深水钻井溢流井控期间水合物生成主控因素

目前多数学者都是基于热力学特征进行水合物生成的判断,但更准确的判断需要考虑分子动力学的特征。井筒中水合物形成的速度较慢,即使达到了水合物形成的热力学条件,还需要经过水合物的成核、生长2个过程。基于深水钻井溢流井控期间井筒多相流动规律,依据水合物热力学和动力学特征,结合水合物膜微孔板理论,对溢流井控期间循环、关井和压井期间水合物的生成机理进行了研究,并分析了不同流型对水合物生成的影响。研究结果表明,深水钻井溢流发生时,循环期间井口安装有节流装置不会生成水合物;关井期间泡状流情况下不会形成水合物堵塞,段塞流情况下井口处可能会形成水合物堵塞;压井期间水合物生成不会对井筒产生较大危害。     

南海深水海域避台风期间井控安全作业周期研究

我国南海深水海域夏季台风活动频繁,在撤离平台避台风期间,井筒中流体长时间处于静止状态,如果气体侵入井筒并上升至风暴阀处,给解封、开井作业带来较高的井控风险。为此,针对南海避台期间井控作业的特点,根据钻井液黏度、密度、表面张力、气泡直径以及壁面效应等因素对气体上升速度的影响,对拖曳力系数模型进行了修正,建立了避台风期间井筒内气体上升速度的计算模型,并对所建模型进行了验证,验证结果表明,模型计算结果与现场实测数据吻合较好。利用所建气体上升速度模型对避台风期间影响气体上升速度的因素进行了分析,结果表明,气体上升速度随井深的减小而增大,随钻井液密度增大而增大,随钻井液黏度增大而减小,随地层孔隙度增大而增大。结合我国南海实际情况,绘制了不同井眼条件下的安全作业周期图版,现场工作人员可通过该图版判断风暴阀下是否圈闭有高压气体,从而有针对性地采取井控措施。      

深水气井测试管柱内水合物沉积动态研究

针对深水气井测试管柱内水合物沉积及其对测试作业的影响程度研究不足的问题,在深水气井测试管柱内水合物生成风险区域预测的基础上,建立测试管柱内水合物生成计算模型和沉积预测模型,并以陵水深水气田S2井为例,进行了不同测试工况下测试管柱内水合物沉积厚度定量预测。研究结果表明,所建立的预测模型计算结果与室内环路实验数据的误差小于10%。现场实例应用表明,通过管柱内水合物沉积厚度判断井筒缩径率,理论计算测试2h后水合物沉积导致井筒缩径率为11%,导致井口回压下降1.78MPa,实际测得回压下降约1.86MPa,误差仅为4.5%。现场通过观察井口回压变化情况,及时调整水合物抑制剂注入参数,确保了测试作业的安全顺利进行。该研究对气井测试管柱内水合物沉积的防治具有一定的指导意义。     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测北大核心CSCD

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

深水气井测试过程水合物形成预测

深水气井测试过程中,水合物的形成会对测试作业造成很大影响,甚至导致整个测试作业的失败,进而引发重大事故。为保证深水气井测试的安全、顺利进行,有必要对测试期间水合物的形成规律进行分析,预测水合物可能形成的区域,加强水合物形成的预防工作。基于深水测试工况,针对开井流动与关井求压阶段,建立了温度压力的计算模型,并结合水合物生成条件,提出了深水气井测试不同施工阶段水合物生成区域的预测方法。对一口深水井的计算表明,开井流动期间,流量对水合物生成条件有很大影响,流量越低,水合物生成区域越大;关井阶段及初始流动阶段,管柱内压力较高,温度较低,形成水合物风险与区域较大,必须采取相应措施抑制其生成。     

深水气井测试管柱内天然气水合物堵塞特征与防治新方法

目前对于深水气井测试过程中井筒管柱内天然气水合物(以下简称水合物)堵塞的形成机制尚不清楚,因而存在着过度使用水合物抑制剂以及抑制剂利用效率较低等问题。为此,针对多相流,在水合物生成动力学、水合物颗粒运移沉积动力学等方面开展了研究:构建形成水合物堵塞的定量预测模型,预测水合物在管柱内何时何处形成堵塞并评估堵塞严重程度,确定易发生堵塞的高风险区。进而提出了基于拓展安全作业时间窗口的水合物堵塞防治新方法——依据安全作业时间窗口优选抑制剂浓度、优化抑制剂注入速率。研究结果表明:(1)井筒内所生成的水合物在管柱内壁上沉积附着,形成不断增厚的水合物层,造成管径变小,液膜处生成的水合物在管壁上沉积是造成管柱堵塞的主要原因;(2)随着水深增大或产气量降低,不发生水合物堵塞的安全作业时间窗口变窄,形成堵塞所需时间变短;(3)注入水合物抑制剂可以延缓堵塞的发生,拓宽安全作业时间窗口;(4)水合物防治新方法可显著降低所需水合物抑制剂用量和注入速率(在算例条件下可降低50%)。结论认为,新方法有效克服了传统方法过度使用水合物抑制剂的不足,可为深水气井测试中水合物的防治提供指导。     

