元坝气田完井管柱泄漏井口带压诊断分析

元坝气田投产以来,普通存在环空带压现象,由于恶劣的井下腐蚀环境以及复杂的井况,使得完井管柱泄漏引起油套环空异常起压常见于生产过程中。首先通过模型建立与实例计算获得了油管环空异常起压规律,并结合参数敏感性分析提出相应的异常起压控制措施。研究结果表明,泄漏点深度越浅,井筒安全风险越大,保证井口及上部完井管柱的完整性至关重要;降低泄漏点等效直径,有利于控制井筒安全风险;存在一定环空气腔高度,即环空不充满保护液,有利于降低环空压力的上升速度。通过不同泄漏类型的模拟计算,总结了完井管柱泄漏引起油套环空异常起压的四种典型模式,并将其进行了现场应用,通过比对元坝1-1H井的现场压恢实测曲线,实现了该井泄漏类型和井筒安全风险的快速判断。     

生产管柱泄漏气井油套环空起压模式对比

生产管柱泄漏是诱发气井油套环空(以下简称环空)带压的主要原因之一.为了弄清典型环空起压模式的特征和风险,文中建立了基于气体PVT性质和体积相容性原则的环空压力计算模型.研究结果表明:因浅层生产管柱泄漏,气井环空压力呈现出上升速度快、上升周期长和压力高的特点;泄漏点孔径的增加将导致泄漏速率和压力上升速度大幅增加,大孔浅层泄漏具有压力高、速度快、气体体积大的特点,风险最高,而小孔深层泄漏风险最低;同一深度泄漏点,无因次环空压力上升周期与无因次泄漏点孔径呈幂函数关系,可用于快速判断泄漏程度;根据最大允许环空压力、关井状态下的生产管柱内及环空压力分布,可确定泄漏深度阈值,防止在该深度以浅发生泄漏,从而避免环空压力超过最大允许值.     

油套环空带压气井漏点位置放压诊断研究

高压含硫气井中天然气通过完井管柱渗入油套环空的情况较常见,环空压力超过额定承压能力时,气井将面临较大泄漏风险。漏点位置是适当控制油套环空压力、制定处理措施的重要参考数据。下入漏点检测仪器可确定漏点位置,但是影响生产,费用高,目前应用较少,因此有必要研究漏点位置地面放压诊断方法。基于多相流原理,首先研究了油套环空带压的原因与过程,提出了3类带压原因及其特点,5个气体窜入环空的过程与带压特征,然后针对完井管柱渗漏引起的油套环空带压,依据长时间渗漏后达到压力平衡的原理,建立起压力平衡模型,在此基础上依托多相流计算形成漏点位置计算方法。将油套环空放压测试与漏点位置计算方法相结合,进一步形成漏点位置放压诊断方法,并开展现场应用,确定了漏点大致位置,对油套环空带压气井的生产管理提出了有效建议。形成的漏点位置放压诊断方法为简便有效地粗略确定漏点位置提供了途径,对气井的生产管理和措施制定具有重要作用。     

高压、含酸性介质气井油套环空泄漏速率计算

气井完整性失效最根本的原因就是管柱发生泄漏,从而导致气井环空异常带压,威胁气井安全生产。环空泄漏速率是判断气井完整性是否失效最核心的参数。目前,有国外石油公司通过设备现场测量环空泄漏速率,国内还未有可靠的方法确定环空泄漏速率。提出了两种环空泄漏速率的计算方法:一是安全阀法,借鉴井下安全阀泄漏速率的判别方法;二是微分法,建立气体在环空泄漏的理论模型,并通过输气管道小孔泄漏模型确定边界条件。由于现场泄压数据的影响,井下安全阀法不适用于现场,可采用微分法进行环空泄漏速率计算。应用微分法对塔里木油田DN2气田进行了实例验证,与现场实际吻合较好,表明该环空泄漏速率计算方法较为可靠,对现场生产有一定参考价值。     

基于积分原理的气井油套环空泄漏面积和泄漏速率计算方法研究

随着气井完整性理念的逐步推广,尤其是高温、高压、含酸气气井非常重视气井完整性管理与评价。环空泄漏速率是判断气井完整性是否失效最核心的参数。国外设备可测量环空泄漏速率,但高温、高压、含酸气气井现场作业风险高,成本高,如何安全有效地确定气井环空泄漏面积和泄漏速率是目前面临的难题。根据平衡原理,得出环空泄漏点位置,借鉴输气管道小孔泄漏模型,基于积分方法,确定环空泄漏面积,进而得出环空泄漏速率计算公式,可得出任意时刻环空泄漏速率。基于积分原理的气井油套环空泄漏速率计算方法在塔里木油田DN2气田现场吻合较好。     

