基于CO2提高采收率的海上CCUS完整性挑战与对策

利用CO₂提高海上油气田的采收率，既能提高油气资源利用率，又有利于区域CO₂的捕捉封存，但海上油气井长期安全性是CCUS的关键因素，理论和技术亟待完善。在分析、总结国内外海上油气田CCUS井筒完整性关键技术的基础上，分析了制约浅海油田CCUS井筒完整性的技术挑战，研究了碳封存井固井、碳封存套管外腐蚀研究及预防、碳封存水岩反应井筒堵塞及井筒环境监测诊断等方面的技术，并从国家“双碳”目标、EOR/EGR技术需求及国内外新进技术经验等方面展望了我国浅海油气田CCUS的开发前景。虽然我国已初步具备开展海上CCUS的能力，仍需要在高韧性防CO₂腐蚀水泥浆体系、低成本防腐选材、井筒高效除垢解堵工艺、CO₂泄漏监测技术和地下圈闭三维应力场研究等方面加强技术攻关，以提高我国的CCUS应用水平。     

井筒完整性监测方法在CCUS中的应用探讨

实施碳捕集、利用和封存(CCUS)技术中,开展补能提效和地下埋存都需要通过井筒进行注入作业,管柱或固井水泥环失效导致CO₂窜漏,会极大影响动态埋存率和驱油效率。从目前多种井下油套管窜漏点测井方法入手,采用氧活化、多参数、噪声测井等综合测井方式,监测注CO₂井的可疑窜漏点,结合实际测井资料及应用效果形成一套准确、高效、可行的综合找漏测井方法。对CO₂封存井筒完整性前期测井评价到中后期泄露监测进行了技术适应性分析,提出了静态先导评估与动态时移监测阶段下的配套方法。经Y27井现场应用,监测出该井1 700 m处为可疑漏点,通过对该点实施化学堵漏后恢复注气。该方法为油气田CCUS项目开展封存监测提供了思路。     

CO2注入方式对芳48油藏开发效果的影响

大庆油田芳48断块为特低渗透油藏,对该油藏进行了水驱、CO₂驱、CO₂吞吐、CO₂转水驱、水驱转CO₂驱等开采方式室内物理模拟研究。实验结果表明,该区块水驱见水早、含水率上升快、注水能力低。在上述5种气驱方式中,CO₂吞吐后气驱的累积采收率最高,然后依次为水驱转CO₂驱、气驱、CO₂驱转水驱,CO₂吞吐的累积采收率最低。从累积气油比来看,CO₂吞吐累积气油比最高,其次为CO₂驱,而水驱转气驱、气驱转水驱、吞吐转气驱的累积气油比较低。从气体注入能力来看,气驱的注入能力最高,而水驱转气驱、气驱转水驱的注入能力比较低。考虑开采效果和气体注入能力,芳48特低渗透油藏开采应优先选择CO₂吞吐后气驱,其次为水驱转CO₂驱。     

冀中八里西潜山CCUS井筒完整性研究

2020年我国提出了“双碳”目标,CO₂驱油与埋存技术(CCUS)能够在提高石油采收率的同时达到CO₂减排的目的,是目前经济技术条件下实现CO₂效益减排的最佳方式。冀中八里西CCUS项目是国内首个潜山底水油藏CCUS项目,井筒完整性要求高。本文结合区块地质情况,从完井方式、井眼尺寸等方面优化井身结构。通过模拟地质条件,进行N80、P110、3Cr、9Cr、13Cr五种管材的室内腐蚀实验,根据腐蚀规律优选套管。通过水泥浆体系优选及固井工艺优化,提高固井质量。最后通过井身结构、套管选材、固井三者结合,提高井筒完整性,保证CCUS项目的顺利实施。     

二氧化碳地质封存系统泄漏风险研究进展

CO₂地质封存技术是缓解温室效应的重要手段,而对于地质封存系统泄漏风险的评价是确保CO₂安全高效封存的前提。针对CO₂泄漏风险,系统论述了CO₂地质封存系统中井筒和盖层因素对CO₂泄漏风险的影响机理,包括固井质量、CO₂腐蚀及井筒组合体受交变应力损坏等,以及盖地比、盖层厚度、岩性等对盖层低速渗漏和高速泄漏的影响。最后,论述了基于上述影响因素综合作用下的井筒泄漏风险评价方法、盖层泄漏风险评价方法和CO₂封存系统泄漏风险综合评价方法,并指出了不同评价方法的优缺点。该研究可为CO₂地质封存工程中的选址、选层和泄漏风险评估提供理论支持。     

