考虑腐蚀的环空带压井生产套管安全评价

对于含腐蚀性流体(CO2、H2S等)高温高压高产气井,一旦油套环空出现环空带压现象,封隔器以上生产套管将暴露在腐蚀环境中。受腐蚀、环空带压的相互作用,生产套管的服役寿命面临巨大挑战。研究了最大允许环空带压值的计算方法,结合实验室套管材质腐蚀速率测试数据,开展了考虑腐蚀缺陷的套管安全服役寿命评估。同时,研究了环空带压、环空带压与腐蚀相互叠加工况下套管的安全服役寿命。通过服役寿命设计,评估给定开采周期油套管剩余强度及安全状况,在有限的开采周期内,既要保证井筒本质安全,又降低开采成本。对于高温高压含腐蚀性气体的气井,一旦油层套管采用碳钢材质,则需要关注环空保护液的腐蚀测试,优选环空保护液体系,强化环空保护液的安全监管,避免由于套管的过度腐蚀而遗留安全隐患。     

页岩气井环空带压安全风险定量评价方法研究

针对页岩气开发过程中井筒完整性失效引发的环空带压问题,开展了页岩气井井筒环空带压安全风险定量评估研究。基于模糊综合评判理论,充分考虑页岩气井的井筒实体屏障、流体屏障、运行管理等实际情况,建立了以环空压力、固井质量和地层完整性3个关键风险指标为依据的页岩气环空带压井安全风险评估方法,在某页岩气田进行了应用,对19口环空带压井的风险值和风险度进行了定量评估,并根据风险评价结果,从环空最大许可带压值确定、环空带压诊断、环空带压监测管理等方面给出了一套页岩气井环空带压安全管控推荐作法,研究成果为页岩气井的安全生产提供了重要的技术指导。     

页岩气井环空带压临界控制值计算方法

页岩气井由于大规模压裂导致井筒完整性破坏而引起大量环空带压问题,严重影响页岩气井的安全生产。针对页岩气井环空带压问题,基于API RP 90-2环空带压临界控制值计算方法,考虑页岩气井储层压力、产量变化、腐蚀以及磨损等因素,分析实际生产中环空各组件承压能力随服役时间的变化情况,建立了页岩气井环空带压临界控制值计算方法及环空带压控制图版,并进行了实例计算。研究结果表明,页岩气井环空带压临界控制值在服役早期主要受井口装置、技术套管承压能力影响,到服役后期时,随着腐蚀及地层压力降低,主要受油管薄弱点抗外挤强度影响,且随服役时间、腐蚀速率增加而不断降低,当环空带压控制值小于地层压力时,需要对环空压力值进行监测并采取相应措施,以保证现场安全生产。     

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。     

固井水泥环缺陷与套管承载能力关系研究

固井是油水井生产之前的一项重要工序,固井质量的好坏对井的使用寿命有着直接的影响.建立了水泥环缺少30°、60°、90°等角度的井筒平面应变有限元模型,并对固井水泥环缺陷引起的套管应力变化进行了仿真模拟分析,进而明确了水泥环缺陷程度与套管承载能力的关系.     

固井界面微环隙产生机制及计算方法

针对油气井生产过程中固井界面微环隙的产生和发展规律进行仿真试验研究,并对套管-水泥环界面的黏结力进行测量,基于以上研究建立固井界面微环隙的理论计算方法。结果表明:套管内压过大导致水泥环产生塑性变形,套管内压减小时固井界面将受拉,实测固井界面存在数量级为0.1 MPa的黏结力,当界面拉力足以克服界面黏结力时,固井界面将会脱离产生微环隙;套管内压值越大,压力卸载后产生微环隙的机率越大,且微环隙尺寸越大;相同胶结质量下固井一界面比二界面更容易产生微环隙;理论计算结果与仿真试验结果具有较好的一致性。     

火力发电厂干灰库温度应力的有限元分析

运用有限元软件ANSYS对某工程灰库筒仓结构的温度场和温度应力进行仿真热-应力耦合分析,得到了灰库不同部位的温度场、温度应力曲线,建立了在温度应力影响下,仓壁环向拉应力随壁厚和温差变化的对应关系;对比分析了筒仓外壁是否设置保温材料,对仓壁受力的影响.研究结果表明,筒仓的温度应力和其对结构产生的影响在实际工程实践中不可忽略,温度效应不仅增大了筒仓壁的环向拉力,而且对于仓壁环向平面内负弯矩影响作用较大,通过设置保温材料可以有效降低筒仓结构的温度效应.     

基于Waha双流体模型修正的UGS环空带压异常物理特征

为探究储气库(UGS)环空带压异常物理特征,考虑UGS井筒结构和传热特点,建立基于Waha双流体模型修正的UGS力学分析方法。通过有限元软件模拟研究管柱泄漏后A-环空内气液两相流动特性。采用过冷减压试验和数值计算对UGS力学分析方法进行对比研究,并分析储库产量、径向面积和气液比等因素对环空带压的影响。以UGS-Q5井带压异常数据为例,通过相对误差分析验证方法的可行性。结果表明:泄漏气在A-环空内发生环状流动,井筒垂直结构有利于气体流动;在持续注入过程中,井筒泄漏导致油套环空带压增长趋势明显,并随着储库产量、径向面积和气液比增加而不断增加;建立的UGS环空带压异常物理特征分析模型具有较好的计算精度和工程实用性,能满足实际工程的计算需求。     

P110SS抗硫套管在高含硫气井环空保护液中的整体性能研究

利用高温高压反应釜模拟普光气田的气井油套环空工况环境,研究了抗硫套管钢P110SS在环空保护液中的腐蚀规律和与镍基合金电偶腐蚀规律,并对P110SS抗硫套管的整体性能(抗挤强度、管体屈服强度和抗内压强度)进行了计算分析研究。结果表明,在无H2S/CO2条件下,环空保护液对P110SS保护效果非常好,电偶加速P110SS腐蚀的效果不显著;P110SS抗硫套管的抗挤毁强度、管体屈服强度、抗内压强度下降很小。在p(H2S)为5.0 MPa、p(CO2)为3.0MPa的条件下,环空保护液保护效果不好,P110SS腐蚀严重,腐蚀速率呈百倍增长,电偶加速P110SS腐蚀的效果显著;P110SS抗硫套管的抗挤毁强度、管体屈服强度、抗内压强度下降严重。     

套管水泥环组合抗挤强度模型及其弹性分析

建立了套管水泥环组合抗挤强度模型，导出了管外水泥环对套管屈服抗挤强度的影响系数，提出了套管水泥环组合抗挤强度弹性概念；计算分析了管外水泥环的存在对套管屈服抗挤强度的影响程度，并对套管水泥环组合抗挤强度对套管水泥环参数变化的敏感性，即套管水泥环组合抗挤强度弹性进行了计算分析。