水平井井筒清洁临界流速简化模型

石油钻井作业中井筒岩屑运移影响钻井成本、时间及成井质量, 井筒岩屑运移问题已经成为钻井作业中亟待解决的问题。不论在水平井中的直井段还是水平段, 流体拖曳力对于岩屑颗粒运移的作用超越其他作用力占据主导地位,井筒清洁临界流速计算的关键是确定拖曳系数计算的经验公式。根据拖曳系数与雷诺数关系的
实验数据, 对拖曳系数经验计算方法进行优选对比发现Turton的经验公式与实验数据平均误差最小,仅为3.06%;在优选对比拖曳系数的基础上,对岩屑颗粒进行微观受力分析, 推导了岩屑颗粒运移临界流速,研究了井斜角对于岩屑颗粒临界运移流速的影响,计算结果发现在50°~70°之间临界运移流速最大, 并对建立的数学模型进行了现,场应用验证。     

游离甲烷气在井筒内形成水合物的动态模拟

深海油气钻井及海洋水合物钻采过程中均存在水合物形成进而阻塞井筒的风险。在恒温4.0℃,压力由3.5 MPa逐渐升至6.5 MPa的实验条件下,动态观测了甲烷气体以定速"鼓泡"形式在模拟井筒内的运移特征和井筒内不同位置水合物的形成、聚集形态,并依此对水合物的生长机制进行分析。实验结果表明:井筒内有障碍物或气体运移通道出现变径等情况时,不会改变水合物形成的相平衡条件,但会影响水合物的堆积形态和聚集过程;其次,气体在井筒内运移受阻的强弱直接决定水合物能否彻底阻塞循环通道;同时,气泡表面水合物薄膜的生长机制会受釜内压力变化及水合物膜破裂剥离等影响,并且由于气泡表面水合物膜的生长无法将气泡内气体完全消耗,使得游离气在井筒内形成的水合物体系为非均质的多孔介质体系。     

深水气井测试过程中水合物相态曲线的研究与应用

针对深水气井测试过程中井筒温度场的变化带来水合物生成的巨大风险,易导致测试管柱堵塞、环空出现较大的带压值等严重问题,对水合物生成相态曲线在深水气井测试过程中的多方面应用进行了研究。首先在深水气井测试井筒温度场精确预测的基础上,结合水合物相态曲线,定量预测了测试期间管柱内水合物的生成区域,计算得出了测试管柱上的化学药剂注入阀的下入深度,并设计确定了测试期间井筒及地面油嘴处水合物抑制剂的注入量,形成了深水气井测试水合物相态曲线应用方法。该方法在南海深水某气井进行了综合应用,计算得出该井测试期间化学药剂注入阀下入深度为2 450 m,井筒及地面油嘴处水合物抑制剂注入分别为甲醇和（3%～5%）乙二醇,综合应用测试作业工作制度,测试期间井筒无水合物生成,地面油嘴处水合物生成注入抑制剂后压力下降约13.6%,保证了现场测试作业的成功实施,可为其他深水气田测试过程中天然气水合物的防治提供借鉴。      

深水气井天然气水合物生成、沉积特性与防治方法

井筒中天然气水合物生成和沉积形成的流动障碍是影响深水气井安全高效开发的重要因素.在深水气井不同工况下多相流动特性研究的基础上,考虑不同工况下的水合物生成和沉积特点及影响因素,建立了不同工况下的水合物流动障碍预测模型,揭示了不同工况下的水合物流动障碍形成机制,探讨了不同工况下的水合物流动障碍风险及防治方法.研究结果表明:...     

深水天然气井水合物预测研究

为了抑制深水天然气井生产测试时生成水合物,针对深水环境海底高压低温特性,研究水合物生成与井筒压力、温度分布和含液量的关系,通过井筒分段方式建立井筒温度分布预测模型,考虑冷凝水和凝析油的影响,建立含液天然气井井筒压力分布模型.实例计算表明,低产气量、低井口压力状态生产测试时和开关井过程中,靠近海床的井筒及以上部分温度下降显著,有利于水合物生成.理论计算和实测值吻合较好,说明建立的模型和理论计算结果能很好地指导实际生产.     

井筒四相流动理论在深水钻完井工程与测试领域的应用与展望

海洋深水油气钻完井过程中,井筒内流体流动是一个多组分、存在相变及流型转化的复杂四相流动过程。为了进一步揭示深水钻完井井筒多相流动规律,基于井筒四相流动理论,阐述了其在深水油气钻完井工程领域的应用进展;然后,针对该理论在深水钻完井某些特殊工况下存在的局限性,展望了井筒多相流动理论未来的发展趋势。研究结果表明：①深水钻完井井筒四相流动理论能够充分考虑深水井筒中的各种物理化学现象,可以实现对井筒瞬态温度、压力的精确刻画,进而为深水钻完井水力参数优化设计提供坚实的理论基础;②深水钻井井涌发生后,在泥线低温高压环境作用下,井筒内气相易生成天然气水合物（以下简称水合物）相变,从而改变井筒气体体积分数的分布特征;③在井底高温高压作用下,井筒酸性气气体存在着超临界相变,导致高含酸性气体的气侵具有“隐蔽性”;④深水气井测试过程中,井筒四相流动理论能够准确刻画井筒内水合物沉积、堵塞全过程,为深水气井测试过程中水合物的防治提供理论依据;⑤深水钻井井筒多相流动理论今后的发展趋势,将涉及井筒与深水特殊地层耦合作用机制、深海水合物钻井井筒多相流动理论及支撑深水钻井新技术的井筒多相流动理论的研究。     

