CCUS井水泥环腐蚀预测模型及影响因素

目的CCUS井的水泥环长期处于CO₂腐蚀环境中,水泥环将被腐蚀导致CO₂泄漏,需对腐蚀速率进行预测。然而目前的腐蚀预测模型以井眼和半经验公式为主,导致水泥环腐蚀预测不准确,制约了CCUS井水泥环腐蚀防治技术的研究。 方法针对这一问题,基于CO₂和钙质量守恒定律,建立了CO₂腐蚀深度预测模型,并利用该模型分析了腐蚀时间、温度、CO₂分压、水灰比和耐腐蚀材料加量对腐蚀深度的影响规律,并建立了评价模型,对影响因素的影响程度进行排序。 结果CO₂腐蚀深度随腐蚀时间、温度、Cl—浓度、CO₂分压、水灰比及含水饱和度增加而增大,随着水泥环密度、耐腐蚀材料加量增加而减少;水泥环中CO₂含量随腐蚀深度呈非线性降低。影响因素由强到弱为:含水饱和度>耐腐蚀材料>水灰比>CO₂分压>腐蚀时间>水泥环密度>Cl—浓度>温度。 结论研究成果对于CCUS井控制CO₂对水泥环的碳化腐蚀保障井筒完整性具有指导意义。      

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论文探讨了文33块天然气中CO₂气及有机气体的成因。文33-204井CO₂含量高近80%、碳同位素值重δ13C_CO2为－9.0‰，CO₂同位素指示介于有机成因与无机成因之间，与同区块高部位CO₂含量低的其他井天然气同位素差别大，伴生的烃类气体组分与碳同位素表现为油型湿气特征。综合研究认为，文33块含二氧化碳高的文33-204、文269、文269-1的天然气中有机组分与CO₂是不同源，有机组分来源于下第三系泥岩地层，CO₂气体主要来源于石炭—二叠系的煤系地层，同区块而CO₂低的天然气，有机组分与CO₂为同源的，均来源于下第三系泥岩地层。     

油田CO2驱受益单井计量装置研究与应用

目的提升延安地区某油田CO₂驱先导试验区受益井生产管理水平,更好地对CO₂驱先导试验实施效果进行系统的评价。 方法采用立式双容积式计量结构,设计了压力平衡管,应用GN704新型疏油疏水材料,并集成CO₂气体和含水分析仪、气体流量计等设备,研发出一套智能化油井计量装置。 结果该计量装置产液计量误差小于4%,含水率计量误差小于4%,伴生气计量误差小于7%。结论该装置结构紧凑,气液分离效果好,可实现油田单井油气水三相计量及伴生气中CO₂含量分析,并能有效解决冬季原油挂壁对计量精度准确度影响的问题,对CO₂-EOR技术应用效果评价和现场推广有重要意义。     

X油藏注气混相驱可行性实验研究

针对X底水油藏油井注水后综合含水上升过快的问题,利用HB70/300型高压物性分析仪开展了该区块原油相态特征实验、注气相态特征实验,并运用细管法开展了注CO₂最小混相压力实验。对比分析了CO₂和N₂两种性质气体注入前后原油的相态特征变化,确定了该区块原油注CO₂最小混相压力,为X油藏注气提高采收率可行性提出依据。实验结果表明,X油藏原始地层压力为46.01 MPa,原油饱和压力为11.06 MPa,注N₂后饱和压力上升迅速,在原始地层条件下难以实现混相,表现出典型的非混相特征;注CO₂后饱和压力上升较平缓,细管法测得的最小混相压力为28.03 MPa,说明利用CO₂可实现CO₂的混相驱替,而且最终的驱替效果比较理想。说明该油藏可开展注CO₂混相驱,为进一步的开发方案调整提供了依据和合理的建议。      

CO2与吉木萨尔储层岩石相互作用实验研究

CO₂前置蓄能压裂焖井期间,CO₂持续与储层岩石发生作用。为探索CO₂对吉木萨尔页岩作用效果及变化规律,明确提高采收率机理,分别对浸泡前后的吉木萨尔页岩进行渗透率测试实验、X射线衍射实验和扫描电镜实验,在分析渗透率宏观变化规律的基础上,对矿物组成、微观表面形态和孔喉结构变化规律进行解释。实验结果表明:使用CO₂水溶液对吉木萨尔页岩长期浸泡后,其渗透率增大,浸泡7天增大约65%,浸泡14天增大约1.4倍;CO₂水溶液对碳酸盐岩矿物有明显的溶蚀作用,在地层条件下使用CO₂水溶液对岩样碎块浸泡5天后,碳酸盐岩溶蚀率可达到45.2%;从微观表面溶蚀情况来看,经CO₂水溶液浸泡后,原有孔隙被溶蚀扩大或出现新的孔隙,从而提高了渗透率。现场试验结果表明,通过增加裂缝复杂度、增加焖井时间和使用“CO₂₊水基压裂液”复合压裂的方法对增强碳酸盐岩矿物溶蚀及提高地层渗透率有显著影响。      