基于贝叶斯网络的气井环空带压风险评价模型及应用分析

针对气井生产过程中环空带压日益严重导致井完整性失效风险上升这一问题,开展了环空带压风险评价研究。建立了基于贝叶斯网络和实际生产数据的环空带压风险预警模型,该模型将影响环空带压的因素分为油套管泄漏和水泥环失效两个单元,确定了各个单元的主要风险因素和风险失效概率,在此基础上,建立了环空带压风险量化评价指标,并进行了相应风险等级划分,形成了气井环空带压风险评价方法。统计了新疆采气一厂的191口井的失效概率,进行了实例应用,结果表明:该模型可对环空带压的潜在风险进行定量计算,可推理得出主要风险因素的逆向成因,为预防和控制环空压力提供决策依据,有助于降低气井环空带压风险的发生概率。     

基于压力恢复测试的气井油套环空泄漏程度评价

"三高"(高温、高压、高产)气井在开发过程中越来越多地出现环空带压问题,环空带压预示着井筒发生泄漏,井筒完整性受到削弱,威胁气井安全生产。气井井筒完整性失效最根本的原因就是管柱发生泄漏。在借鉴已有研究成果的基础上,利用平衡原理,计算环空泄漏点深度;基于环空压力现场诊断测试曲线,建立了一种环空泄漏程度评估方法。该方法通过拟合现场实测数据,可预测环空压力的发展趋势,评价环空井筒泄漏的速度和泄漏点的等效直径。该方法对环空异常带压的诊断评估、环空压力的控制具有重要意义。     

川西积液水平井井筒压力及液位预测

正确预测积液水平井井筒压力与液位是优选排液工艺、制定排液参数的技术关键。基于U型管原理,结合流体静力学与动力学方程,建立了积液水平井油管与油套环空压力平衡模型。模型中油管压降来源于液位以上流动气体与液位以下的两相流动,其两相流持液率基于漂移模型得到;油套环空压降则来源于液位以上的静气柱压力和液位以下的静液柱压力;油管与油套环空压力在井下连通点处相等;模型计算采用了先借助地面回声仪获得油套环空中的液位,再利用模型求解油管液位及压力的方法。川西气田什邡6-1HF水平井的模型预测压力与实际测压数据的误差为3.75%,表明该方法能够正确预测川西气田积液水平井的井筒压力与积液液位,且预测时效优于传统的测压方法。影响因素分析表明,油管液位通常高于环空液位,油套压差的减少能够间接反映油管积液量的减少,为类似油田的开发提供技术指导。     

高温高压井油套环空早期圈闭压力研究

高温高压井生产初期,油套环空中由完井液热膨胀引起的环空圈闭压力会降低管柱、井口及封隔器的可靠性。为此,基于密闭空间能量传递理论、状态方程和弹塑性理论,建立了热膨胀影响下油套环空压力分布计算模型,分析了井底温度、井底压力、坐封深度及产量对油套环空圈闭压力的影响,并研究了气液共存状态下油套环空圈闭压力的变化规律。研究结果表明:井底温度能够大大提高环空圈闭压力,且油套环空距离油管最近,受到的影响最大;井底压力对油套环空圈闭压力影响较小,因为它不会直接改变环空的温压分布;气体的存在会大大降低油套环空圈闭压力,如果在气液共存状态下,油套环空仍存在较高的持续圈闭压力,则说明井筒完整性破坏,有窜流进入环空,现场作业时须采取注入气体的方式缓解环空圈闭压力。所得结果有助于提前预测井筒完整性状况并采取必要措施。     

环空带压井泄漏量计算新方法

气井完整性理念的逐步推广使得各大油气田越来越重视环空带压气井的完整性管理与评价。环空泄漏速率是气井完整性评价的关键参数之一,但高温、高压、含酸性气体气井的泄漏速率测量风险及成本较高,现场操作中难以获取。为了获取气井井底泄漏速率参数以辅助完整性评价,文章基于安全阀泄漏模型和小孔泄漏模型,结合环空带压气井井身特征,从模型机理角度分析其应用于环空泄漏速率计算的思路,并明确了模型参数。通过实例井计算对两种泄漏模型的应用进行了对比,验证了其合理性及可行性。文章研究内容为环空带压气井的泄漏量评价提供了理论依据,为气井完整性管理研究发展起到了促进作用。     

