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。     

采油作业应用井筒完整性标准

介绍了在采油与注水、抽油等作业中与井筒完整性及井筒屏障有关的要求与标准。采油作业在油藏和井筒整个生命周期中的作业时间很长,它起始于钻井、完井、测试作业之后,结束于油井修井、关停或报废之时。采油作业在油藏全生命周期中的地位及其与相互衔接的有关作业的连贯性特点突出。采油作业特别需要使用和发挥井筒完整性理念,精心设计和使用井筒屏障。使用井筒屏障组件和附加要求、标准建立各种结构的井筒屏障以确保在安全状态下进行采油作业,意义重大。有入流源和油气层的油气井应该用2道或更多道独立的井筒机械屏障。给出了6个典型的采油作业井筒屏障图解来说明井筒屏障的功能和结构组件及其使用标准,介绍了采油作业中的井控作业程序、井筒交接业务及其有关文件,陈述了采油作业中的监管监测和测试工作,并阐述了采油树和采油井口这2个屏障并附图。最后给出了采油树、采油封隔器、井下安全阀和油管挂及其密封塞4个井筒屏障组件验收表。     

气井完整性屏障系统可靠性定量评价方法研究

高温高压高含硫气井当前已经形成了基于两级完整性屏障分析的气井完整性评价方法,该方法将井完整性屏障评价分为一级井屏障和二级井屏障,通过孤立的分析各级屏障部件服役状况来确定气井完整性状况,但针对大量非三高气井的完整性评价,直接采用两级屏障分析方法获取的井完整性评价结论过于保守,因为单一的屏障部件削弱和失效并不会导致井筒流体不受控制的进入地表或大气。因此,文章引入一种全新的井完整性分析方法。该方法将气井完整性屏障作为一个不可分割的整体进行系统可靠性分析,通过引入事件树分析方法,对井屏障系统进行泄漏路径识别,构造事件树及系统逻辑框图,分析各个泄漏路径上各级完整性屏障部件的失效概率,并依据系统逻辑框图定量计算气井井屏障系统发生失效的可能性。     

海上油田防砂完井注水井反洗工艺及配套工具

目前海上油田防砂完井注水管柱不具有洗井功能,注水井长期注水会有污垢、有机沉积、腐蚀物质以及杂质等注入地层,使得注水压力上升、注水量降低,严重影响注水效果;长时间不洗井会出现管柱上提困难,造成大修作业,增加注水井作业成本。鉴于此,将注水管柱配套反洗插入密封工具、防返吐工作筒和配水器工具,可实现注水井不动管柱注水、反洗工艺技术切换,加强海上油田防砂完井井筒维护与管理,提高注水质量,降低注水井反洗成本,缩短施工周期,增强注水效果。现场应用情况表明,经过反洗的注水井注水压力降低,地层吸水指数提高,注水井分层配注量明显增加;井筒及近井地带得到了清洗,井筒内污垢、腐蚀物和杂质均被清除,解决了钢丝作业遇阻问题,改善了注入水质,增强了水驱开发效果。     

高温含CO2气井的井筒完整性设计

高温含CO₂气井（特别是海洋及深水油气井）的井筒完整性备受关注,因它涉及太多的具体技术、材料和工具及装备。为此,在深入研究挪威石油工业协会和美国石油学会最新发布的井筒完整性技术标准的基础上,结合已经取得的经验和大量的实验评价成果,重点对投产期的井筒完整性设计框架进行了研究。提出了井筒完整性设计理念,推荐了井筒腐蚀完整性管理方法及技术流程,给出了井筒安全屏障系统划分方法,从实体屏障、水力屏障、操作屏障3个方面讨论了井筒安全屏障分类和功能,以及油管柱设计及完整性管理。同时,给出了固井水泥屏障设计要求及方法,强化了井筒水力屏障对井筒完整性的作用,重点阐述了井筒的腐蚀完整性评价和管理的“适用性”理念和方法。针对海洋气井,还提出了适合的油套环空保护液,将环空保护液和水泥面之上滞留流体按水力屏障对待。     

海上蒸汽驱井筒长效安全控制工具研制及应用

针对海上稠油井蒸汽驱工艺的注热时间长、井下高低温交变工况的特点,进行注热管柱设计及配套井下工具的技术攻关,达到蒸汽驱井筒长效安全控制的目的.蒸汽驱井下安全控制管柱采用了以高温环空安全封隔器、高温井下安全阀为核心,辅以高温排气阀、热敏封隔器的设计,能够实现高效隔热、环空充氮及洗压井、地面控制应急关断等功能.配套井下工具方...     

井筒屏障完整性及其优化设计——以CO_2吞吐井为例

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CO_2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。     

含硫气井的井筒完整性设计方法

针对API/ISO或GB/SY标准设计的油管、套管不能完全保证在服役过程中完整性的现状,参考挪威石油工业协会NORSOK D 010标准,研究了“井筒完整性设计”的理念和设计方法,提出了井下作业的井筒完整性管理方法,防止井下作业工具对套管可能产生的潜在损伤。从API圆螺纹和偏梯形螺纹的使用限制、金属接触气密封螺纹的选用方法、井下组件潜在的电偶腐蚀和缝隙腐蚀等角度,研究了降低螺纹连接部位被腐蚀、泄漏或断裂的措施,尽可能保持井筒物理上和功能上的完整性,使井筒始终处于受控状态。建议在井筒完整性设计过程中,重视螺纹的合理选用以及正确操作、井下组件的电偶腐蚀,以降低密封失效的风险。     

