泡沫流体冲砂洗井数值模拟研究及应用

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1、中国石油大学（华东）博士学位论文泡沫流体冲砂洗井数值模拟研究及应用姓名：孙茂盛申请学位级别：博士专业：油气田开发工程指导教师：李兆敏20070401泡沫流体冲砂洗井数值模拟研究及应用孙茂盛(油气田开发工程)指导教师：李兆敏教授摘要通过室内实验的方法，对油田常用的几种发泡剂进行了筛选，从发泡能力、抗盐性、抗油性和抗温性等几个方面综合评价，实验结果显示LJI-I．03发泡剂具有良好的性能，将8％0作为LJH一03发泡剂的最佳发泡浓度。并且通过实验的方法确定(O．4-0．6)％CMC—HV+(0．3-0．5)％PAM作为稳定剂体系。通过落球法测得了泡沫流体

2、的静态粘度随泡沫质量的变化关系。论文以直井、斜井、水平井冲砂洗井的正循环方式为研究对象，利用FLUENT软件中的离散相模型对泡沫流体在油套环空中的携砂能力进行了数值模拟研究。得到了不同直径的砂粒在泡沫流体中的携砂率和停留时间随环空管道倾角和泡沫流体流速的变化关系，与相同条件下水的性能进行了比较，并进行了定性分析。从模拟结果可以看出泡沫流体具有良好的携砂能力，而且更适合于水平井的冲砂洗井。环空偏心使得泡沫流体的携砂率降低，而对接近水平段的影响尤为突出，对接近竖直段的影响较小。在现场泡沫流体冲砂作业中应尽量减小油管的偏心，保证较高的携砂率。根据质量守恒方

3、程、动量守恒方程和能量守恒方程建立了泡沫流体冲砂洗井的数学模型，该模型可以用于冲砂洗井井口参数设计。编制了相应的计算程序，通过算例对井筒内泡沫流体循环过程进行了模拟，得到环空回压与井口注入压力、井底压力、井口注入气体流量、泡沫基液的流量之间的关系。从计算结果可以看出，环空回压对其它各参数的影响较大，现场应用时应注意对环空回压的控制。通过现场实验可以看出，该程序能够满足直井、斜井、水平井冲砂洗井的要求，泡沫冲砂有效防止了冲砂液漏失，能够顺利建立起油套循环，并且冲砂洗井后能够迅速恢复生产，产量还有一定的增加。泡沫流体冲砂洗井技术是清除低压油井井底出砂的一

4、项有效措施。论文的结论对完善泡沫流体冲砂洗井理论，指导现场应用具有重要的意义。关键词：泡沫流体，非牛顿流体，冲砂洗井，携砂能力，数值模拟StudyonHorizontalWellSand—flushingwithFoamFluidSUNMao—shengDirectedbyProfessorLIZhao‘nlinThroughlaboratoryexperiment,severalkindsoffoamingagentswhichareoftenused证oilfieldareresearched．11leabilitiesoffoaming，sal

5、tresistance，oilresistance，andtemperatureresistanceoftheagentswereextimated．TheresultshowsthatLJH一03hasgoodperformance．andthebesteoneertationofLJH一03isO．8％．nIecompositionofstabilizersystemis(0．4—0．6)％CMC—HV+(0．3—0．5)％PAM．Rheologyandstaticviscosityoffoamfluidweregained．Sand-flush

6、ingofdirectwell，inclinedwellandhorizontalwellwasresezrched．DiscretephuscmodeinFLUENTwasusedtosimulatesandcarryingcapabilityoffoamfluid，andrelationsofsandcarryingrateandresidencetimeinfoamfluidtoinclinationangleofannularpipeandfluidyelocitywereresearched．11lesimulationresultsoff

7、oamfluidWel"ecomparedwiththatofwateronthesamecondition,andqualitativeanalyseswereprovided．-ItCallbeseenthatsandingcarryingcapabilityoffoamfluidismuchbetter,anditisespeciallysuitableforsand-flushingofhorizontalwell．Sandcarryingrateisincreasedwiththeincreaseoffoamfluidveloeity,an

8、ditisdecreasedbecauseofannularspaceeccentricity．Theimp