海上气井井下油套管泄漏检测与堵漏技术及其工程实践

海上气井井下油套管泄漏无法及时诊断将会引发环空带压,是海上油气生产安全的重要问题。针对井下油套管泄漏诱发的声波在井筒环境条件下的传播机理、泄漏信号远程探测方法、漏点准确定位方法和多源信息融合的泄漏状态评估方法研究,研发了海上气井井下油套管泄漏检测系统。新研发的油套管泄漏检测系统在东海某平台进行了2井次的井下油套管泄漏检测和堵漏工程实践,结果表明,该系统实现了在浅井段(160~180 m)10 m误差范围内对单漏点和双漏点的准确定位,可满足环空带压井治理的需要。本文研究结果可为井下油套管泄漏修补作业提供技术支持。     

页岩气井生产过程异常诊断方法研究——以涪陵页岩气田为例

涪陵页岩气田开发已超过7年,井筒积液、油管腐蚀穿孔、管柱堵塞等问题逐渐显露,严重影响气井的正常生产.为提高涪陵气田页岩气井异常判别的准确性,基于"U"型管原理,建立气井生产过程合理油套压差计算方法,从8种组合方式中优选出H&B—B&B组合模型作为井筒多相流流动计算模型,并优选了振荡式冲击携液模型计算临界携液气量.结合各...     

高含硫气井完井管柱多漏点泄漏规律与控制

恶劣的井下环境使高含硫气井油套环空往往存在多漏点泄漏,不仅会使环空压力上升,同时还会引起环空液面下降,严重威胁该类气井的井筒完整性和安全生产。基于完井管柱泄漏点组合的可能性,总结了上漏点+下漏点丝扣泄漏、上漏点+下漏点本体泄漏和上漏点+封隔器泄漏3种多漏点泄漏模式,并对每种泄漏模式对应的环空压力上升规律和环空液面下降规律进行了分析。研究结果表明:当下漏点为过气不过液的丝扣泄漏时,其对于多漏点泄漏只起一个加速泄漏的作用;当下漏点为过气也过液的本体泄漏时,泄漏过程中会出现“环空上泄气下漏液同存”状态;当下漏点为封隔器泄漏时,环空压力上升过程中会多次出现明显的上升→突降模式,环空液面也会呈现阶梯式下降。结合高含硫气井的实际情况以及多漏点泄漏规律,提出3种操作简单、现场易实施、成本较低的控制措施,包括井下节流技术、碳酸钙堵漏技术和高黏低密度环空保护液技术,现场应用效果良好,可在类似高含硫气田推广应用。     

迪那2气田测射联作完井工艺评价与优化

测射联作工艺具有减少起下管柱作业、降低储层污染、提高油气井完井效率等优点，因此在迪那2气田产能建设早期，普遍采用测射联作并且不丢枪的完井工艺，但投产后逐渐暴露出井筒堵塞、井下动态监测受限等问题，因此有必要对该工艺进行评价及优化。调研统计，产建早期测射联作完井的生产井75%出现油压急剧波动下降的异常现象；结合气藏工程理论及修井实践分析，油压异常的根本原因在于，堵漏剂返排、地层出砂等堵塞了测射联作管柱末端的生产筛管（即打孔油管）孔眼。对此，产能建设中后期采用射孔、测试分步实施的完井工艺，显著减少了井筒堵塞的现象，并为生产动态监测的开展创造了有利条件。迪那2气田的完井工艺实践对于类似气田具有较好的借鉴意义，在选用测射联作完井工艺之前，应进行充分的适用性评价或针对性的改造优化。     

气井生产过程中碳钢管柱CO2腐蚀规律

掌握气井稳态生产过程中CO₂对碳钢管柱沿井深方向的腐蚀规律才能更好地确定油气田开发和实施方案,预防和降低管柱腐蚀失效事故。根据质量守恒、动量守恒、能量守恒以及非理想气体状态方程建立了地面稳态生产条件下管柱内热流耦合计算模型,并与实测结果进行了对比研究。以Norsok模型为基础,根据实际生产用管材等建立了相应的修正表达式,并进行了实例验证。研究了CO₂摩尔分数、井筒总体传热系数,管柱内半径和日产量对管柱腐蚀速率的影响。研究表明,建立的热流耦合模型和腐蚀预测模型计算精度满足工程需要;地面日产量越大,井深方向管柱内天然气密度、速度、温度越高,而压力越低;增加CO₂摩尔分数和地面日产气量、降低井筒总体传热系数和管柱内径均可引起管柱最大腐蚀速率出现的位置向井口方向移动,并且日产气量和井筒总体传热系数的影响更为明显;沿井深方向上,管柱腐蚀速率变化分为4个阶段,且不同影响参数变化时,腐蚀速率的影响规律不尽相同。     

