A2井表层套管腐蚀机理分析与防护对策

目的 通过对A2井表层套管外腐蚀产物组分化验与电化学测试,确认其腐蚀原因,并结合现场实际情况制定防护措施。方法 对收集到的腐蚀产物进行能谱元素、XRD组分分析,并参考NACE-TM0194—2014和SY/T 0532—2012进行SRB、TGB分析。结果 能谱分析显示,腐蚀产物主要由氧、铁、碳元素组成,其次还含有少量钠、钾、氯、硫元素;XRD分析显示,腐蚀产物主要成分为BaSO4、Fe2O3和FeS;细菌化验显示,腐蚀产物中含有SRB和TGB,具备通过微生物代谢提供H2S的条件。实际检测A2井涂敷防腐实施后,表面腐蚀得到明显控制。结论 A2井表层套管外腐蚀产物主要为Fe2O3和FeS,腐蚀的主要原因为大气环境氧腐蚀,次要原因是细菌作用产生的次生硫化氢腐蚀,产物中大量的重晶石和少量的无机盐来源于钻井液,海水为细菌提供了来源。基于腐蚀产物分析结果,采取的主要防护措施是隔绝大气和水。通过对石油管道涂敷技术调研分析,结合A2井作业空间,提供了一种STOPAQ防腐膏挤注与涂敷防护方案。该技术操作安全方便,无需对腐蚀面进行特殊预处理,作业过程中无需停产。     

响应面法优化两亲聚合物缓凝剂温度响应特性

针对深井长封固段固井面临的高温大温差环境，缓凝剂难以同时满足深井高温泵送时间长、顶部低温候凝时间短的要求，依据两亲聚合物自组装结构形成/解离过程中的分子构效变化原理，采用2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)、多元不饱和羧酸(PA)、阳离子单体(CM)，通过可逆加成链转移法制备出两亲聚合物缓凝剂TRIR，利用响应面法优化了缓凝剂的温度响应智能调控特性，确定了缓凝剂TRIR较佳合成条件：单体浓度占比为28.7%、引发剂用量为0.6%、合成温度为50℃、反应pH值为4.5。评价结果表明，两亲聚合物缓凝剂TRIR耐温性能优异，4.0%（液体）加量下200℃高温稠化时间达356 min，在120～180℃范围内随温度升高缓凝性能显著增强，高温大温差下顶部水泥浆强度发展快，无超缓凝不良现象，可将候凝时间缩短到24 h，为深井高温大温差固井和未来智能型缓凝剂的发展提供新思路。     

复杂温压条件下循环载荷对水泥环密封完整性的影响实验研究

针对油气井试压,试油,压裂等多工况下的复杂温压条件,分析了循环载荷下的固井界面位移变化情况,基于水泥环密封完整性实验装置,运用气窜法测试了高温高压养护条件下水泥环在套管内压力循环载荷下的密封完整性,并运用CT扫描技术对循环载荷施加前后的试件进行了三维可视化分析。实验结果表明:在较高套管内压循环载荷条件下,经过一定数量轮次的加载/卸载循环后,水泥环在卸载过程中容易发生密封失效,且随着套管内压循环载荷的增大,水泥环密封失效所需的循环轮次越来越少;运用CT扫描手段证实了在套管内压力循环载荷条件下,水泥环一界面最易失效,且损伤最为严重,该研究结论可为复杂温压条件下的水泥环密封完整性评价及保护提供技术指导。     

深水高温高压油气生产致井口抬升预测研究北大核心CSCD

深水高温高压井油气开发过程中,由于油气流将井底热量携带至井口,容易出现井口抬升现象,可能导致井口装置密封失效,存在较大的安全隐患。为提高深水油气田开发井全寿命周期的完整性,针对深水高温高压井油气开采阶段,建立了深水高温高压油气开发井筒温压场及井口抬升高度计算模型,并基于自主研制的高温高压油气开发井口抬升模拟实验装置,开展了不同工况条件下的井口抬升模拟实验研究。研究结果表明:井筒温度升高及其引发的圈闭压力是造成井口抬升的两大主要因素;本文建立的模型计算结果与实验数据相对误差小于10%,可用于预测不同工况条件下的井口抬升高度。本文研究结果对于优化固井及地面管线设计、提高深水高温高压井井口完整性具有较好的指导意义。     