含杂质CO2管道输送水合物形成规律研究

在延长油田产生的CO₂气体输送过程中,管线会发生水合物冰堵,影响气体输送流量,为了探究CO₂水合物在管道输送过程中的形成规律,利用PVTSIM软件生成了CO₂水合物的相平衡曲线,并通过OLGA软件对水平管和弯管输送的水合物形成规律进行了模拟分析。结果表明:在低温高压条件下,水平管和弯管输送过程中均会有水合物形成,其生成过程是一种类似于盐类的结晶过程,通常包括成核和生长两个阶段,然后依靠流体颗粒之间的黏附力致使水合物聚集,与直管段相比,弯管段更容易产生水合物;水合物生成速率均由小到大,然后快速进入稳定阶段,最后趋于0。现场管线的水合物也多发生在弯管处,从而进一步验证了CO₂水合物的形成规律。因此,在管道输送过程中应避免高压出口和低温入口条件,保证管道安全运营。      

CO2-水-岩相互作用对CO2地质封存体物性影响研究进展及展望

CO₂-水-岩相互作用是CO₂地质封存的核心问题，CO₂的注入打破了岩石-地层水化学平衡，引发的地层水化学性质改变、原生矿物溶蚀和次生矿物沉淀，会导致储层和盖层岩石孔隙度、润湿性、力学性质等物性变化并进而影响CO₂的注入能力、封存效率以及封存安全性与稳定性。从CO₂-水-岩相互作用机制出发，系统阐述了CO₂-水-岩相互作用对地层岩石孔隙度、渗透率、润湿性、力学性质的影响研究进展。研究表明，CO₂-水-岩相互作用导致岩石孔隙度和渗透率的变化与其初始孔渗特征和矿物组成密切相关，岩石孔渗特征的改变直接影响储层的注入能力与封存潜力和盖层的封闭能力。润湿性的变化与初始亲水亲油特征有关，CO₂-水-岩相互作用通常会减弱亲水岩石而增强亲油岩石的水润湿性，进而影响多相流体在岩石孔隙中的微观分布与渗流特征。由于胶结物溶蚀以及溶蚀孔的形成，CO₂-水-岩相互作用会引起岩石损伤，抗压强度、抗拉强度、弹性模量等力学参数减小，一定程度上影响封存安全性。碳中和背景下，微纳米尺度孔隙、深地微生物介导、非纯CO₂或工业尾气注入、封存全周期等情景下的CO₂-水-岩相互作用及岩石物性响应仍有待深入研究。     

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在获取大量地质地化资料的基础上，重点对CO₂成因及运聚成藏的主要控制因素进行了深入的剖析与探讨。研究表明，莺歌海盆地壳源型及壳幔混合型CO₂形成及富集成藏，主要受控于泥底辟热流体晚期分层分块多期的局部上侵活动与沉积巨厚的上新统—中新统海相含钙砂泥岩的物理化学综合作用，且其运聚分布规律亦具多期和分层分区的特点；琼东南盆地东部及珠江口盆地火山幔源型成因CO₂则主要受控于幔源型火山活动与沟通深部气源的基底深大断裂的发育展布程度,其运聚富集规律与幔源型火山活动及深大断裂的发育展布密切相关，CO₂气源主要来自地壳深部幔源火山活动所伴生的大量CO₂。因此,根据壳源型岩化成因CO₂与火山幔源型成因CO₂不同成因及成藏条件，可以追踪其气源,分析和预测天然气尤其是CO₂运聚分布规律,为天然气勘探部署及决策提供依据，减少和降低勘探风险。     

川东北高温高压高产含硫气井井口装置的优选

川东北地区气藏是海相碳酸岩气藏,普遍具有高温、高压、高含硫化氢和二氧化碳酸性腐蚀性气体等特点,酸性气藏(H2S、CO2)对测试设施腐蚀严重,不适应高压气井生产和测试需求。基于最高井口关井压力、腐蚀分压、井口流温预测,确定出普光地区、元坝地区以及河坝区块宜选用相应的压力级别、温度类别、规范级别、材料类别以及性能级别的井口装置,为高温、高压、高产、含硫气井的井口装置优选提供基础。     

