论文题目：随钻地层流体取样抽吸探针结构优化及样品保真技术研究
摘要：随钻地层流体取样技术目前已经成为国内外油田服务公司研究热点,该技术是在电缆式流体取样、随钻地层压力测试、地层流体分析技术的基础上发展起来的一种随钻取样技术,可在刚打开油气层时迅速地收集低污染或无污染的地层流体,作业时间短,泥浆侵入浅,获取的地层数据更贴近地层真实情况。本课题围绕随钻取样工具主要研究了三个方面内容如下:（1）针对取样时使抽吸探针在较短的时间内抽吸获取到污染率较低的原始地层流体问题,以达西定律为基础,分析了储层、地层流体性质和钻井工况等,利用有限元软件COMSOL建立泥浆滤液侵入储层的仿真模拟,然后以被侵入泥浆滤液的储层为边界条件建立抽吸模型,通过改变抽吸模型中抽吸探针的大小、形状、空间布置和结构等,从中找到由于抽吸探针的变化而影响地层流体渗流场,并尽快地实现抽到低污染的原始地层流体样品方法,这个过程本文简称抽吸探针的优化。（2）针对如何实现对井底取得的地层流体样品进行保真问题,采用预充氮气与井底增压相结合的方法。在井底取得地层流体样品返回地面的过程中,为防止由于温度变化引起样品压力下降,事先将随钻取样工具中的氮气腔预充一定压力的氮气,井下取样后并与井下增压相结合作为样品保真方式,其目的是为了更高地提升保真程度,即地层流体样品到达地面时,保持其在地层中原有的化学组分且物理形态上没有相变。并根据原油泡点压力是否已知,将现场分为三种情况,以PVT状态方程为基础并引入压缩因子进行修正,针对该三种情况下的预充氮气压力、井下增压量和取样体积三个保真参数的取值进行了相应的推导和计算。通过对比只采取预充氮气的保真方法与预充氮气结合井底增压的方法,突出了两种方法相结合的先进性。并分析地面基础温度对保真参数计算结果的影响;最后以保真率为80%为最低界限,讨论了取样在此保真率以上现场应用本文的三种保真方法时,现场相关取样条件参数的允许误差变化范围。（3）为保证样品储罐在高温高压的井下工作的可靠性,本文研究了样品储罐筒体以及所用单向阀在最大工作载荷下的受力情况,并对样品储罐采用的O型密封圈及格莱圈进行密封性能的分析,防止密封圈损坏导致储罐介质泄露,达不到保真的效果。为了使下井取样一次经济效益最大化,并以样品储罐一次最少能取到500ml样品为目标,对样品储罐长度进行了优化,并在优化结果的基础上再次对前述三种保真方式下的相关保真参数进行了分析和计算。
关键词：随钻取样;渗流;抽吸探针;样品保真;密封
学科专业：动力工程及工程热物理
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外应用现状
1.2.1 随钻地层流体取样技术国内外研究现状
1.2.2 抽吸探针国内外研究现状
1.2.3 地层流体保真技术国内外研究现状
1.3 随钻流体取样工具各模块简介
1.4 本文主要研究内容
第二章 抽吸环境的理论分析及相关参数的确定研究
2.1 前言
2.2 取样所在岩层的相关参数分析研究
2.3 取样地层流体的类型及相关参数研究
2.4 钻井液相关参数研究
2.5 取样地层钻井压差相关参数研究
2.6 两相渗流理论基础分析研究
2.6.1 考虑毛管力的两相渗流模型
2.6.2 不考虑毛管力的两相渗流模型
2.7 本章小结
第三章 随钻地层流体取样抽吸探针的优化研究
3.1 前言
3.2 泥渗透过程模型建立
3.2.1 几何模型建立
3.2.2 渗透模型的边界条件与网格划分
3.2.3 渗透模型参数设置
3.3 抽吸模型建立
3.3.1 几何模型建立
3.3.2 抽吸模型的边界条件与网格划分
3.4 抽吸模型的正确性验证
3.4.1 无关性验证
3.4.2 模型正确性验证
3.5 抽吸探针尺寸优化
3.6 抽吸探针截面形状优化
3.7 抽吸探针空间布置方法优化
3.7.1 井筒周向探针数量的优化
3.7.2 中心群布置方法的优化
3.7.3 井筒轴向探针数量的优化
3.8 抽吸探针结构优化
3.9 本章小结
第四章 预充氮气与井底增压的保真技术研究
4.1 前言
4.2 氮气压缩因子性质研究
4.3 样品储罐氮气腔室状态方程计算
4.3.1 维持原始地层压力情况
4.3.2 已知地层流体泡点范围情况
4.3.3 预充定压氮气的应急情况
4.4 地面基础温度变化对保真方法的影响
4.5 保真率误差分析
4.5.1 维持原始地层压力的保真率误差
4.5.2 已知地层流体泡点的保真率误差
4.5.3 预充定压氮气的保真率误差
4.6 本章小结
第五章 样品储罐密封性能研究及结构优化
5.1 前言
5.2 筒体强度校核分析
5.3 单向阀强度校核分析
5.4 密封圈密封性能分析
5.5 样品储罐结构参数优化
5.5.1 维持地层原始压力对应的筒体长度优化
5.5.2 已知地层流体泡点对应的筒体长度优化
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
作者和导师简介
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