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。     

塔河油田超临界CO2压裂井筒与裂缝温度场

采用超临界CO_2压裂技术能较好地改造塔河油田水敏、低渗储层,而压裂过程中井筒和裂缝温度场对CO_2物性参数影响较大,需要对CO_2压裂温度场进行研究。考虑径向非稳态传热、轴向非稳态对流以及摩擦力、黏滞力的影响,推导了井筒温度、压力方程,结合K-D-R方法和CO_2物性模型,建立了CO_2压裂过程中井筒和裂缝温度场计算模型,并通过实测温度、压力数据拟合,验证了模型的准确性。应用所建模型分析了塔河油田胡杨2井CO_2压裂施工排量对温度场的影响,结果表明:CO_2注入排量对井筒温度、压力以及裂缝温度影响明显,而对裂缝内压力影响较弱;井筒压力梯度随着排量增大而变小;井筒和裂缝中CO_2均可存在液态和超临界态2种相态。研究成果能为塔河油田CO_2压裂施工设计优化提供一定指导。     

超低渗透油藏注蒸汽(热水)井筒温度压力预测

超低渗透油藏注蒸汽或注热水可提高井筒附近储层的渗透性和储层流体的流动性,从而提高单井产量。基于气液两相流体下降流动过程质量守恒原理和动量守恒原理及井筒传热机理,建立流体井筒流动的压力、温度及干度梯度耦合模型,并采用四阶龙格-库塔法数值求解。该模型考虑流体焦耳-汤姆逊效应及环空介质和地层热物性沿井深的变化。以某油田一口井为例,计算了温度、压力及干度,并与实测值相比,误差均在10%内,说明所建立的模型准确可靠。     

火驱尾气回注井筒流动分布规律

火驱尾气处理已成为制约火驱开采技术发展的瓶颈,需要探索和尝试高效环保的火驱尾气回注技术。为了保证回注方案设计的合理性,文中通过建立火驱尾气物性及相态模型、井筒流动水力和热力模型,开发了火驱尾气回注井筒流动分析软件,实现了尾气在回注井筒内流动状态参数及相变规律的精准描述。结果表明:计算结果与HQ井区现场试验数据的相对误差仅为0.67%,确定井口回注压力21 MPa;随井深增加,火驱尾气压力、温度逐渐升高,液相逐渐减少;回注量对井筒内温度分布影响较大,井底压力对井筒内压力分布影响明显。计算结果对后期回注工艺系统设计具有指导意义。     

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。     

沿井筒方向变化的CO_2分压对油管服役时间的影响规律研究

开展沿井筒方向变化的CO_2分压下油管服役时间规律研究,有助于最大限度地延长油管使用年限。为此,将CO_2分压引入Q/HS14015标准腐蚀速率模型中,结合坐封、生产和开发过程中油管服役工况,建立了以油气产量和腐蚀环境为参数的井筒CO_2分压耦合计算模型。应用该模型的计算结果表明:①沿井深方向CO_2分压呈多项式分布,同一井深处,产量越大,CO_2分压越小;②与实测井筒CO_2分压相比,井底段CO_2分压计算值吻合度高,井口段CO_2分压受温度、井筒压力和CO_2摩尔含量降低影响,计算值误差较大;③相同CO_2分压下,腐蚀速率随温度的增加先增大后减小;④CO_2分压与服役时间内油管强度呈反比;⑤一定井深下,相对于温度,CO_2分压对腐蚀后油管强度影响更明显。结论认为:以井筒CO_2分压为基础,结合腐蚀速率和油管坐封、生产和开发过程中所受外挤、内压、拉力服役工况预测油管服役时间的方法,能够进一步优化CO_2腐蚀环境下的油管选材,节约油气井建井成本,在生产中的应用效果也证明了该方法的可行性。     