高酸性气体对硫铝酸盐水泥石腐蚀作用机理

为了研究硫铝酸盐水泥石在含有H₂S的高酸性环境的性能变化及腐蚀机理,采用氮吸附比表面积及孔径分析测试仪(BET和BJH方法)测试了腐蚀前后水泥石比表面积和孔隙结构变化,利用X射线衍射仪(XRD)和热分析仪(TG/DTG)分析了腐蚀前后水泥石水化产物的变化,采用扫描电子显微镜(SEM)观察对比了腐蚀前后水泥石水化产物微观形貌的变化。结果表明：SAC在60℃时强度发展较好,60℃腐蚀14 d后水泥石主要产物为AFt,90℃腐蚀14 d后主要生成物是CaSO₄·2 H₂O;水泥石被H₂S腐蚀后会产生明显的分层现象,外层最先被腐蚀,内层会由于膨胀作用出现短期内的强度提高;H₂S的腐蚀机理为水泥水化产物中的C-S-H和CH分别与H₂S发生反应,生成具有膨胀性的AFt和CaSO₄·2 H₂O,进而使水泥石产生裂纹,导致抗压强度下降。研究结果为硫铝酸盐水泥在高含硫油气井的固井应用提供了一定的实验及理论基础。     

固井封隔系统纵向水力突破能力评价研究

固井封隔系统纵向上密封失效,易导致生产后期出现环空窜流而缩短油气井寿命。为此,研发水泥环纵向水力突破能力评价装置,开展水力突破能力评价实验,以流体打压验窜方式评价固井耦合系统纵向阻挡水力突破效果。分析表明,水力突破压力与水泥环的胶结强度、胶结均匀性和有效封隔长度有关。利用水泥胶结评价技术探测流体窜流通道,揭示水力突破机理,建立了一套固井封隔系统纵向阻挡水力突破能力的评价方法。     

基于安全屏障的井完整性问题分析方法

海洋石油钻完井作业风险高,极易发生井漏、井喷等井完整性事故。在役生产井生产年限越来越长,高温高压气井越来越多,环空带压问题日益突出。为了有效预防井完整性问题,提出基于安全屏障的井完整性问题分析模型,采用安全屏障、蝴蝶结、故障树与"人机物环法"5要素分析相结合的方法,分析事故发生及处理过程。     

基于多因素叠加的在役井套管可靠性评估方法

在役井套管可靠性评估是制定开采工作制度和修井措施的重要依据。分析实际生产套管壁厚减薄因素,综合考虑钻完井阶段钻具磨损和生产阶段酸性气体腐蚀所导致的壁厚减少程度,利用多因素叠加计算法,建立在役井套管可靠性评估方法,定量评估一定生产年限后的套管可靠性和完整性。     

温度效应及环空条件对井口抬升影响规律研究

为预测深水高温井生产过程中的井口抬升量,基于套管热膨胀效应及热力学基本原理,建立了不同温升条件下单层自由套管及多层套管耦合井口系统抬升量预测模型,设计了3层同心钢管柱为主体的试验装置,开展了不同工况下井口抬升模拟试验,得到了温度效应、环空上端部约束状态和环空压力等因素对井口抬升量的影响规律,提出了解决深水水下井口抬升的主要工程措施。研究结果表明:以试验模型为例,当最内层管柱温度从45℃升高至150℃的过程中,在模拟传热条件下,3层管柱环空上端部敞开时,各层管柱抬升量与其温升呈线性增长规律;环空上端部焊接为整体时,73.0和114.3 mm管柱最终抬升量相对上端部敞开状态分别减小26.50%和21.80%,177.8 mm管柱最终抬升量增加4.06%;环空密闭并加压20 MPa时,73.0、114.3和177.8 mm管柱最终抬升量相对无压力时分别增加了23.84%、26.79%和25.36%;温度及环空条件对井口抬升量影响显著,理论预测值与试验值误差为1.59%~8.93%。研究结果可为深水高温井井口抬升控制措施的制定提供技术支持。     

基于声波评价装置构建水泥环微间隙与胶结质量关系研究

声波测井是评价水泥胶结的主要手段,通过实验室物理模型,根据声波测井原理,利用超声探头采集环隙大小分别1mm、3mm、5mm、10mm的声幅曲线,通过对比波形的声幅值大小,初步得到Ⅰ、Ⅱ界面微环隙大小与套管波、地层波幅值具有线性关系,经分析得到利用套管波信号强弱判断第一界面水泥胶结,利用地层波波形幅值判断第二界面水泥胶结。以此作为依据,进而对水泥环微间隙大小细化,构建Ⅰ、Ⅱ界面微环隙大小与固井胶结质量关系,得到水泥环胶结质量,为现场提供合理的固井质量评价依据。