环空圈闭压力对水泥环密封失效的影响

针对深水高温高压井环空圈闭压力变化可能造成水泥环密封失效的问题,现有文献大多从现场管理措施及理论模型的角度进行研究。鉴于此,基于全尺寸水泥环密封完整性试验装置,模拟了环空不同圈闭介质形成的压力随温度的变化规律,提出了一种套管内采用硅酸铝复合隔热涂料控制环空圈闭压力的新方法,并通过窜流试验研究了不同流体圈闭压力对水泥环密封完整性的影响规律。研究结果表明:不同圈闭流体对温度的敏感性差异较大,盐水钻井液最为敏感,油基钻井液温度敏感性最小;环空圈闭压力对水泥环密封完整性影响较大,环空圈闭压力越大,水泥环气窜压力越小;套管内采用硅酸铝复合隔热涂料,可有效减少井筒约50%热量传递,增强了井筒防气窜能力,可以有效抑制环空圈闭压力,保障井筒安全。研究结果可为深水高温高压井环空圈闭压力的控制提供技术支持。     

渤海“三高”气井环空早期圈闭压力预测

针对渤海"三高"（高温、高压、高酸气含量）气井生产早期环空圈闭压力过大严重威胁井筒安全、现有计算模型不能满足"三高"气井圈闭压力计算需要进而影响井筒完整性管理的问题,为准确预测"三高"气井的圈闭压力,基于漂移模型、动量守恒、能量守恒、井筒传热学、平面应变力学方程、气体状态方程以及管柱力学相关理论,建立了"三高"气井井筒温度、压力耦合预测模型以及气液两相圈闭压力迭代模型,实现了"三高"气井高温、高压、产水和非烃气体等实际工况下的气液两相圈闭压力计算,并解决了现有计算模型适用性差以及迭代不收敛的问题。研究结果表明：所建温度、压力耦合预测模型误差约为5%;相较于已有模型,所建模型计算结果更接近现场实际情况,误差在7.5%以下,高产工况下准确度更高;分析得到了"三高"气井不同因素对圈闭压力的影响规律,进行定量化敏感性分析,并以此为依据从工程角度提出了环空圈闭压力的控制措施。其中,环空预留5%~7%气柱能有效降低圈闭压力。     

排水采气井井底压力测试计算方法研究与应用——油套环空物质平衡测压方法研究(之一)

排水采气井 ,特别是油管产水、套管产气的工艺井 (如机抽、电潜泵 ) ,由于井下设备通常占据了油管通道 ,难以用压力计直接测取井底压力 ,而常规获取井底压力的方法大多采用回声仪探测法。在生产过程中 ,由于气体不断进入油套环空 ,环空中可能出现泡沫 ,失去明显的气液界面 ,此时 ,采用回声仪测探法确定气液界面进而推算井底压力遇到了很大的困难 ,因为不可能获取确切的气液界面深度。为了较为准确和方便地获得井底压力 ,首次把物质平衡法引入排水采气的环空测试中。文中对排水采气井油套环空物质平衡测压方法进行理论探讨 ,推导各种条件下拟液面长度的解析解 ,为测试计算井底压力作好理论准备。     

排水采气井井底压力测试计算方法研究与应用—油套环空物质平衡测压方法研究（之一）

排水采气井,特别是油管产水,套管产气的工艺井（如机抽、电潜泵）,由于井下设备通常占据了油管通道,难以用压力计算接测取井底压力,而常规获取井底压力的方法大多采用回声仪探测法,在生产过程中,由于气体不断进入油套环空,环空中可能出现泡沫,失去明显的气液界面,此外,采用回声仪测探法确定气液界面进而推算井底压力遇到了很大的困难,因为不可能获取确切的气液界面深度,为了较为准确和方便地获得井底压力,首次把物质平衡法引入排水采气的环空测试中,文中对排水采气井油套环空物质平衡测压方法进行理论探讨,推导各种条件下拟液面长度的解析解,为测试计算井底压力作好理论准备。     

