筛管上时, 筛管的最终渗透率会是其原始渗透率的 5% 到 100%; 那么, 即使对于渗透率较低的独立筛管, 比如其原始渗透率为 300D, 被堵塞后筛管的最终渗透率最低为 15D 这个值仍然远大于多数地层的渗透率, 因此不可能造成堵塞 ; 发生堵塞通常是因为筛管内 外压差到了一定程度 但是, 如果质量较差的泥浆或泥饼与地层砂混合, 来自不同层段的粗粒和细粒砂混合, 或粘土及页岩与地层砂混合时, 很容易造成堵塞 [15] PSD 和 PoSD 在实验室用地层砂进行防砂试验时, 经常不需要粒度分布 但是, 如果井段上地层砂粒度分布范围较广, 或者如果采用根据指定粒度分布得到的样本进行防砂试验, 或者如果用模型来估测指定砂粒粒度分布与筛管组合情况下的出砂量, 就需要粒度分布 地层砂的粒度分布一般通过干筛分析或激光粒度分析来确定 [16] 干筛分析方法是让砂粒从上到下经过筛孔逐级变小的系列干燥筛, 通过机械分离手段确定粒度分布 测量被每个筛子网住的砂量, 然后计算每种筛孔的累计出砂 量, 最后在半对数比例图上绘制出砂量与筛孔的对应关系曲线 激光粒度分析方法通过测量激光束通过砂样时光的散射度确定粒度分布 光散射角与砂样的粒度成反比 [17] 为确保砂样送到测量装置过程中保持正确的浓度和稳定的状态, 对于激光粒度分析使用的砂样, 其分散状态应用干燥分散剂, 或在必要情况下用流体分散剂加以控制 治沙专家早就在不加区别地使用干筛和激光粒度分析进行防砂, 关于两种方法得到的结果存在差异, 在文献中也有详细记录 近期研究表明这种差异可能是由于颗粒的非球形形状 激光粒度分析用取样颗粒的不同 所用流体的不同和遮光度的不同造成的 根据上述观察结果, 建议将干筛分析确定的粒度分布用于砂浆防砂试验和基于上述模型进行的出砂预测试验 然而, 由于颗粒形状不同造成的误差或差异可能仍然存在 [18] 这种差异可能通过确定颗粒的形状特征和纵横比减到最低程度 14. Chanpura RA,Mondal S,Andrews JS,Mathisen A-M,Ayoub JA,Parlar M 和 Sharma MM: New Analytical and Statistical Approach for Estimating and Analyzing Sand Production Through Plain Square-Mesh Screens During a Sand-Retention Test,SPE Drilling and Completion,28 卷, 第 2 期 (2013 年 6 月 ): 研究表明关于出砂和筛管特征的很多假设都是不成立的 关于团队对传统假设条件的讨论, 请参考 Chanpura RA,Mondal S,Sharma MM,Andrews JS,Mathisen A-M,Martin F,Marpaung F,Ayoub JA 和 Parlar M: Unraveling the Myths Associated with Selecting Standalone Screens and a New Methodology for Sand-Control Application,SPE Drilling and Completion,28 卷, 第 3 期 (2013 年 9 月 ): Zhang K,Chanpura RA,Mondal S,Wu C-H, Sharma MM,Ayoub JA 和 Parlar M: Particle Size Distribution Measurement Techniques and Their Relevance or Irrelevance to Sand Control Design, SPE168152, 发表在 SPE 地层破坏控制国际会议暨展会上, 美国路易斯安那州 Lafayette 市,2014 年 2 月 日 17. Ballard T 和 Bears S: Particle Size Analysis for Sand Control Applications,SPE165119, 发表在 SPE 欧洲地层破坏会议暨展会上, 荷兰 Noordwijk 市, 2013 年 6 月 5-7 日 18. Zhang 等人, 参考文献 Mondal S,Wu C-H,Sharma MM,Chanpura RA, Parlar M 和 Ayoub JA: Characterizing, Designing, and Selecting Metal Mesh Screens for Standalone Screens Application,SPE170935, 发表在 SPE 技术年会暨展会上, 阿姆斯特丹,2014 年 10 月 日 20. Agunloye E 和 Utunedi E: Optimizing Sand Control Design Using Sand Screen Retention Testing, SPE172488, 发表在 SPE 尼日利亚年度国际会议暨展会上, 尼日利亚拉各斯,2014 年 8 月 5-7 日 28 油田新技术