CO2-C2H6吞吐提高致密油藏采收率实验研究

注CO₂已经成为致密油藏提高采收率的重要手段之一，相较于纯CO₂，部分烃类气体对原油的降黏及混相能力更强。为此，通过高温高压PVT实验研究了CO₂及复合气体（CO₂-C₂H₆）-原油的饱和压力及黏度的变化特征，并利用高温高压岩心吞吐实验揭示了不同气体介质、吞吐压力及吞吐轮次下原油动用程度。研究结果表明：复合气体中C₂H₆增强了气液两相混相能力，提高了CO₂降黏及溶解能力，原油流动性显著增加。复合气体中随着C₂H₆摩尔分数的增加，原油饱和压力由14.24 MPa 增至18.02 MPa，提高了26.54%；原油黏度由23.68 mPa·s 降至8.76 mPa·s。不同吞吐压力下复合气体（CO₂-C₂H₆）的采收率提高效果均强于纯CO2的，且吞吐压力在最小混相压力附近采收率提高程度高于其他吞吐压力。复合气体（CO₂-C₂H₆）对孔隙半径为0.000 1～0.001 和0.01～1 μm孔隙中的原油动用程度强于纯CO₂的。     

新疆油田呼图壁储气库气井管柱腐蚀实验研究

新疆油田公司依据中石油股份公司储气库建设要求,启动了＂呼图壁气田改建储气库＂建设工作。储气库的主要气源是从土库曼斯坦进关的天然气,该天然气中CO2≤2%,CO2分压最大为0.68MPa,采出时在井口及井底,天然气的含水量普遍高于对应温度、压力下的天然气饱和含水汽量,即低于露点温度,会导致较为严重的CO2腐蚀。通过分析知道呼图壁气田影响二氧化碳腐蚀的环境影响因素主要有二氧化碳分压、地层水矿化度及Cl-含量、温度、流速等,由此设计了室内模拟实验条件;评价了P110、3Cr110、普通13Cr110、HP1-13Cr110抗CO2（含Cl-）腐蚀性能。得到了室内模拟条件下,不同目标管材的平均腐蚀速率与局部腐蚀速率,根据实验结果确定不同管材的腐蚀状况,为储气库气井管柱的选材提供依据。     

多管柱热应力模型预测采气井口装置的抬升

井口装置抬升现象常见于稠油热采井、注采井,生产气井却十分罕见。由于高产气井在生产过程中井口温度高,大温差使得井口附近自由段套管产生热应力变化,进而导致井口装置抬升,破坏气井完整性、损坏地面流程,引发灾难性的后果。为此,分析了因大温差导致套管热应变而引起井口装置抬升的机理,建立了气井井口装置抬升的多管柱热应力模型,并对井口装置的抬升高度进行了实例计算,其预测结果与实际监测结果十分接近,预测结果可靠。研究认为:随着气井产量的增加,井口温度逐渐升高,井口装置抬升高度将不断升高;而表层套管自由段长度对井口装置的抬升高度最为敏感,多层套管固井质量差时对井口装置抬升高度影响较大。最后指出了气井井口装置抬升带来的安全风险,并提出大产量气井应以保证固井质量、合理配产以及加强气井环空压力监测等3项技术措施来预防、监测采气井口装置抬升。     

川西北地区超高压含硫气井安全地面集输工艺

四川盆地西北部地区超高压气藏富含硫化氢和二氧化碳,对地面集输工艺的安全性要求极高,其中双探1井为川西北地区典型的超高压含硫气井,是目前国内投入试采井口压力最高(104 MPa)的气井,其安全试采的关键是节流降压和防止天然气水合物形成。为此,以该井为先导,创新建立了超高压含硫气井的地面集输工艺流程:(1)考虑冲蚀腐蚀的影响,按照等压设计思路,设计了高压多级节流橇;(2)提出了地面一级加热+天然气水合物抑制剂+移动蒸汽加热的天然气水合物防治技术;(3)形成了地面安全控制技术,建立了安全等级最高的超高压井口安全系统,保障了气井的安全生产;(4)针对气田产水和高含硫化氢的特点,提出了气液分离+脱硫+缓蚀剂+清管的防腐措施。该配套技术工艺对超高压含硫气井地面集输工艺的研究和试验具有典型性和示范性,对其他同类气田具有一定的借鉴意义。     

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??The thermal simulation experiment of coal rock can provide a scientific basis for understanding the evolution of hydrocarbon generation in coal??bearing basin and the geochemical characteristics of coalbed methane and its resource prediction. The thermal simulation experiments of gas generation of the upper Paleozoic coal rock samples collected from Qinshui Basin were carried out at the temperatures of 336.8-600 ?棬 the pressure of 50 MPa and the temperature??rising rates of 20 ??/h and 2 ??/h. The results indicated that the gaseous products (relative percent content) were mainly composed of methane?? C_2-5 hydrocarbon gases and carbon dioxide?? the bydrogen content and hydrogen sulfide content being extremely low?? along with the increase in simulation temperature?? the methane and hydrogen increased but carbon dioxide decreased?? and the C_2-5 hydrocarbon gases and hydrogen sulfide increased first and decreased afterwards?? the low temperature??rising rate was favourable to the generation of methane?? C_2-5 hydrocarbon gases?? hydrogen and carbon dioxide?? their formation being stage?? the relative productivity of carbon dioxide or hydrogen was positively correlated with that of methane at the same temperature??rising rate?? which reflects that they and the methane were the products of simultaneous parallel reaction in the process of the pyrolysis of coal rocks?? and the ability of generating methane and C_2-5 hydrocarbon gases of Shanxi Formation coal rocks was higher than that of Taiyuan Formation coal rocks at the same simulation temperature and temperature??rising rate?? which means that the Shanxi Formation coal rocks were more beneficial to coalbed methane formation in natural conditions. Finally?? the significance tracing coalbed methane formation is discussed in the paper according to the experimental results. (Financed by the National Basic Research Program Project??No. 2002CB211701)     

