水平井水力冲砂欧阳传相

5
4 1 F F 3 2
砂粒沉降实验装置示意图
1 水箱 2 离心泵 3 流量计 4 实验管 5 加砂管段
实验数据及结果分析
实验数据及结果分析
1号增粘剂的实验结果分析:
1号增粘剂实验数据
浓度（ mg/L） 粘度 （mPa·s） 密度 （g/ml） 砂粒在该溶液中的平均沉降速 度（cm/s） 估算成本 （元）
6
2 2 l h g d t d y
返排井口压力
摩阻系数的确定
雷诺数的计算：
Re 0.0121 n Rti R yo V 2 n l
n n
2n 1 K 3n
冲砂液紊流雷诺数
泥古拉兹公式：
0.003 0.221Re 0.237 (3.4<lgRe<8）
T
砂 粒
F
w
悬浮于冲砂液中的砂粒受力示意图
式中：
W

6
ds s g
3
T

6
d s l g
3

6
d s3 s l g c d l d s2 vl2F cd Nhomakorabea8
d s2 l vl2
不同雷诺数下的颗粒移动阻力系数
在层流条件下（Re<1） : 3
Cd Re
过渡流条件下（1<Re<500）: 5
2d s l vl s g 9
2
vl 0.0707d s
s l 3
( l )
1 3
2
③ 8 d s l g 1 s
3
1 2
l