海上CO2埋存井井筒温度压力影响因素研究

准确预测CO₂埋存过程中井筒温度压力场以及CO₂的物性参数变化对安全埋存至关重要。为此,建立了埋存井井筒温度、压力与CO₂物性参数的耦合计算模型,计算得到了实例井井筒温度压力分布以及CO₂物性参数随井深的变化规律,并对注入参数对于井筒温度压力分布影响规律进行分析。研究结果表明：井筒内CO₂流体的流速、努塞尔特数和对流换热系数随井深的增加而增大,密度、黏度、摩阻系数、导热系数和普朗特数随井深增加而减小,定压比热容在温度压力综合作用下有一定波动;注入温度对井筒压力和井底温度压力影响很小;注入速率增大会使相同井深处温度降低、压力升高,调节注入速率可以在对压力影响较小的同时有效调节井筒温度分布;注入压力的变化对压力梯度几乎无影响,在压力较大时对温度梯度影响较大,通过调节注入压力可以有效调节井筒压力分布。研究结果可为海上CO₂埋存井井筒完整性的准确评价提供理论基础。     

深水高温高压气井井筒服役安全状态评价

随着深水油气资源开发不断深入,地质条件日趋恶劣,高温高压环境逐渐成为常态,常伴有井筒完整性失效问题发生。针对深水高温高压气井开发过程中存在的井筒完整性失效问题,基于相关完整性标准,考虑生产过程中井况风险因素及屏障风险因素,完善了深水高温高压气井井筒完整性风险评价体系,并基于深水井相关定义及温度压力管理经验,采用层次分析及风险矩阵方法对井深、水深、压力、产量、温度、H₂S分压与CO₂分压等风险因素进行了量化,优化了深水高温高压气井井筒完整性风险评价模型,对井筒完整性风险等级进行了划分,开展了实例评价。结果表明,通过模型评价可量化得到深水高温高压气井井筒完整性风险值及风险等级,且螺纹密封、油套管材料、防腐措施等因素为影响深水井井筒完整性的主要因素。在设计及生产管理过程中应对风险主控因素重点考虑。     

井筒屏障完整性及其优化设计

随着我国各大油田进入开发中后期，老井“二次采油”甚至“三次采油”所引发的井筒完整性问题频发。现场老井完整性建设不足，增产措施带来的苛刻工况造成井筒管柱腐蚀严重，威胁管柱服役寿命以及井筒完整性，给油田造成极大的经济损失的同时也给油气田安全运行带来隐患。为此，结合我国油气田开发现状，分析了现有井筒完整性标准的不足和重点研究方向。介绍了腐蚀完整性管理概念，并在此基础上，以CO₂吞吐井为例提出了基于井筒腐蚀风险与载荷风险双重作用的井筒屏障优化方法，确定了吞吐井的失效敏感区域和服役寿命。结果显示:实例井极限吞吐轮次为7轮；油管失效敏感区域为800~1 500 m，套管失效敏感区域为1 700~2 000 m，建议在失效敏感区域进行重点防护。该研究为各油田依据自身实际情况，本着“全局把控，重点防护，经济有效”的思想开展井筒屏障设计，延长老井免修期，建立科学性、适用性、效益性的完整性管理体系具有重要意义。     

CO2注采井油管柱服役安全状态评价方法

针对CO₂注采井油管柱因腐蚀失效而频繁更换的问题,研究了适用于CO₂注采井井筒环境的CO₂腐蚀速率预测模型及管柱力学分析方法,分析讨论了CO₂注采井工况、产出液含水率等因素随时间的变化对CO₂注采井油管柱腐蚀速率及承受载荷的影响,结合管柱腐蚀剩余强度计算方法,建立了CO₂注采井油管柱服役安全状态评价方法,并进行了实例计算和比较。结果表明,针对CO₂注采井油管柱腐蚀预测,DW-95模型有较好的适用性,生产阶段为CO₂注采井腐蚀发生主要阶段及安全状态评价的主要对象;管柱安全服役时间与其腐蚀速率及承受载荷呈负相关,且管柱抗压安全服役时间为管柱最小安全服役时间,是安全状态评价的主要依据,以此为标准可确定管柱更换周期,优化CO₂注采井吞吐周期,指导现场安全生产。     