10 图 9: 方网筛管的高分辨 microct 扫描图 方网筛管的三维图 ( 左 ) 可用商用计算机辅助设计格式 ( 这种格式能够保护并重现微小构造细节 ( 右 )), 根据 microct 扫描结果 ( 中 ) 重新构建 ( 根据 Mondal 等人的资料修改, 参考文献 19 ) 根据近期对网筛的调查, 模拟出砂情 况时需要考虑筛管分层设计的复杂程度 研究人员利用微计算断层扫描 (microct) 图像, 构建了两种金属网筛的三维图像 : 方网筛管和波浪网筛 (PDW)( 图 9) 虚拟网筛的三维图像通过和 microct 图像对比得到验证 然后团队又进行了 DEM 模拟, 其结果通过多层方网筛管和波浪网筛预充填防砂试验的验证 对 microct 扫描筛目结果的分析表明筛网层重叠明显, 因此影响了防砂效率 研究人员提出了一种计算指定筛网重叠情况下滞留砂粒的筛孔尺寸分布 (PoSD) 和有效筛孔尺寸的方法 计算出的 PoSD 可用于分析模型, 以改善砂浆防砂试验中的出砂量预测 得益于这项研究, 可用任何油藏砂粒度分布模拟公称尺寸的金属筛管的性能 如今, 由于团队已经能够确定方网筛管的特征, 因此作业公司可在较短时间内评估大量方网筛管, 从而减少已知油藏条件下选择最佳筛管尺寸所必须进行的防砂试验次数 [19] 不久这项研究将会包括更多筛管类型 按照颗粒数选择筛管工程师们通过防砂试验从根据筛孔与颗粒尺寸之间的关系选择的筛管范围内选 择最佳筛管 尽管防砂试验结果可能由于试验条件相对较小的变化受到明显影响, 但如果正确执行试验工艺, 还是普遍认为防砂试验是最终确定筛管的可靠方法 但是该工艺的缺陷在于令人质疑的 用于缩小筛管选择范围的传统做法, 和标准防砂试验中对压力积聚的误解 对于粒度分布变化较大的长水平井段, 如果采用该工艺, 作业公司常常要进行很多次耗时的防砂试验才能最终确定最佳筛管 作业公司用数值分析模型代替传统方法, 可以减少并最终消除对防砂试验的依赖 另外, 由于传统筛管选择方法过于保守, 采用软件辅助方法的作业公司可能会更多地选择独立筛管防砂, 而不是砾石充填防砂, 后者的成本一般较高 一家大型作业公司在西非海上作业时, 需要对非均质非胶结地层进行防砂作业 这家公司先用传统的 d10 法进行筛管预选, 然后进行防砂试验确定最终选择 完井团队也比较了实验室试验结果和数值模拟结果 目的储层在这块海上油田的第二个砂岩层 ; 钻进第一个砂岩层的井用防砂装置完井, 该装置只是根据传统方法进行了选定 然而, 被开采的第一个层段是非常均质的 分选性较好的储层砂岩, 其中的细 颗粒含量较低 相反, 位于第二个砂岩段的目的储层非常不均质, 分选性较差, 而且细颗粒含量较高 面临这种不利的防砂指标, 作业公司决定尽可能严格地执行筛管选择过程, 并将传统方法和防砂试验方法选出的结果与采用模拟和数学模型选出的结果进行对照检查 通过结果对比, 作业公司得出了这样的结论 : 基于防砂试验选出的筛管和基于数学模型选出的筛管基本相同 作业公司还补充道 : 尽管模型需要实验室资料进行校验, 但如果用于那些防砂试验资料广泛存在的地区, 模型非常有助于筛管尺寸选择, 且无需继续进行实验室试验 [20] 制定防砂策略时工程师们必须考虑的各种变量的数量及变量之间的相互影响极其庞大 复杂 多年来, 工程师们一直沿用前辈们的经验帮助他们分选数据, 并最终决策 但是现在, 由于计算机容量和计算能力的不断提升, 作业公司可以利用更精确 相互之间影响较小的方法进行防砂工艺选择 基于物理学和数学的新方法不仅提供了一条快捷 经济的全过程防砂工艺精选路径, 还使工程师们更加确信他们的选择是最适用于指定层段的最佳防砂措施 RvF 2015 年 9 月 29

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