雷诺数的计算:
l d yivl Re
计算结果
根据实际资料砂粒中值直径为1.3mm, 冲砂液密度为1 砂粒密度为2.6g/cm3 经计算得，紊流区的沉降末速为0.234m/s 通过做流体携砂实验，得出不同粒径的砂粒在不同的流 体速度中的沉末速度。从而得出流体速度与砂粒沉末速 度之间的关系，并得出使砂粒运移的最小速度。经过实 验得到： 只要保持冲砂液流速在砂粒沉降末速的3倍以上就可以基 本上把砂粒携走。
水平井岩屑床厚度计算及预测
对于水平井来说，冲砂的关键在于水平段的岩屑沉积形成岩屑 床的问题。 因此，对于水平井冲砂主要是避免岩屑床的产生或使岩屑床厚 度限制在某一合适的范围内.
0.3 1 0.578 Vc Va TCB 0.015Dh e 6.15e 1 0.71 0.55sin 2 V 0.4 d
对上式进行简化和归一化处理得：
vl 3vs
流速在砂粒沉降末速的3倍以上就可以基本上把砂粒携走
其中: vl―冲砂液的速度, m/s vs ―砂粒在不同流速下的沉降末速, m/s “-” ―流体流速方向
颗粒形状对沉降末速的影响 原因:油层所产出的砂粒，大都是不规则形状的，
由于形状不规则的砂粒在流体中自由沉降时的阻力系数比球形 颗粒大，且其在沉降过程中往往伴随有随机的横向上的漂移运 动，因此在其他条件相同的情况下，形状不规则的颗粒要比球 形颗粒的沉降末速小。工程实践中，在球体的沉降末速公式中 引进形状系数α
v ls av l
可以用静态沉降实验的方法直接测取实际油层砂粒的形状 校正系数 ,经过现场砂样实验得到: α=0.75
颗粒体积浓度对沉降末速的影响
当浓度很小时，颗粒沉降过程中彼此干扰很小，可看成自由沉 降。当浓度大到一定程度后，如冲砂液携砂时颗粒相互干扰， 使沉降速度低于自由沉降速度时,
vls S V 1 vl 2 . 25 d s
在冲砂液冲砂过程中，由于重力、摩阻损失会对冲砂液 压力产生影响，因此需要对此进行计算：
p p井口 P G P
2 2 l h P 10 gdy
6
冲砂液井底压力
PG 106 l gh
冲砂液返排过程
p返排压力 p井末端 P G P
P 10
0
500 1000 1500
1.12
1.25 2.97 4.13
提
一、 文献调研
纲
二、水平井水力冲砂最优工作参数计算 三、冲砂液性能对冲砂效果模拟实验研究
四、管柱力学分析
五、 结论与建议
二、水平井水力冲砂最优工作参数计算
1、砂粒沉降末速计算
沉降末速是指在砂粒在沉降运动时，当阻力、重力和浮力 三者达到平衡时，砂粒的沉降速度不再增加，这时的沉降 速度就为沉降末速
Q min 3600 A min
2 d c d2 t A 4
冲砂液最小返速
其中:A为反冲砂横截面积
根据最小返空流速为0.711m/s,没有井底漏矢时,则可以计算得到 泵排量为48.72 m3/h(7寸套管，2.5寸油管)和25 m3/h（5.5寸套管， 2.5寸油管）
冲砂液井筒压力计算
流体携砂实验处理结果
流体携砂实验数据
粒径 ds(mm) 井筒 砂粒平均 流体 沉降末速 vs(m/s) 平均 流速 v(m/s)
0 0.01824 0.06440 0.10482 0.11691 0.288 0 0.02224 0.05578 0.06413 0.07138 0.06997 0.06432 0.04845 0.03737 0.03066 0.03096 0.02393 0.01427 0.01057 0.00878 0.149
Cd 4 Re
层流区沉降（Re<1）则沉降末速为： vl
s l
18
d s2
过渡区沉降过渡流条件下（1<Re<500），则沉降末速为:
s l 2 g 15
2
vl d s 3
紊流条件下 （2000<Re）:
①斯笃克方法 ②刘希圣计算法 ③牛顿－雷廷格计算法 ① ②
圆弧段砂粒沉降末速 圆弧段砂粒沉降末速计算
环空止动返速是阻止砂床沿套管壁成层向下滑动的环空返速。 当砂床相对于下套管处于静止状态时，此时的返空速度就为 环空止动返速
n 1 2 n 1 n r1 r2 n o n r1 r2 n r1 r2 2 1 1 2(r1 r2 ) K n 1 2 n 1 1 n
小
小结
结
根据最小返空流速为0.711m/s,没有井底漏矢时, 则可以计算得到泵排量为48.72 m3/h(7寸套管， 2.5寸油管)和25 m3/h（5.5寸套管，2.5寸油管）; 考虑井底漏矢量,则泵排量分别为66.8 m3/h和43.1 m3/h。
提
一、 文献调研
纲
二、水平井水力冲砂最优工作参数计算 三、冲砂液性能对冲砂效果模拟实验研究
4.利用暂堵剂提高冲砂效率 水溶性冲砂暂堵球： 优点：适用于严重亏空，冲砂漏失不返液的油层条 件。 油溶性树脂暂堵剂： 优点：能正向堵住孔隙，阻止修井液漏入地层，且 能溶于原油，并随原油一起采出，使地层渗透率得以恢 复。
水平井管柱受力分析调研
1.平面揉杆模型
造斜段管柱受力
2.三维立体模型
造斜段管柱受力
粒径 井筒流体 ds(m 平均流速 m) v(m/s)
砂粒平 均沉降 末速 vs(m/s)
0.05799 0.04201 0.03436 0.02891 0.02326 0.02080 0.01340 0.00997 0.00790 0.00461
0.417
0.355
0 0.04490 0.05987 0.07496 0.09028 0 0.02164 0.03045 0.03916 0.04592
64 Re
冲砂液摩阻系数 （Re<2000）
计算结果
根据辽河油田现场资料水平井垂直深度850m, 经计算得垂直井段压降为8.5Mpa。 摩阻损失1.2Mpa.从而可以计算得到冲砂液井底压力为 7.3 Mpa。
井底渗入量计算
利用下面模型进行漏矢量计算：
542.87K h h ' p / 0 B 0 q a h ' / sin ' ' 4R eh h h ln ln S L L 2R wh
2.优化冲砂方式提高冲砂效率 密闭连续冲砂洗井技术： 优点：可不停泵进行换单根作业，从而实现密闭连续冲砂作 业，降低地面污染。 3.改进各种设备提高冲砂效率 低压井捞砂配套设备： 优点：降低清砂成本、消除漏失对油层的伤害、延长油井生 产周期。 油井负压冲砂装置： 优点：可使井底压力始终小于油层压力，既能清楚积砂，又 能保护油气层。
d' 3 1.75 10
6
r0 1.75 ghw w w / d s 2 s l 3 . 6 gds r* d ds l o s
2
根据辽河油田现场资料，水平段套管内径为109mm,油 管内径为62mm.砂粒中值直径1.3mm, 砂粒密度为2.6g/cm3,冲砂液密度为1g/cm3.经过利用上 式计算得到，水平段砂粒沉降末速为0.148m/s.
经计算结果为：圆弧段环空止动返速为：0.2176 m/s
由流体携砂实验结果得到:冲砂液的流速大于砂粒沉降末速的3倍 以上，则冲砂液可将砂粒携带出去。 从而得最小环空返速为0.711 m/s
水平段砂粒沉降速度 水平段砂粒沉降速度计算
在水平段，一定条件下，砂粒会达到一种“动平衡”状态。 “动平衡”状态是指砂床受到床面冲砂液的剪切应力、床层底部 与下井壁的摩檫力以及岩屑床所受到的重力和浮力达到的一种相 对平衡状态
0.667 s l c s 0.333 l l e