莺歌海盆地高温高压气田完井技术

南海莺歌海盆地F气田为高温高压气田,其高温、高压、高含CO₂的特点造成井筒的完整性难以保障。为此,根据储层特点,选择了合理的完井方式;依据安全性与经济性兼顾的原则,选择了改良13Cr材质的油套管;根据气田的特点及开发要求,设计了不同井型的生产管柱及射孔管柱,选择了合适的井口采油树及井下工具,并研制了新型环空保护液,最终形成了适用于海上高温高压高含酸性气体气田开发的完井技术。F气田10余口井应用了该技术,生产过程中未出现环空带压现象。实践表明,该完井技术能有效降低井筒带压风险,为规模开发莺歌海盆地高温高压气田提供技术支持。      

基于漏失压力极限法的压力衰竭气藏大位移水平井井身结构设计

地层压力衰竭气藏在油气压力下降后,岩石特性参数以及地应力会发生改变,如果沿用压力未衰竭时的井身结构设计方案将会导致井身结构设计不合理,易发生井漏、井塌等井下复杂情况。为此,在分析压力衰竭地层大位移水平井钻井难点与对策的基础上,将井筒最大液柱压力与漏失压力平衡作为初步确定套管下深的约束条件,同时考虑循环当量密度的影响,建立了压力衰竭气藏水平井井身结构设计方法,并在莺歌海盆地东方1-1气田进行了现场应用。研究结果表明:(1)井内压力平衡的上限取漏失压力,其值等于水平最小主地应力;(2)水平最小主地应力将随着气藏开采地层流体压力的降低而减小;(3)套管下入极限深度受到钻井液循环当量密度(ECD)的制约,即随着水平段的延伸,环空压耗将增加至压漏临界点深度;(4)东方1-1气田主力储层地层压力衰竭严重,井身结构优化后采用四开井身结构,使得3个不同压力体系的储层不同存于一个裸眼井段,有效地降低了井下复杂情况的发生概率。结论认为,该方法可为压力衰竭气藏的大位移水平井井身结构设计提供理论依据。     

深水高温高压井隔热测试管柱技术

现有的深水油气井完井技术施工中通常会将部分完井液圈闭于套管环形空间内,进而在深水测试作业时圈闭流体受高温高压产层热流体的影响而产生井筒附加应力。为消除附加应力对井筒完整性造成的损害,设计了一种应用隔热管进行深水油气井生产测试的圈闭压力控制技术。依据南海深水高温高压井的典型井身结构,构建了测试过程的深水井筒热传导模型,通过基于典型井的井筒传热数值计算,分别对常规测试管柱结构及隔热油管测试管柱结构进行了圈闭环空温度场的数值模拟、圈闭压力计算。研究表明,深水高温高压油气井测试过程中,应用隔热管的测试管柱复配技术,可有效降低高温高压产层流体对套管圈闭空间的附加应力影响,避免了井下事故的发生。该技术为深水高温高压油气井的安全高效测试作业提供了一种新的有效方法。     

海洋深水高温高压气井环空带压管理

中国南海高温高压油气藏开发过程中,井筒环空带压问题突出,一旦超过允许值将会影响安全生产。为了保证气井的正常生产,需要确定环空压力的合理范围,为此基于ISO 16530-1:2017标准和API RP 90-2的推荐做法,研究并建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水高温高压气井环空带压控制值计算模型以及一套环空压力管理图版。研究结果表明:(1)管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;(2)关键节点校核计算主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等;(3)建立了环空最小预留压力计算模型,以确保对深水高地层压力或井底高流压气井的环空施加一定的备压,保证井下管柱和工具在合理环空压力范围内正常工作;(4)以某深水气井为实例进行了计算与分析,得到了考虑和不考虑壁厚减薄情况下随投产时间变化的各环空带压控制值。结论认为,所建立的模型及图版应用于海上深水高温高压气井,使用简便、可操作性强,可以为深水高温高压气井及类似井的井筒环空压力管理提供借鉴。     

超深气井完井管柱屈曲行为研究

超深高温高压气井由于井筒温度高、压力高,井下管柱屈曲风险高,易造成管柱失效或冲蚀加剧等问题。通过超深高温高压气井管柱静力学分析发现热生产和热关井两个工况下管柱屈曲风险最大。鉴于此,针对热生产与热关井工况建立了用于分析两种苛刻工况下全井段油管柱屈曲问题的有限元力学模型,定量得出两种工况下全井段油管柱的屈曲形态、横向位移、油管柱-套管接触力、弯矩与扭矩等力学参数。研究结果发现:在热生产工况下,油管柱发生了不稳定的屈曲形态,在油管柱屈曲段的上部与下部位置,油管柱与套管的接触较为密集;在热关井工况下,油管柱相对只发生了轻微的纯正弦屈曲。所建立的模型可用于油管-套管屈曲损伤失效分析,可为优化现场生产工艺和延长油管柱寿命提供理论依据。