CO2地质封存系统泄漏风险评价

CO₂地质封存是缓解温室效应的重要手段，而封存系统的泄漏风险评价是安全封存的基础。首先，综合分析影响CO₂地质封存系统泄漏的因素，认为诱发泄漏风险的原因主要是CO₂低温冷流体产生对井筒和盖层的交变应力和CO₂-水-岩腐蚀反应综合作用下导致井筒和盖层的完整性失效。考虑多因素综合作用对CO₂地质封存系统泄漏的影响，并基于模糊综合评价理论(FCE)，建立了CO₂泄漏风险因素间的层次关系模型，进行了CO₂地质封存系统泄漏风险评价，其过程包括应用非线性正态隶属函数建立CO₂泄漏风险因素对评语的隶属度矩阵，并应用层次分析方法构建泄漏风险影响因素间的比较矩阵，以获得泄漏风险因素的权重子集，并对给定实例CO₂地质封存系统泄漏风险进行评价，进而得出所评价的CO₂地质封存井筒当前处于泄漏低风险，盖层处于泄漏中风险，封存系统处于泄漏中风险。通过采集CO₂地质封存过程中泄...     

定向井小套管二次完井及配套技术

老油田经过多年开采,部分油藏整体进入特高含水开发阶段,剩余油高度分散,稳产难度大,同时,油井纵向上油层均经历多次补孔、封层重射等措施作业,导致井筒状况复杂,不能满足单井措施要求,严重影响了油藏井网重构效果。为完善井筒条件,满足CO₂协同吞吐、调堵+吞吐等逐层上返开发的措施需要,开展了定向井小套管二次完井矿场试验。针对施工过程中管串下入难度大、固井质量难以保证等技术难点,形成了高效打通道、液压滚珠整形、小套管固井等系列定向井小套管二次完井技术,达到了复杂井长井段封堵、耐CO₂腐蚀、井筒承压高等效果,实现了井筒重塑,为油田井网完善、提高可采储量提供了技术支持。     

基于层次分析法的CO2驱注采工程安全风险评价

注采工程安全风险管理是CO₂驱油技术现场实施的关键环节。为保障CO₂驱现场注采施工安全和提高注采工程安全风险管理水平,梳理了注采过程中存在的安全风险,同时应用层次分析法对注采工程安全风险进行量化评价,建立了CO₂驱注采工程安全风险层次结构模型。通过构造判断矩阵、一致性检验和权重计算,得出了注采工程安全风险影响因素的排序。CO₂驱注采工程安全风险可分为注采施工风险、CO₂腐蚀风险、安全管理风险、环境保护及人身安全风险等类别。CO₂驱注采安全风险量化评价结果表明,CO₂腐蚀是CO₂驱注采工程安全面临的最大风险,施工人员的安全意识也是影响注采工程安全的重要因素。注采工程安全风险的量化分析与评价为CO₂驱油安全风险决策和管理提供可靠依据,能够有效降低CO₂驱注采安全风险和指导注采安全施工。     

煤层气井注入/压降测试工艺技术与进展

煤层气井注入/压降测试是获得煤储层物性的主要手段。根据前期测试过程中存在的问题,不断完善注入/压降测试技术,包括测试工艺的改进、测试方式、裸眼和套管对比测试、封隔方式和测试参数的优化等,工艺技术日趋成熟。2009年至2011年在和顺、延川南和织金等3个煤层气勘探区块已累计开展44井次测试,工艺成功率从67%上升至100%,资料解释质量不断提高,为评价3个煤层气区块的煤储层物性和排采提供了有力的技术支撑。     

油气井管柱完整性技术研究进展与展望

在回顾油气井管柱完整性概念的提出与发展历程的基础上,介绍了我国在钻柱构件适用性评价、"三超"(超深、超高温、超高压)气井油套管柱可靠性设计与完整性评价、"三超"气井油管腐蚀行为与评价、热采井基于应变设计与选材评价技术等方面的最新研究进展及其应用情况。指出现有油气井管材与管柱技术仍不能满足"三超"、严重腐蚀、非常规、特殊工艺和特殊结构井等服役环境,进而提出了进一步加强油气井管柱完整性技术研究与科技攻关的建议:1持续完善和发展中国西部深层油气勘探开发套管柱优化设计与管材选用及完整性评价技术;2急需建立有针对性的非常规页岩气开发套管柱优化设计、选材及完整性评价技术;3建立"三超"高含CO2气井环境及压裂酸化工况复杂油管优化设计、选材选型、完整性评价技术;4深入研究含缺陷油气井管柱缺陷检测、安全评价、风险评估、寿命预测、维修补强等关键技术;5建立油气井管柱完整性管理体系和配套的支撑技术体系。     