深水油气井筒环空注氮控压机理

通过深水井筒环空圈闭压力影响因素分析,结合环空圈闭介质温度、压力特性室内模拟实验,提出环空注氮气控制圈闭压力的方法。受深水井身结构及水下井口系统限制,技术套管和生产套管固井后存在较长的自由段套管环空,由水基、合成基或油基钻井液充填,油气测试、生产过程中,套管环空圈闭液体受井筒流体影响温度显著升高,圈闭液体受热膨胀出现圈闭压力。实验表明:圈闭流体热膨胀系数和等温压缩系数是环空圈闭压力关键影响因素,圈闭压力对圈闭介质类型(液、气)敏感度差异极大;向套管圈闭环空注入5%~20%体积分数的氮气,可以有效控制圈闭压力。现场实践表明:环空注入氮气的圈闭压力控制方法操作方便、可靠性高,能保证深水油气测试、生产过程井筒安全。     

控制地下储气库强采强注井环空超压的氮气柱长度计算方法

地下储气库(以下简称储气库)强采强注井在注气、采气工况下极易出现油套环空压力异常的现象,有可能威胁到现场生产过程的安全与储气库井井筒的完整性。为了给注氮气缓解强采强注储气库井环空带压问题提供指导,基于管柱弹性力学平面应变、流体热膨胀与压缩性质、理想气体状态方程等理论与方法,考虑不同工况下油管内压力与温度变化所带来的保护液热效应和套管鼓胀效应,建立起储气库井环空压力计算模型;探讨了储气库井A环空压力与各个主要影响因素(油管内压、井筒温度等)的关系,进而推荐了相应的氮气柱初始压力与长度。研究结果表明:(1)储气库井油套环空压力与油管内压、井筒温度成正相关,温度变化为环空压力变化的主要控制因素;(2)密闭环空压力对温度变化极为敏感,环空带压现象也十分明显;(3)初始氮气柱预留压力也会影响环空压力;(4)初始氮气柱长度越长,环空压力变化量越小,但过长的氮气柱对于环空压力控制的影响效果不明显,并且会降低环空保护液的防腐性能,因而考虑到实际生产的需求,建议选取封隔器下深的2%～4%作为预留氮气柱长度。     

预测井筒流动温度分布的新方法

传统的Ramey,Satter,Shiu和Hasan-Kabir等井筒流动温度计算模型大多忽略环空流体对流的影响,容易造成井底油、套管温度差异较大,计算误差过大.为此,在现有模型基础上,充分考虑环空流体强对流的影响,以油管底端温度、压力与环空平衡为必要条件,建立了考虑油、套连通的井筒温度分布计算模型;通过采用补偿系数计算方法,将井底总传热系数U按井深线性的离散化到各节点计算单元,保证井底油、套环空之间温度的连续性.利用现场实测数据进行验证,计算结果误差小,具有较高计算精度.     

预测井简流动温度分布的新方法

传统的Ramey，Satter，Shiu和Hasan—Kabir等井筒流动温度计算模型大多忽略环空流体对流的影响，容易造成井底油、套管温度差异较大，计算误差过大。为此，在现有模型基础上，充分考虑环空流体强对流的影响，以油管底端温度、压力与环空平衡为必要条件，建立了考虑油、套连通的井筒温度分布计算模型；通过采用补偿系数计算方法，将井底总传热系数U按井深线性的离散化到各节点计算单元，保证井底油、套环空之间温度的连续性。利用现场实测数据进行验证，计算结果误差小，具有较高计算精度。     

油套环空出油机采井采油机理分析

胜利埕岛油田部分机械采油井存在油套环空出油现象。文中对油套环空出油机采井采油机理进行了深入分析,认为机采井油套环空出油主要是因"油套环空气举"引起的。原油在泵底形成气液多相流,加上井底压力足够高,使油套环空出油成为可能。这种现象使机采井存在"动液面偏高假象"等问题。虽然由于气举造成油套环空出油是利用气体能量进行强采的一种方法,但实际上会加剧油层内原油脱气,加重地层出砂,而且还会对油井作业及安全产生不利影响,所以在实际生产中要尽可能做到油套环空只放气、不采油。     

欠平衡钻井安全钻进控制参数评价

欠平衡钻进过程中,气体侵入井筒后,环空出现多相流动状态。由于气体具有可压缩性,环空压力场随着气体的侵入及侵入量的改变而呈现复杂的变化．整个井筒压力剖面将出现波动。、为使地层气体可控制地侵入井筒．需要及时调节控制回压和钻井液排量,保证井底压力在安全密度窗口内,维持合理的井底欠平衡状态,以实现安全钻进。、文中根据欠平衡钻进井筒压力平衡关系,建立了井底压力控制模型。通过分析影响井底压力的参数．建立了影响井底压力控制的安全钻进控制参数模型．并以控制回压为例给出了具体的求解流程。以新疆某井为例．说明控制参数对井底压力和环空压力场的影响、研究结果表明：地层出气后,能够通过增加控制回压,采用正常循环排出的方式,将侵入气体排出井筒,实现安全钻进;增加钻井液排量,气液混合速度增大,环空摩阻增大．导致井底压力增加。     