CO_2干法压裂井筒压力与相态控制研究

液态CO_2干法压裂过程中井筒压力与相态显著影响裂缝起裂和延伸。鉴于此,根据Span-Wagner状态方程,建立了CO_2干法压裂井筒流动传热模型,揭示了CO_2干法压裂过程中井筒压力与相态的变化规律。研究结果表明:CO_2摩阻非常高,在常规施工条件下其摩阻每1 000 m超过10 MPa;排量和油管内径对井筒压降影响非常大,在满足携砂情况下可通过适当降低排量或选用较大管径油管降低摩阻;干法压裂过程中相态转变取决于井底CO_2温度,而井底温度受注入温度影响最大,其次为注入排量和地温梯度,并且几乎不受油管内径影响; CO_2流体密度和黏度与温度成反相关关系,井筒内CO_2黏度仅为0. 08～0. 25 m Pa·s,携砂能力差,加之滤失大,不利于压裂造缝是压裂施工失败的主要原因。研究结果可为CO_2干法压裂和CO_2增能压裂提供理论指导和现场借鉴。     

考虑非牛顿流体螺旋流动的钻井井筒温度场研究

准确了解钻井过程中井筒温度及其变化规律对于安全、高效钻井具有重要的意义。根据热力学第一定律及传热理论,建立了完整的钻井循环过程中温度场数学模型,分析了井筒中非牛顿流体螺旋流动的传热机理以及水力学能量和机械能量对井筒温度场的影响规律,对高温高压循环当量密度计算和井筒温度控制方法进行了初步探讨。模型计算结果与现场试验数据吻合较好。由数值模拟结果得出:在井深2 000.00 m处,钻柱转速从0 r/min升至200 r/min时该处温度升高4.5 ℃;在井深5 000.00 m处,钻柱转速从0 r/min升至200 r/min时该处温度升高7.8 ℃。研究结果表明,井底温度随钻柱转速的增加呈指数增长,随着井深的增加,钻柱旋转对井底温度的影响更加明显。建立的温度场模型可为高温高压地层钻井水力学设计和现场作业过程中的温度控制提供理论参考。      

高温高压下CO2泡沫压裂液摩阻计算研究

进行了CO2泡沫压裂液的室内配制、流变性测定以及摩阻计算方法研究。通过室内试验,观测了CO2泡沫压裂液的形成、动态变化和泡沫结构,测定了CO2泡沫压裂液在高温高压（35-110℃、20-50 MPa）条件下的视粘度变化。结果表明,CO2泡沫压裂液属于屈服假塑性非牛顿流体,其流变参数（n、K）随温度、压力、泡沫质量、配方等变化,为多元复合函数。为了便于求解,假设配方、温度、压力等主要影响泡沫质量,而流变参数（n、K）仅是泡沫质量的一元函数。在井筒中,泡沫压裂液物性随温度和压力（均为井深的函数）而变化,反过来泡沫压裂液的物性又影响井筒内流体温度和压力分布,是一个耦合的非线性问题。提出了一种计算摩阻压降的简化方法,将整个井筒分为若干计算段,每一段内将复杂的耦合关系简化为3个计算过程：1）由温度、压力和排量计算泡沫质量;2）由泡沫质量计算流变参数;3）由流变参数计算摩阻。计算结果与井筒内CO2泡沫压裂液摩阻压降实测结果符合较好,误差在合理范围内,可以在工程中应用。     

液态CO_2压裂井筒流动摩阻计算

液态CO_2压裂所采用的携砂液为无水纯液态CO_2,其物性受施工压力及沿程压力变化的影响非常明显,准确预测液态CO_2压裂管流摩阻对于压裂程序的合理设计以及施工的顺利进行具有非常重要的意义。通过实验研究的方式得出了不同温度、压力条件下的液态CO_2管流摩阻,并建立了摩阻系数与广义雷诺数之间的数学模型,同时基于液态CO_2井筒流动过程中温度场以及压力场的非稳态性,通过迭代计算的方式研究了不同泵注压力、管径、排量条件下的施工摩阻,并建立了井筒流动摩阻图版,与现场施工数据对比表明该图版具有较高的准确性以及工程应用价值。     

