基于地层水蒸发的气井井筒结盐理论模型及实践——以文23储气库为例

地下储气库是保障季节调峰和平稳供气最经济、最有效的手段。为了解决高矿化度地层水气藏型储气库结盐问题,尤其是井筒结盐预测问题,保障文23储气库的安全和正常运行,通过室内实验测试了不同压力和温度条件下地层水蒸发规律,确定了地层水结盐条件;并结合地层水盐析临界条件,首次建立了将气水相态与井筒流体质量守恒、能量守恒、动量守恒、井筒流体传热进行耦合的井筒结盐理论预测模型;应用模型分析了井筒结盐机理,计算了地层水矿化度和水气比对气井结盐的影响规律。研究结果表明：(1)随着温度增加和压力降低,地层水蒸发速度呈指数增加,地层水结盐的临界矿化度为350 g/L;(2)气井结盐主要机理是从井底到井口,在井筒温度和压力变化影响下烃水平衡使得地层水蒸发加剧,地层水矿化度达到结盐临界矿化度;(3)气井中水气比越小（低于0.15 m3·10-4 m-3）,矿化度越大（高于260 g/L）,井筒结盐风险越高,结盐位置在离井口1 500 m左右。结论认为,建立的储气库井筒结盐理论预测模型与矿场监测到的气井结盐规律基本吻合,有助于高矿化度地层水气藏型储气库结盐防控,对保障储气库安全高效运行具有重要意义,同时该模型可为其...     

复杂区块井筒结盐综合治理技术

针对濮城油田部分低渗透、高矿化度复杂断块油藏生产油井结盐严重的特点，通过对油井盐样室内试验，剖析了结盐的原因及影响因素，提出了相应的井筒清、防盐配套新技术，在现场应用取得了良好效果。     

复杂区块井筒结盐综合治理技术

针对濮城油田部分低渗透、高矿化度复杂断块油藏生产油井结盐严重的特点，通过对油井盐样室内试验，剖析了结盐的原因及影响因素，提出了相应的井筒清、防盐配套新技术，并在现场应用取得了良好效果。     

高矿化度储层油井结盐机理研究

明格布拉克区块地层水矿化度高,易发生盐结晶堵塞管柱。通过静态法考察Ca~(2+)、CO_3~(2-)、HCO_3~-,以及Cl~-浓度对析盐结垢的影响,同时结合扫描电镜分析结盐微观形态,发现在高矿化度地层中,结盐分为结垢和析盐两个过程。由于原始地层温度压力很高(163.8℃,118 MPa),压力下降后,CO_2从溶液中析出,CO_2分压下降,导致CaCO_3快速凝结成垢,进而NaCl在晶核附近吸附快速析出。盐析出导致离子浓度降低,活性增强,促进了CaCO_3的沉淀析出速度。结盐是结垢与析盐的相互促进过程。     

盐穴储气库水溶建腔机理研究

盐岩腔体溶蚀过程是发生在边界层内的溶腔固壁表面与溶液之间的物质交换动态平衡过程，根据盐岩的水溶建腔机理建立数学模型，可以为盐穴储气库的水溶建腔设计提供理论依据。根据物质平衡原理及Fick扩散定律，建立了盐岩溶蚀物理模型；根据流体力学基本原理、对流扩散理论及物质平衡原理，建立了溶腔溶质传输-流体流动数学模型，可求解溶蚀过程中腔体内流体的浓度场和流动速度场分布；根据盐岩溶蚀机理研究，推导出盐岩溶解速度方程，可求解溶腔动边界。用该数学模型进行数值模拟得到的溶腔形态与物理模拟结果吻合较好，能够正确描述盐穴储气库水溶建腔的基本规律，可以用于指导水溶建腔的工程实际。图3表1参6     

气田地层结盐机理实验研究与防治措施探讨

含高含矿化度地层水气田在开发中后期由于地层压力下降,井筒和地层结盐加剧,严重影响此类气田开发.为研究此类气田地层盐垢的形成条件与机理,室内采用天然岩心与人造岩心模拟了不同压力条件下地层结盐过程.研究发现,随压力变化,地层结盐可分为初始期、平衡期以及加剧期,且越到开发后期,结盐越严重,对产能影响越大;低渗透率结盐上限压力低,但结盐对岩心伤害程度大.孔喉尺寸越小,结盐对岩心伤害越大.研究结论与现场动态变化符合,对气井结盐预测和防治具有指导意义.     