深层气井油套环空泄漏点关键参数地面诊断技术

深层气井开发过程中存在油管柱泄漏失效导致的油套环空异常带压现象,易造成气体泄漏、井口顶升和管柱损坏等事故,威胁井筒安全。与传统井下测井方法相比,采用地面诊断技术可快速判断油管泄漏程度,精准定位井下泄漏点,避免生产管柱扰动,实现对井筒潜在风险的“早发现,早识别”。首先根据压力平衡原理建立泄漏点深度求解模型,其次采用小孔模型描述气体泄漏过程,构建基于环空体积相容性原则的气体聚集增压模型,应用控制变量法对环空带压敏感性因素进行定量分析,并根据泄漏点深度和当量尺寸差异,结合环空泄压恢复测试曲线特征,将油套环空起压规律划分为4类典型模式。以案例井参数为例,油管柱泄漏失效条件下引发的油套环空带压按物理过程划分为管柱小孔泄漏、气液两相运移和气穴聚集增压3个阶段,随着时间推移,油套环空压力和气体体积逐步上升,泄漏速率逐渐降低,直至泄漏点内外侧压力平衡时趋于稳定,其中“浅部大孔、高压快升”的起压模型风险等级最高;经过反演计算,案例井油套环空压力值26.1 MPa,泄漏点当量尺寸2.1 mm,最大泄漏速率0.20 m3/min,井筒安全风险相对较高,建议采用机械修补、化学堵剂等方式进行密封堵漏。     

页岩气井压裂过程中套管损坏的机理

页岩气井大排量压裂过后,在近井筒地带会形成局部圈闭,由于温差较大局部圈闭热膨胀产生轴向力,对套管产生附加应力,有可能引起套管屈曲或变形,甚至诱发套管损坏。为了研究该类套管损伤,以热力学原理、能量守恒定律及流体瞬态传热机理为理论指导,建立局部圈闭附加压力模型,研究了压裂排量和总的注液量对井筒温度场的影响,并通过计算压裂导致的产层段局部圈闭附加压力,开展了油层套管抗挤安全状态评价。研究结果表明:①在大排量压裂条件下,井筒的温度随注液量和排量的变化而改变,排量越大井筒的温度降低的幅度越大;②排量一定时,注液量越大、注入时间越长,井筒温度会逐渐降低,但是变化量逐渐减小;③随着压裂液的注入,在0.5 h内井底温度快速降低,其后井底温度稳定在某一值附近;④流体的热膨胀系数和等温压缩系数也是影响热膨胀压力大小的重要因素。结论认为,对于特定材料套管,如果压裂作业时温差达到某一阈值,会导致考虑局部圈闭的外挤载荷大于套管的抗外挤强度,产生安全隐患,建议提高套管钢级或增加套管壁厚。     

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。     

煤层气井井底流压分析及计算

煤层气井井底流压的大小直接决定煤层气产量的大小,为了获得高产,必须清楚认识井底流压并精确计算其数值。根据垂直气液两相环空管流理论,首先描述了煤层气的环空流动特征及井底流压的组成部分;结合现场生产测试资料,采用Hasan-Kabir解析法和陈家琅实验回归两种方法计算了井底流压值,并分析了其与气体流量的关系。结论认为：①油套环空中流体由上而下分为纯气体段、混气液柱段（高含气泡沫段和普通液柱段）,井底流压为套压、纯气柱压力及混气液柱压力三者之和;②两种方法计算的井底流压值大体相同,与实测值误差小,精度高;③井底流压与气体流量呈负相关关系,而且随着井底流压下降,压降漏斗不断扩大,井底流压下降相同的数值能产出更多的煤层气。     