海上低渗透油藏开采能量保持方法研究

针对海上低渗透油田开发过程中出现的"高速开发"与"注采不平衡"之间的矛盾问题,研究确定了可控因素,包括控制指标的低限设计、控制指标的高限设计和水质指标设计,并对吸水能力变化进行了预测。结果表明,实现有效注水保持地层能量与油藏地质条件、水质、注水井井型、注采井网、完井设计等因素相关。通过设计和分析,认为海上低渗透油藏能量保持可以考虑3种办法:采用水平井注水,增加注水井筒长度提高注水量;注水井多级压裂,增大泄流面积提高注水量;调整注采井网,增加注水井点增加注水量。     

井筒管流与地层渗流耦合的注水井分层流量调配方法

油田注水井井下分层注水量的调配工作传统上都是通过钢丝绳作业采用"试凑法"反复测调来实现,为解决传统方法存在的问题提出了一种理论方法用于指导注水井分层调配,可以大幅度降低测调工作强度,缩短施工时间,提高配注精度,提高注水井分层测调效率.注水井分层注入涉及到复杂的流体力学计算,整个过程是一个井筒管流、水嘴节流与地层渗流的耦合流动.在井筒采用柏努利方程描述井筒管流,采用Navi-Stocks(简称N-S)方程计算水嘴节流,以均质无限大地层为例计算地层渗流,得出了在不同水嘴尺寸下的各层流量衰减规律,为注水井分层流量调配提供了科学依据.     

高压、含酸性介质气井油套环空泄漏速率计算

气井完整性失效最根本的原因就是管柱发生泄漏,从而导致气井环空异常带压,威胁气井安全生产。环空泄漏速率是判断气井完整性是否失效最核心的参数。目前,有国外石油公司通过设备现场测量环空泄漏速率,国内还未有可靠的方法确定环空泄漏速率。提出了两种环空泄漏速率的计算方法:一是安全阀法,借鉴井下安全阀泄漏速率的判别方法;二是微分法,建立气体在环空泄漏的理论模型,并通过输气管道小孔泄漏模型确定边界条件。由于现场泄压数据的影响,井下安全阀法不适用于现场,可采用微分法进行环空泄漏速率计算。应用微分法对塔里木油田DN2气田进行了实例验证,与现场实际吻合较好,表明该环空泄漏速率计算方法较为可靠,对现场生产有一定参考价值。     

体积压裂水锤效应对页岩气井屏障完整性影响及对策

体积压裂过程中井屏障完整性失效问题突出。基于页岩气井体积压裂技术特点和MIT24臂井径测井数据,分析了页岩气井压裂过程井屏障系统及其失效模式。根据水力学原理,体积压裂砂堵、停泵瞬间过程井筒内流体流速突变产生水锤效应,水锤压力在井筒内以斯通利波形式沿固?液界面传播。综合考虑水锤压力及流体压缩力因素影响,建立了水锤效应发生过程井筒流体最大波动压力计算模型;分析了压裂砂堵停泵瞬间水锤效应引起的井筒流体压力变化特征及其对套管安全强度系数的影响。研究表明:体积压裂砂堵停泵过程最大水锤压力达31.88 MPa;考虑水锤效应影响,套管的抗挤强度系数降低至0.95。综合考虑页岩气地层滑移错动、套管低温收缩导致抗挤能力降低等情况,体积压裂过程在不均匀外挤载荷影响下足以导致套管发生局部损坏。基于以上研究结果,提出井筒流体压力波动的施工对策,对基于体积压裂完井方式的页岩气井屏障完整性管理具有指导意义。     

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。     

渤海A油田注水井压力上升原因及对策研究

渤海A油田注水开发过程中,注水井逐渐出现压力升高、注水不足现象。为此,在注入水水质及注入压力资料调研与分析的基础上,开展注水井堵塞机理研究,从注入水水质、结垢和腐蚀、配伍性分析以及微粒运移和出砂等方面,分析了注水压力上升原因,并针对此开展注水井解堵技术实验研究。结果表明,注入水中固悬物、粒径中值、含油量均超标,从而引起堵塞;溶解氧含量、总铁含量,细菌等均超标,导致注水过程中结垢和腐蚀管线,造成水井堵塞;复合酸体系7较好地解堵增油效果,可为A油田注水井的解堵增油提供可靠的技术保障。     

井下柔性复合管预置电缆数字式分注技术

低渗透油田分注管柱长期服役后腐蚀结垢严重、分层注水合格率下降快。为此,设计了井下柔性复合管预置电缆数字式分注工艺管柱,研发了智能配水器与过电缆封隔器等关键工具,开展了管柱抗外压、抗拉强度等关键性能室内评价,形成了适用于井下高压条件下的柔性复合管分层注水技术。室内评价结果表明,管柱满足分注井封隔器坐封压力与最大抗外压要求,智能配水器流量测试误差小于2%。现场试验4口井,最长服役时间已超过2年,分层注水合格率100%。研究表明,预置电缆数字式分注技术应用柔性复合管,可以有效提升管柱耐腐蚀性能,实现分层流量自动测调、远程验封和数据监测等功能,满足封隔器坐封、反洗井及后期测试要求,具有较好的应用效果。     

利用生产动态及地震资料分析井间河流相砂体连通性

渤海PL油田是位于渤海湾盆地的大型河流相油田,在其注水开发过程中,亟需准确认识注水井与生产井之间的砂体连通性,以便优化和调整注采井网,提高采收率。针对油田砂体横向变化快,纵向上薄砂体发育的特点,利用丰富的压力、水淹等生产动态资料及相位转换后赋予地质意义的地震资料综合分析砂体的连通性,进一步完善和修正了早期以地质及测井资料确定的砂体连通性分析成果,并引入注采连通率概念,用来定量表示井组范围内注水井与生产井之间的砂体的连通性。该套方法在PL油田注水优化及井网调整研究中得到了充分的体现,对其它河流相注水开发油田井组范围内井间砂体连通性研究具有一定的借鉴作用。