气田地层结盐机理试验研究及影响因素分析

含高矿化度地层水气田在开发中后期由于地层压力下降。井筒和地层结盐加剧．严重影响此类气田开发。为研究此类气田地层盐垢的形成条件与机理，室内采用天然岩心与人造岩心模拟了不同压力条件下地层结盐过程。研究发现，随压力变化，地层结盐可分为初始期、平衡期以及加剧期，且越到开发后期。结盐越严重。对产能影响越大；低渗透率地层结盐上限压力低，但结盐对岩心伤害程度大。孔喉尺寸越小，结盐对岩心伤害越大。研究结论与现场动态变化符合。对气井结盐预测和防治具有指导意义。     

文23储气库井筒压降模型分析与优选

针对文23储气库高产、高气液比工况,在确定井筒流动型态的基础上,采用井下实测数据对6种常用模型进行综合评价及修正,优选了无滑脱压降模型,预测结果与实际数据符合率达到98%,为储气库气井采气能力的准确预测及合理配产奠定了基础。     

文23气田储层结盐机理研究

通过岩心模拟实验的方法研究文23气田储层结盐机理.应用天然岩心与人造岩心模拟不同驱替压力条件下的结盐过程,考察驱替压力与渗透率变化关系,从而确定结盐上限压力与观察结盐趋势.文23气田随着开发程度的提高储层将出现结盐现象,结盐与储层压力降低有着直接关系,当压力降低至20 MPa以下时,开始出现结盐现象,当压力降到4 MPa以下后,储层内结盐加剧.另外还研究了结盐后对渗透率的伤害程度,分析了孔隙喉道、孔隙度、比表面积等因素对结盐的影响.渗透率越低、孔隙度越低、比表面积越大结盐后对岩心的伤害程度越大,伤害程度可达90%以上.     

储气库套损井井筒检测与治理技术应用研究

随着储气库运行时间的延长,相关生产井不可避免地会出现结垢甚至磨损等现象,导致生产井出现套损,严重影响储气库的生产运行效率。因此,必须及时摸清套损井的套损情况,并采取针对性的治理措施以实现修复。基于此,本文针对套管井的损坏类型开展了套损井井筒检测及治理技术攻关,并形成了四项技术系列,取得了良好效果。     

产高矿化度地层水气井泡沫排水采气技术

针对靖边气田产高矿化度地层水气井实际生产状况,利用聚类分析方法,进行了产水气井分类,采用泡排药剂系统评价方法,优选并评价了适合靖边气田产水气井泡沫排水采气的泡排药剂,并确定了合理的泡排工艺参数,优化和完善了泡沫排水采气配套地面工艺流程,优选气井并开展了现场试验,取得了较好的效果。     

高含硫气井井筒硫沉积模型

在高含硫气藏的开发过程中,随着井筒温度、压力的降低,硫会在井筒中析出沉积,严重影响气井的正常生产和管道安全。目前多数硫溶解度模型受使用条件的限制,无法准确预测不同温度、压力条件下的硫溶解度。针对高含硫气井的气体组分特征,在Hu溶解度模型的基础上,结合多相流和传热学理论,建立了高含硫井筒温度、压力分布模型以及硫沉积预测模型。对某高含硫气田进行实例分析,计算得出温度分布、硫溶解度分布规律以及硫沉积量,并研究了气井日产量、硫化氢体积分数对井筒硫沉积的影响规律。研究结果表明:硫溶解度从井口到井底逐渐增大,呈非线性变化;同一时间,气井产量增加,井口温度升高,则硫溶解度增大,硫在井筒的析出位置上升,井筒相同深度的硫沉积量增大。模型计算出的硫析出位置与实例相比,误差小于1%。准确预测井筒中的硫沉积,有助于更好地管理具有潜在硫沉积问题的气井。     

适用于高温高盐油藏控水的耐温耐盐堵剂

针对常规堵剂耐温耐盐性能差,而难以满足高温高盐油藏控水进一步提高采收率的问题,研发了一种耐温耐盐(97℃,197.35 g/L)的延缓冻胶体系。该体系由耐温耐盐非离子聚丙烯酰胺PAM、有机交联剂HDAME组成,目标油藏条件下,优化的冻胶体系配方为(0.40%~0.50%)PAM+(0.12%~0.20%)HD+(0.12%~0.20%)AME,成胶时间在24~60 h。室内物理模拟实验表明,耐温耐盐延缓冻胶体系具有较好的剖面改善能力,采收率增值达到34.6百分点。采用环境扫描电镜(ESEM)和差示扫描量热仪(DSC)探究了冻胶的微观结构和耐温耐盐性能,并从冻胶的交联机理、微观结构阐明了其耐温耐盐特性。     