超临界二氧化碳钻井流体关键技术研究

超临界二氧化碳钻井技术是利用超临界二氧化碳作为钻井流体的一种新型钻井方法,具有能有效驱动深井井下马达,控制井底压力容易,破岩门限压力低、破岩速度快,能防止储层损害等优点,但成功利用超临界二氧化碳钻井技术的关键是充分了解超临界二氧化碳钻井过程中井筒中二氧化碳流体的温度和压力分布。为此,建立了考虑井筒流体与地层换热对井筒流体温度影响的井筒传热模型,根据能量守恒原理,推导出了井筒流体温度计算模型,并考虑到钻井过程中可能钻遇水层的情况,对该计算模型进行了修正;利用有限元方法,推导出了井筒内二氧化碳钻井流体的压力计算公式。实例计算表明:钻杆内二氧化碳流体的温度和压力随井深增深而增大,但与井深的关系是非线性关系;钻杆内二氧化碳流体的密度随井深的增加而减小,但到近钻头处开始增大。环空中的压力随井深的增加而增大,但两者的关系也是非线性关系;环空中的温度随井深增加先升高后降低;环空中的二氧化碳密度随井深增加而增大,但两者为非线性关系。      

产水气井气液两相瞬变流动分析

产水气井在开、关井过程中,井筒内气水两相的流动为瞬变流动,井筒压力、温度等参数是井深和时间的函数。根据气液瞬变流动过程中所遵循的质量、动量和能量守恒定律,建立了描述气液两相瞬变流动的数学模型。该模型是一组偏微分方程,采用有限差分法对其进行求解,给出了计算井筒压力、温度和气液相速度的差分方程和详细的计算步骤。最后用具体实例模拟了产水气井开井过程中压力、温度随时间变化的情况,分析了压力、温度随时间变化的规律,证明了流动达到稳定后,瞬变模型的计算结果和稳定模型的计算结果是一致的,从而证明了模型是有效的。     

井筒注二氧化碳双重非稳态耦合模型

二氧化碳在石油工业中有着广阔的应用前景,但目前井筒注二氧化碳模型均未能表征注二氧化碳过程井筒内流动和传热双重非稳态问题。采用Span-Wagner模型和Vesovic模型对二氧化碳热物性参数进行计算,联立连续性方程、运动方程和能量守恒方程,建立了能模拟短期和长期注二氧化碳过程的井筒双重非稳态耦合模型。采用温度和流速双重迭代算法进行数值求解,并完成实例验证和相关理论分析。计算结果表明:新模型能较准确地计算注二氧化碳井筒温度、压力值;摩擦生热项在较大摩阻梯度下不能忽略,而焦耳-汤姆森效应和储层岩性的影响可以忽略。修正后的新模型还可用于预测水力压裂等工艺过程井筒温度分布。     

钻井液热物性参数测量及其对井筒温度场的影响

为准确计算钻井过程中井筒内的温度分布,基于瞬态热线法及热平衡原理设计了钻井液热物性参数测试仪.利用该仪器对聚合物钻井液和聚磺钻井液的导热系数和比热进行了实测研究,分析了钻井液导热系数和比热变化对井筒内温度计算值的影响,得到了2种钻井液的导热系数和比热随温度变化的规律,并依据实验数据拟合出了不同温度下2种钻井液的导热系数和比热求取公式.考虑温度对钻井液物性参数的影响,建立了井筒温度场模型.研究表明,钻井液热物性参数的变化对环空温度计算值的影响明显,并通过温度场间接影响到井筒内其它参数的计算.     

稠油热采井井筒内蒸汽参数计算

注蒸汽热采是目前开采稠油的主要方法。注汽过程中,蒸汽沿井筒方向的压力、温度、干度以及热损失之间相互影响,通过给出的井筒综合传热数学模型,能够较准确的模拟井筒内蒸汽参数的变化。模型中考虑了蒸汽物性参数随压力和温度的变化,其中,井筒汽液两相垂直管流压力降计算采用经典的Beggs-Brill方法;计算井筒总传热系数时考虑了接箍热损失的影响,并对井筒总传热系数进行了修正。通过油田实例的计算对比,验证了模型的可靠性。     

超临界CO2钻井井筒压力温度耦合计算

超临界CO2钻井过程中,井筒温度和压力对CO2的密度、黏度、导热系数、热客等物性参数影响较大,这些参数的变化对温度和压力产生反作用.利用Span-Wagner基于亥姆霍兹自由能的气体状态参数计算方法,建立了超临界CO2钻井井筒压力温度耦合计算模型,并以超临界CO2连续油管钻井为例进行了实例分析.计算结果表明,钻杆压力和...     