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??A low productivity carbon dioxide gas reservoir was found at the well depths of 2573-2594 m of Maokou Formation-Qixia Formation?? Permian?? in well Yang-1 in Yangba Seg of Nanpanjiang Basin. It is very important for natural gas exploration in the region to find out the origins of the gas reservoir?? because this well is the first regional exploration well in the basin. On the basis of analyzing the geochemical characteristics of the natural gas?? the genesis and origins of the natural gas in the reservoir were investigated by means of the organic geochemical and organic petrological analyses of the cores of well Yang-1 and the rock samples of peripheric outcrops?? and of the thermal simulation experiments of the carbon dioxide gas source rocks. The comprehensive analysis results indicated that the hydrocarbon in the natural gas in well Yang-1 was the overmature coal??type cracking gas and came from the Permian coal measure hydrocarbon source rocks?? according to the He and Ar isotopic ratios?? the natural gas was mainly the crustal source gas?? and the carbon dioxide was mainly the petrochemical genesis?? being formed by the low temperature ????300?棩 hydrolysis of the Carboniferous-Permian carbonate rocks.     

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随着油气勘探的发展，深井、超深井、超高压井将会越来越多，勘探开发的领域必然向地层深部进军 。深井试油工艺涉及多门学科，技术难度大，面临着许多突出问题：深井测试工作薄弱，实践经验不足；缺乏深井测试工艺技术的研究机构和人员；缺乏深井试油的基础理论研究；缺乏有关国外超深超高压含腐蚀流体的井的测试及完井技术的科技情报等。文章介绍了新851井这一高温高压高产气井的测试工艺控制技术：利用静气柱精度公式准确地预测了最高关井压力，确保了井口安全；把美国预测深气井测试时的井口最高温度的经验公式与新场气田实际情况相结合，求得不同产量下的井口流温；把美国预测深气井测试时的井口最高温度的经验公式与新场气田实际情况相结合，求得不同产量下的井口流温；根据井口流温准确计算出采用三级降压时防止水合物形成所需的加热量，并采取了合理的保温措施，确保了测试时地面流程畅通无阻，安全顺利地完成了该井的测试工作，为高温高压气井测试提供了宝贵的实践经验，     

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界定了天然气水合物的概念与基本特征，分析了国内外最新研究动态和深海调查成果。认为迄今为止全球天然气水合物含甲烷资源的定量评估可以分为1980年以前的“推测性”阶段。1980年至1995年的“底限值”阶段，和1995年以来的“确定性”阶段。目前，中国天然气水合物调查研究面临的最大难题是深海原位天然气水合物实物样品的保真采集，而技术瓶颈系深海天然气水合物保压保温取心钻具的研制和调查者对配套高技术调查船舶的拥有及航次的科学调配。     

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长庆气田开发过程中，硫化氢、二氧化碳、氯离子及水等多种腐蚀介质对井下管柱，地面采、集、输设备会产生不同程度的腐蚀，造成油、套管的断裂，井口装置失灵，集输管线爆破等事故。该气田腐蚀主要有硫化物应力腐蚀和酸性气体的电化学失重腐蚀两类。初期开发的气井由于井底残存部分积液，其中溶有一定量的酸性气体，从而形成酸液对井下管柱的腐蚀破坏。随着气井开发周期的延长，酸液腐蚀过程中产生的Ｈ＋在井下高温高压的作用下将不断地渗入到管柱内，从而降低管柱的硬度和强度，在拉应力的作用下将会造成管柱的应力变形或断裂。为抑制腐蚀介质的腐蚀破坏，建立了气田防腐专项研究项目，从根本上探明长庆气田的腐蚀特点，并借鉴国内其它油气田有关防腐工作的研究结果，开发出适合长庆气田的防腐措施，确保气田长期、高效地开发生产。     

高压油气井井口控制配套装置

分析在高压油气井测试和完井生产中井喷发生的原因和后果，提出井口控制配套装置的概念、研究井口控制的方法和研制新的装置。通过现场实践，证明该配套技术安全可靠，有效降低了高压流体及H2S给操作人员带来的伤害。