出砂井分注工艺技术研究与应用

随着不同类型油藏的开发以及井筒状况的日益复杂,注水井出砂、套损、悬挂小套管等复杂结构井数量不断上升,成为制约分注工作开展的新的难点,现有工艺已无法满足当前水井的分注要求。出砂井分注工艺主要包括插管桥塞封隔技术、桥式偏心注水技术和防返吐洗井技术,对分注管柱实施分段作业,避免因管柱砂埋而造成卡管柱现象,可以满足出砂井1级2段分层注水。该技术现场试验了4口井,有效解决了出砂井无法实施分注的难题。     

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。     

基于裂缝径向流物理模型的CO2驱注入方式研究

针对水驱后CO2驱不同注入方式优选问题,基于裂缝径向流物理模型,开展一注四采五点法井网单一裂缝和复杂裂缝CO2复合驱油室内实验,研究了低渗透裂缝性油藏水驱后不同注入工艺下CO2驱效果.结果表明:单一裂缝模型水驱后,依次实施CO2连续气驱、改性淀粉凝胶注入、乙二胺注入等不同注入工艺,油藏阶段采出程度呈现先增加后降低的趋势...     

CO_2用作低渗透裂缝性气藏储气库垫层气的扩容分析

低渗透碳酸盐岩气藏在开发后期为了提高气井产量,经常采用加压开采和水力压裂等技术,导致储层被水侵且含有大量微裂缝。因此,当CO_2用作低渗透裂缝性气藏储气库垫层气时,如何快速有效地注气驱水扩容和制定气水边界稳定运移的控制策略就成为低渗透气藏改建地下储气库扩容的关键问题之一。为此,建立了双重孔隙介质储层中注CO_2驱水的气水两相渗流的数学模型,以国内某裂缝性气藏改建的地下储气库为研究对象,主要分析了边缘气井注CO_2驱水扩容的气水界面的运移规律,并讨论了CO_2溶解、井底流压、注气流量、微裂缝参数等因素对储气库扩容时气水界面稳定性的影响。结果表明:(1)储气库采用"多注少采"的方式扩容时,扩容速度在第5周期达到最大值,随后逐渐降低;(2)CO_2在水中溶解度随储层压力而变化的特性有利于储气库扩容时气水边界的稳定;(3)定井底流压和定流量扩容时,适当地增大井底流压和中心区域气井的注气流量能有效提高储气库的扩容速度;(4)在高渗透率区域和裂缝—基质渗透率比值较大的储层区域,应适当地降低注气流量,防止因渗流过快造成气水界面的指进现象,同时应通过观察井严密监控气水界面的运移,以防止气体从边水突破逃逸或高渗透带见水或水淹。该研究成果为我国应用CO_2作为低渗透裂缝性气藏储气库垫层气的驱水扩容提供了技术和理论支持。     

二氧化碳地质存储过程中注入井完整性分析

二氧化碳沿井筒渗漏是二氧化碳地质埋存过程中所面临的重要风险之一,因此在注入二氧化碳前须对套管、水泥环及岩石组合体进行完整性评价。利用数值模拟的方法对二氧化碳注入井注气过程中温降及盐岩蠕变对井筒完整性的影响进行了分析,并得出井筒温降的极限值。模拟方法包括 3个主要步骤:钻井过程的模拟、盐岩蠕变的模拟及注气过程中温降的模拟。研究对象为套管及水泥环在温降条件下应力场的分布及位移的变化。结果显示,在一定条件下套管与水泥环之间的微环隙可以通过盐岩蠕变的方式进行弥补甚至愈合,同时应该选择适合二氧化碳注入过程中的低温环境的材料。该方法即将应用于德国某大型二氧化碳存储及提高天然气采收率项目中。     

裂缝性低渗油藏注气提高采收率实验研究

HH油田为典型的低孔特低渗油藏,部分地层伴有裂缝发育,现面临衰竭式开采后注水开采压力高的难题。通过基质单管岩心驱替实验,探究目标地层进行注气开发的可能性,明确何种注入气体及驱替方式具有较好提高采收率效果。通过基质+裂缝双管并联岩心驱替实验,确定目标地层中微裂缝对提高采收率效果影响。结果表明,CO₂较减氧空气是更好的注入气体,CO₂/水交替驱替是提高采收率优秀的驱替方式;裂缝的存在会严重影响采收率,裂缝+基质双管并联岩心CO₂/水交替驱采收率较单管基质岩心降低27.09%。建议选择CO₂为注入气体,对基质储层或采取改善非均质性措施的裂缝区域采用CO₂/水交替开发,对裂缝性低渗油藏注气开采有一定参考意义。