井下局部反循环清砂系统优化设计研究
目前，随着很多油田进入高含水期，注水开发工艺的长期应用降低了地层的胶结程度，与此同时，随着石油钻采技术的快速发展，诸如填砂压裂等一些新型钻采工艺的广泛使用也加剧了油井出砂现象。油井出砂对石油的开采造成了很大的影响，一直以来都是行业亟待解决的难题之一。现场传统的正循环或反循环冲砂工艺在深井中作业成本很高，尤其对于很多裸眼完井的油井，其地层的压力较低，导致井底漏失量大甚至冲砂液失返，从而无法形成整体循环，难以达到清砂目的。 为了解决对于漏失井和深井使用传统冲砂方法清砂难度大的问题，提出一种利用射流泵在井下形成局部反循环的清砂工艺思路，该工艺思路适用于深井、浅井和漏失井等多种井况。进行了工艺流程优化设计，通过多级沉砂提高清砂效率，并进行整体和部件结构设计与优化，以及局部反循环流场模拟计算。具体研究内容如下:(1)在分析比较国内外常用油井清砂方法基础上，设计了以射流泵为核心的井下局部反循环和多级沉砂的清砂工艺和系统，并对不同性质冲砂液的携砂机理进行了分析。针对平均粒径为1.0mm、密度为2632g/m3的砂粒，计算得到以水为冲砂液时所需的最低携砂速度为u1=0.7m/s。 (2)研究并应用射流泵设计理论，结合井下采油用射流泵设计基础，针对井下清砂工艺要求，以某油田某区块的油井为研究对象，根据现场作业提供的流量、压力等参数，进行了清砂用射流泵的结构设计和尺寸计算。选用固定式、正循环式的射流泵结构，计算得到其喷嘴出口直径为d1=4.4mm，喉管直径为d2=7.7mm。 (3)依据射流泵设计理论，编制了井下清砂用射流泵设计选用软件，解决了现场喷嘴和喉管尺寸选用不便的问题，避免在面对不同工况条件时重复大量计算。 (4)使用CFD数值模拟的方法对清砂用射流泵的其他结构尺寸进行仿真优化，得到喉嘴距为Lc=1.0d2=7.7mm、喉管长度为L2=6.2d2=48mm、分段扩散管总长度L3=174mm。 (5)对其它主要的配套清砂工具集砂器、磨砂器等进行了结构设计计算，并使用CFD数值模拟的方法进行了尺寸优化，集砂器内外流通面积比应在0.2以上，选用出砂孔尺寸35×22mm、磨砂器的水眼3×Φ36mm。 (6)依据设计和仿真优化尺寸加工了清砂用射流泵和集砂器，对清砂用射流泵进行了高压和低压密封试验，对其强度和密封性能进行了验证。使用清砂工具在某油田进行了下井清砂试验，根据试验结果分析提出了下一步清砂工艺的优化措施。
油井出砂;局部反循环清砂系统;结构设计;参数优化
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
颜廷俊
2021
中文
TE935.02
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）