天然气水合物对深水钻井液的影响及防治

随着海洋钻井作业数量和深度的增加，钻井作业难度不断加大，海洋深水钻井作业环境恶劣，操作条件复杂，其中之一便是钻井液（主要是水基钻井液）中易形成天然气水合物。钻井液中一旦形成天然气水合物，会造成井壁失稳、堵塞井筒，钻井液无法循环，造成作业周期延长、钻井成本增加等。为解决钻井中天然气水合物的危害，综述了天然气水合物的形成机理。提出在深水区域钻井作业实施前，要充分估计到井口、防喷器、节流和压井管线中形成天然气水合物的可能性，一旦形成天然气水合物，可通过调节钻井液密度来控制井筒中压力，保持最低的安全钻井液密度来防止天然气水合物的形成。     

醇盐混合溶液中天然气水合物的形成

在油气田生产、运输和钻井过程中,容易生成天然气水合物堵塞井筒、管线、阀门和设备,因此,研究盐离子和醇混合体系中水合物的生成条件非常必要。本文应用扩展的UNIQUAC模型,考虑了离子间的“长程”作用及溶剂分子间的“短程”相互作用,计算富水相中水的活度,并应用Vander waals—Platteeuw模型来预测醇盐混合体系中水合物生成条件,计算结果与实验数据吻合较好,从而为水合物的现场预防提供了科学的依据。     

深水海洋气泡流的动力学模型

介绍了深水条件下海洋气泡流的动力学模型,阐述了天然气水合物在天然气从深海到大气的传输过程中的重要作用。被天然气水合物包裹的气泡的动力学模型是在普通气泡模型的基础之上,引入一个参数值,通过模型模拟得到的数据确定的,可以用来描述水合物外层对气体分子和水分子扩散的抑制作用。     

深水水合物钻井导管下深设计与地层安全承载研究

为保障深水天然气水合物开采的安全进行,降低钻井导管组合系统下沉和水合物地层失稳的事故风险,针对深水天然气水合物钻井作业过程中导管喷射到位解锁、表层套管固井和紧急脱离等3个阶段导管组合系统的下入深度设计与竖向承载力进行研究。结合桩基理论建立不同阶段作业工况下钻井导管竖向承载力的计算模型,确定不同作业阶段钻井导管的最小下入深度,然后基于TOUGH+HYDRATE和FLAC3D软件建立水合物地层稳定性数值分析模型,研究试采作业过程中水合物地层的稳定性,根据摩尔-库伦破坏准则,确定水合物地层的安全试采时间。以南海某天然气水合物喷射钻井作业为例,考虑浅层土壤的工程地质特征以及钻井作业过程中由于钻井液侵入导致水合物地层分解,给出导管安全下深设计的推荐值为98 m,为保证水合物地层的安全承载,建议水合物的安全试采时间不应超过60 d。研究结果可为深水天然气水合物钻井导管的现场作业提供技术参考。     

海洋气水同产井井筒中天然气水合物非平衡生成风险预测

受海水低温环境的影响,气水同产井井筒中天然气水合物(以下简称水合物)非平衡生成问题突出,增加了井筒堵塞等安全事故发生的风险。为此,基于前人建立的甲烷水合物相平衡模型、水合物生成与分解动力学模型,建立了含水天然气采出过程中井筒温度和压力分布模型、海洋气水同产井水合物非平衡生成与分解理论模型;然后基于有限差分法进行数值模拟计算,形成了一套适用于海洋气水同产井生产过程中水合物非平衡生成风险预测方法(以下简称水合物生成风险预测方法);在此基础上,采用某陆上产气井LN-X的数据对该预测方法的可靠性进行了验证,进而研究了不同参数影响下海洋气水同产井井筒中水合物的非平衡生成与分解规律。研究结果表明:①随着日产气量增大或含水率升高,井筒中生成水合物的区域范围减小,同时水合物物质的量也减小,井筒越不易被堵塞,对海洋气水同产井的安全生产越有利;②井口油压越大,井筒中生成水合物的区域范围越大,同时水合物物质的量也越大,越容易堵塞井筒,对海洋气水同产井的安全生产越不利;③不同海面温度下水合物生成区域的范围一致,并且水合物分解区域的范围也一致,水合物物质的量仅在井口位置附近有差异,海面温度越高,水合物物质的量越低。结论认为,所形成的水合物生成风险预测方法可靠,可以为海上气藏的安全生产管理提供理论指导。