深水井筒环空圈闭压力单向控制机理

深水油气井水下完井技术条件下,多级中间套管的环空圈闭压力是影响深水井筒完整性的关键因素之一。为有效控制油气生产或测试过程中圈闭压力对井筒安全性的威胁,开发了一种深水井筒环空圈闭压力单向控制技术。以南海深水油气典型井的井身结构为设计依据,研究了深水井筒生产测试过程的圈闭空间压力单向释放与控制工艺技术方法;构建了单向控制技术的室内实验模拟系统,实验模拟了井筒产出热流体对圈闭空间内圈闭液体温度、压力的影响。基于所设计的环空圈闭压力单向控制的方法,研制了一套压力单向控制的套管短节工具,并对压力单向控制套管短节工具的原理样机进行了室内模拟实验。实验结果表明,圈闭压力单向控制的方法可有效降低圈闭热应力异常升高而导致的套管变形、井口密封破坏等井筒安全事故的发生。圈闭空间的单向控制技术可有效保护深水井筒完整性,同时为深水圈闭压力的控制提供了安全方法。     

深水油气井全生命周期环空圈闭压力预测模型

准确预测环空圈闭压力对维持油气井井筒完整性、延长油气井生命周期具有十分重要的意义.基于P VT状态方程,结合井筒瞬态传热模型与环空体积计算模型,建立了耦合环空体积-温度变化的深水油气井全生命周期环空圈闭压力预测模型.模型计算结果与试验数据的误差约为6.6％.实例井计算结果表明:环空圈闭压力与环空流体压缩系数、地温梯度及...     

深水套管环空圈闭压力计算及控制技术分析

针对深水井测试及生产过程中套管环空圈闭压力增加导致套管挤毁和破坏的问题,建立了环空圈闭压力计算模型,利用平面应变问题的基本方程和拉梅方程对环空圈闭段套管应力、应变和位移进行了求解,分析了油藏与海底温度、流体性质与生产流速、井身结构与套管材质以及固井水泥返高等因素对环空圈闭压力的影响。在此基础上,对目前国际上采取的环空圈闭压力控制技术进行了分析,认为安装破裂盘和使用可压缩泡沫材料这2种技术方案可有效控制深水套管环空圈闭压力,确保深水油气开发井筒完整性和作业安全性。     

油套环空放空防止气井井筒生成水合物技术

基于气液两相流沿气井油管上升流动过程中质量和动量守恒及井筒传热机理,建立了压力和温度梯度耦合模型,并采用四阶龙格 库塔法数值求解。该模型中考虑了流体的焦耳 汤姆逊效应及环空介质和地层热物性沿井深的变化,分析了大牛地低渗低产D2-56气井环空介质换热系数和井筒总传热系数与套压的关系。计算结果表明：若井下安装封隔器,并将油套环空放空,可显著降低井筒总传热能力和油管内流体的热损失,提高油管内流体温度,可防止水合物在油管中生成。对于产量较高的气井,降低油套环空压力对防止水合物生成更具有实用性。     

泡沫欠平衡钻井气液流量组合优选研究

泡沫欠平衡钻井过程中,气体、液体和固相岩屑混合在一起,沿井筒环空向上流动,属于典型的“气-液-固”多相流。为了保护储层,避免发生井壁失稳坍塌事故,在泡沫欠平衡钻井时,必须保证井底压力小于地层压力并高于地层坍塌压力,同时还要保证整个井段泡沫钻井液处于最佳泡沫质量区,以具有足够的携岩能力。针对工程施工实际情况,对井筒环空进行网格划分,利用欠平衡钻井井筒多相流模型分段求解井筒流态和流动压力,综合分析井底压力与注入气液流量组合的对应关系,从而将井底压力安全窗口转化为可直接控制的气液流量安全窗口,为安全施工提供依据。该研究成果在也门某区块泡沫欠平衡钻井中的钻井实效对比分析表明,该方法较为实用可靠。     

抽油井防盗防气一体化技术

文留油田由于气油比高、液面高,油井能量较充足,一些不法分子常从套管偷油窃气,影响油井正常生产。针对这一难题,研制了套管防盗油密封阀,并配套应用了井下油气分离器与气举阀助流举升工艺技术。当气液经井下分离器分离后,气体进入油套环空,并在上部防盗阀将环空密闭的情况下,压力升高到气举阀打开压力时进入油管,使油套环空压力处于动态平衡状态,从而能够同时解决防盗、防气两大难题。现场应用取得了明显效果,为类似油田开发管理提供了一条新途径。