超临界二氧化碳喷射压裂井筒流体相态控制

为了探索超临界CO2喷射压裂的井筒流体相态控制方法,建立了超临界CO2喷射压裂井筒流动模型,进行了实例计算和分析,并以异常低地温梯度的地层为例研究井筒流体的相态控制问题。结果表明:超临界CO2喷射压裂过程中,随着井深增加,井筒压力逐渐增高,井筒温度先增高后在接近压裂层位处开始降低;井筒压力很容易达到CO2流体的临界压力,井筒温度的控制是超临界CO2喷射压裂相态控制的关键;如果地温梯度过低,压裂层位井筒中的CO2流体将达不到临界温度,影响超临界CO2喷射压裂作业的正常进行,此时提高注入CO2流体的温度,可有效促进压裂层位的CO2成为超临界态。该研究可为超临界CO2喷射压裂技术的流体相态控制提供一定的借鉴。     

海上非凝结气与过热蒸汽混注井筒传热特征研究

为了优化海上稠油油藏"非凝结气与过热蒸汽"（简称为"混合汽/气"）混注过程中的注汽参数,根据质量、能量和动量守恒方程,建立了井筒内非等温流动数学模型,结合海水中传热模型、地层内瞬态导热模型,建立了完整的海上稠油油藏注混合汽/气井筒传热模型,利用有限差分法和迭代法计算得到井筒内的压力和温度分布。研究结果表明:海水流动能明显增加井筒热损失,降低混合汽/气的温度;随着非凝结气含量增加,混合汽/气的温度和过热度均下降;随着注汽压力增加,过热度不断下降。海上稠油油藏注混合汽/气井筒传热模型为优选注汽参数和分析海水对井筒热损失的影响提供了理论依据。      

欠平衡钻井多相流动理论与计算分析

把欠平衡钻井循环流动分为钻柱内向下流动和环空向上流动，按气、液两相流动问题研究该混合体系流动过程，建立新的理论模型。采用时间有限差分离散，空间有限体积离散的方法求问题的数值解。选取中国欠平衡钻井的常见井眼尺寸和常用的注入气、液速度范围，进行数值计算，分析得出，流动过程的流动型式主要为泡状流和段塞流，环空接近地面的井段有时为搅动流。举例分析在环空和钻柱内的稳定流动过程中，随井深增加，压力、含气率、多相流体密度等的变化规律；在环空流动过程中，随井深增加，斜井段与相应垂直井段的压力值不同。分析了在关小出口节流阀开度的不稳定流动过程中，环空流动压力值沿井深增加的变化过程；用实际井欠平衡钻进的随钻环空压力测量数据与本文理论模型及求解方法计算所得结果比较表明：计算结果能很好地反映钻进过程中环空压力的变化规律。图6表2参12     

注蒸汽开发稠油油藏中的井筒热损失分析

注蒸汽开发稠油油藏过程中，为了预测沿井深和随时间变化的蒸汽温度分布、干度分布和蒸汽压力分布、套管和地层温度分布，以及焖井、开井生产过程中温度、压力的变化，首先必须建立注入过程中的井筒-地层温度分布模型。而这一模型建立的基础是井筒热损失的计算分析。文中应用热传递基本理论，通过井筒内能量守恒定理建立起注蒸汽井井筒热损失计算预测模型，重点分析了井筒总传热系数Uto和注汽速度对井筒热损失和井底蒸汽干度的影响，对注蒸汽开发稠油油藏有一定的指导作用。