高温高压气井生产过程井筒温度场分析

高温高压气井在生产过程中受到地层高温流体的影响,井筒温度原有的平衡被打破,井筒温度重新分布会引起环空压力增高,威胁井筒安全服役和井筒的完整性。为了准确预测井筒温度,基于质量、动量、能量守恒、传热学、井筒传热理论,再考虑气体焦耳-汤姆逊效应、气体温度、压力、密度及物性参数的影响,建立井筒温度预测模型;将流体物性参数根据不同的温度压力分段计算,可提高模型计算的精确性。最后,通过实例计算分析了环境温度的影响因素。     

高含硫气井井筒硫沉积预测

随着高含硫气藏的开发,析出的硫会对储层造成伤害,影响气井的正常生产,因此,准确预测硫的沉积对酸性气田的合理高效开发具有十分重要的意义。文中根据气、液、固三相流动规律,建立了高温高压高含硫气井井筒硫沉积预测模型,利用缔合模型的基本原理,建立包含温度、压力和流态3个变量的硫溶解度函数模型,用来预测硫在井筒中的析出位置;再利用缔合模型的相关理论解释硫元素在井筒中的溶解机理,以温度、压力和硫溶解度为变量,判断单质硫是否沉积、沉积位置,并对沉积量进行动态计算。以普光气田×井为例,计算得出硫溶解度和析出量随井筒的变化规律,其结果与实际情况吻合较好。     

凝析气井井筒压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足。为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、HagedornBrown、Orkiszewski、Gray、MukherjeeBrill、HasanKabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力。井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和HagedornBrown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5~5m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大。该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义。     

低产积液气井气举排水井筒流动参数优化

苏里格气田气井具有低压、低产、产水、携液能力差等特点,由于井筒积液严重,部分气井出现压力和产量下降过快的现象,制约了气井的正常生产,因此有必要选择合适的排水采气措施来清除井筒积液。然而,排水采气井筒多相流体流动的机理较复杂,目前,排水采气措施的参数(如气举的注气量)设计多是依靠经验或利用较简单的临界携液流量等参数确定的,针对整个排水采气井筒气液流动规律的变化及能量损失的研究较少。文中通过采用数值模拟和实验模拟研究相结合的方法,对苏里格气田低产积液气井气举前后整个井筒气液流动规律进行分析,并根据注气量对井筒压降和气举效率的影响,确定适用于苏里格气田气井气举复产的最优注气参数,为选择合适的排水采气措施提供了理论指导。     

凝析气井井简压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足.为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、Hagedorn&Brown、Orkiszewski、Gray、Mukherjee&Brill、Hasan&Kabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力.井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和Hagedorn&Brown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5～5 m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大.该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义.     

高温气井不动管柱井筒解堵体系研制及性能评价

库车山前高温高压气井井筒堵塞物多为垢样,不动管柱酸化解堵作业是目前常用的解堵手段。但在高温条件下,常规酸液解堵易在井筒产生二次沉淀,同时会对13Cr不锈钢材产生严重的腐蚀。为此,研制了一种能够代替盐酸体系的新型氨基羧酸类低伤害螯合酸液体系,典型配方为6%(w)有机酸+5%(w)SA-3+2%(w)SA-701。室内评价表明,该配方具有良好的溶垢、高温缓速、抑制二次沉淀能力,其鲜、残酸在130 ℃时腐蚀速度均低于45 g/(m²·h),满足SY/T 5405-2019 缓蚀剂行业标准。模拟井筒堵塞动态驱替解堵实验表明:该配方酸液能有效疏通堵塞井筒,井径越大、温度越高、关井时间越长,解堵效果越佳;井筒温度为110 ℃时,关井4 h的溶垢率超过90%。室内实验证实,该新型解堵体系能够满足高温气井不动管柱井筒解堵作业的要求。      

盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性研究

针对盐岩井段易发生蠕变缩径,引起卡钻、固井后又易发生挤毁套管等事故的现象,应用有限元方法,建立了描述盐岩层中斜井井眼蠕变缩径的空间力学模型,从岩石力学角度分析了塔里木油田羊塔克地区盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性,论述了一定地应力状态下井斜角和方位角对井眼缩径的影响规律.该研究成果为盐层段定向井井眼轨迹设计、合理确定泥浆密度和盐岩层钻井施工提供了理论参考,已成功应用于塔里木地区钻遇盐岩层时钻井工程的设计和施工.