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1、第26卷第2期石油钻采工艺Vol.26No.22004年4月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYApril2004水平井砾石充填参数优化设计的正交数值试验法董长银张琪曲占庆(石油大学,山东东营257061)摘要影响水平井砾石充填效果的施工参数包括砂浆排量、携砂比、携砂液黏度、冲筛比和滤失强度等,影响机理比较复杂,采用常规方法难以对其进行优化设计。首先确定这些因素的位级取值,然后使用正交表对其进行排列组合
2、得到少量组合方案。利用水平井砾石充填数值模拟软件对这些组合方案分别进行数值试验,得到每种方案的充填效果评价指标;采用直观分析方法确定最优参数组合。对最优参数组合重新模拟表明,正交数值试验法得到的施工参数组合确实能达到最好的充填效果。采用方差分析法得到各因素对水平井砾石充填效果影响程度从大到小排序为:携砂比、冲筛比、充填排量、滤失强度、携砂液黏度。关键词水平井砾石充填优化设计正交试验数值模拟水平井砾石充填施工参数设计的目的是优化组优的水平井砾石充填施工参数组合意味着不但能达合施工参数,避免提前堵塞,使充
3、填过程稳定安全并到100%完全充填,还要能保持充填过程的稳定达到100%的充填率。施工参数主要包括砂浆排和安全,因此只用充填率并不能全面评价不同参数量、携砂比、携砂液黏度、冲筛比和滤失强度等。水组合的优劣。平井砾石充填实质是存在携砂液滤失条件下的固液充填过程是否安全稳定可采用最终砂床平衡两相变质量流动和砂床运移过程,上述参数影响充高度指标来评价。最终充填前沿砂床高度越高,则填效果的机理比较复杂,充填率与这些参数之间没提前堵塞的危险性越大;相反,如果最终砂床高度过有显式的关系方程。目前的参数设计方法主要是根低,则
4、说明充填过程中难以形成稳定的平衡砂据一些简单的水平充填室内试验或分析模型对某些床,会导致充填过程达不到密实充填效果。因参数进行局部设计,而对全部施工参数进行系统全此,最终砂床高度太高或太低都意味着较差的充填面的优化组合设计还没有较好的解决办法。效果。为得到无因次充填过程安全稳定性评价指正交试验设计是一种利用规格化正交表来科学标,可认为当充填过程的平衡砂床高度等于井筒合理地安排与分析多因素试验的方法,具有可靠性半径时充填最稳定,效果最好。无因次最终砂床高度评价指标可表示为高、使用较少的试验次数便可找到最优试验结
5、果等
6、Rw-Hb
7、优点。本研究将针对目前水平井砾石充填参数设计H=1-(1)bRw存在的问题,采用正交设计对各施工参数位级进行式中,Hb为最终砂床高度,mm;Rw为井筒或套管排列组合,得到部分组合方案;然后利用笔者开发的内半径,mm;H为最终砂床高度评价指标,无量水平井砾石充填数值模拟软件对这些方案进行模拟b纲。并对结果进行直观分析和方差分析,进而确定最优砂床高度评价指标H越大,表示充填过程越参数组合;首次提出一套可靠的对水平井砾石充填b安全稳定。充填率本身为无量纲量,可直接作为充施工参数进行全面优化组合设计
8、的理论和方法。填率评价指标。但在正交试验中,每种方案试验结1施工参数组合的综合评价指标果只需一个指标来表示,因此需将砂床高度评价指水平井砾石充填包括和两个充填过程。最标和充填率指标表述成一个综合评价指标,表示为国家自然科学基金资助项目:水平井砾石充填动态模型及其应用研究(No.50274055)。作者简介:董长银,1976年生。1998年毕业于石油大学(华东),现在采油研究室从事采油工程、固液两相流与防砂方面的教学与科研工作,博士,讲师。电话:0546-8393777。董长银等:水平井砾石充填参数
9、优化设计的正交数值试验法43V=HH+PP(2)数相同。bb将充填排量、携砂比、携砂液黏度、冲筛比、滤失H+P=1b强度5个参数作为正交设计考虑的因素。考虑到数式中,P为充填率评价指标;H、P为砂床高度、b值模拟的计算量较大,根据实际需要,将每种因素的充填率评价指标的权重系数,可分别取0.25和取值分为4个位级,各因素各位级的取值见表1。0.75;V为水平井砾石充填效果综合评价指标,无表1各因素各位级的取值量纲。因素A因素B因素C因素D因素E综合评价指标越高,施工参数组合能达到位充填排量携砂比携
10、砂液黏度冲筛比滤失强度100%充填,且充填过程越安全稳定,充填效果越好。级-1/%/mPas-1/Lmin/L(minm)2正交数值试验设计及模拟结果1400510.50.12550850.60.5某水平井水平段长400m,裸眼砾石充填完井,370010100.71.03筛管外径89mm,携砂液密度1000kg/m,砾石尺485015150.81.
