基于地层水蒸发的气井井筒结盐理论模型及实践——以文23储气库为例

地下储气库是保障季节调峰和平稳供气最经济、最有效的手段。为了解决高矿化度地层水气藏型储气库结盐问题,尤其是井筒结盐预测问题,保障文23储气库的安全和正常运行,通过室内实验测试了不同压力和温度条件下地层水蒸发规律,确定了地层水结盐条件;并结合地层水盐析临界条件,首次建立了将气水相态与井筒流体质量守恒、能量守恒、动量守恒、井筒流体传热进行耦合的井筒结盐理论预测模型;应用模型分析了井筒结盐机理,计算了地层水矿化度和水气比对气井结盐的影响规律。研究结果表明：(1)随着温度增加和压力降低,地层水蒸发速度呈指数增加,地层水结盐的临界矿化度为350 g/L;(2)气井结盐主要机理是从井底到井口,在井筒温度和压力变化影响下烃水平衡使得地层水蒸发加剧,地层水矿化度达到结盐临界矿化度;(3)气井中水气比越小（低于0.15 m3·10-4 m-3）,矿化度越大（高于260 g/L）,井筒结盐风险越高,结盐位置在离井口1 500 m左右。结论认为,建立的储气库井筒结盐理论预测模型与矿场监测到的气井结盐规律基本吻合,有助于高矿化度地层水气藏型储气库结盐防控,对保障储气库安全高效运行具有重要意义,同时该模型可为其...     

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钻注采井是建设枯竭油气藏储气库的重要环节。在建设大张坨储气库时，大港钻采工艺研究院对枯竭油气藏地下储气库注采井的钻井工程进行了详细研究，形成了该类储气库注采井的钻井技术，并对大张坨、板876、板中北高点地下储气库进行了钻井工程设计。从完井测试及注采生产情况来看，应用效果较好，基本能够满足储气库建设的要求。文章以大张坨储气库为例，从井口布置及井眼轨道优化、井身结构设计、套管柱设计、套管柱设计、固井设计、钻井液体系和储层保护设计、重点施工措施以及钻探效果等方面阐述了利用枯竭油气藏建地下储气库的钻井技术。     

低压油气藏改建地下储气库储层保护

大张坨地下储气库是我国第一座天然气地下储气库，其实践经验对我国储气库建设具有重要意义，储层保护是利用油气藏建设天然气地下储气库的关键技术之一。在概述储层保护的基础上，介绍了储层保护的指导思想，从储层特性分析技术、保护储层的钻井配套技术、固井配套技术、测试求产配套技术4个方面，详细说明了大张坨地下储气库12口注采井建设全过程储层保护的19个技术要点。从钻井效果、固井效果、完钻电测、油气测试和注采能力5个方面对储层保护效果进行了系统评价，探索出一套低压油气藏建设地下储气库的储层保护综合配套技术体系。     

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长期以来，人们无法正确解释具有异常的气井关井压力恢复曲线（即关井井底压力上升时井口压力下降），这种异常与井筒相分离引起的完全不同。本文以井筒传热分析为基础，考虑气井关井后井筒流体相态及温度降落，提出异常气井井口压力恢复曲线的处理方法。实例计算表明，本文提出的理论和方法可以消除气井井口压力恢复曲线异常对试井解释的影响，从而获得正确的试井解释结果。     

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凝析气井井筒温度分布是进行气井节点分析和动态分析必不可少的参数。根据传热学原理推出了凝析气井井筒温度分布计算公式，研究了温度计算基础数据求取方法，分析了产气量、产水量、井深及油管直径对井口温度的影响规律。对某一井深为５４００ｍ的凝析气井进行了计算，该气井气油比为３０００，含２３％的Ｈ２Ｓ和４％的Ｎ２；地层温度为１３４℃。计算结果表明：井口实测温度与计算温度的相对误差为０２％～３８％，符合工程精度。气井温度随井深不呈线性分布；气井井口温度随产量、井深增加而增加，随油管直径减少而减少；该公式同时适用于干气井、湿气井和凝析气井的温度分布计算，计算精度符合工程精度要求。     

文96储气库注采井井口安全控制系统

保证地下储气库长期安全运行的关键之一是注采井的可靠运行,井口安全控制系统是气井安全生产的重要保障。储气库注采井运行过程中须承受强注、强采的工况,因而对井口安全控制系统提出了更高的要求。针对地下储气库运行特点,基于井口安全控制整体理念,从远程控制终端、井场ESD系统及井口液压控制系统等方面开展了详细研究,设计形成一套具备远程紧急关井、低压自动关井、火灾关井等多项功能的注采井井口安全控制系统。现场实践证明,文96储气库注采井井口安全控制系统具有性能稳定可靠、操作方便等特点,保障了文96地下储气库14口注采井安全平稳运行。研究结果可为油田高压气井在用井口安全控制系统优化改造、后续地下储气库注采井井口安全控制系统设计及设备选型提供参考。     

高气液比气井井筒温度分布计算方法

井筒的温度分布是气井设计和动态分析必不可少的参数，可以通过直接测量或者计算两种方法得到。但是目前对于一些超深、高温高压或井况复杂的气井，难以进行直接测量；对于高气液比气井，井筒温度分布的计算方法存在计算精度低和可用性问题。因此，研究井筒内的温度分布十分必要。以传热学和两相流理论为基础，建立了高气液比气井井筒温度分布的计算模型，考虑到液相对热物性参数的影响，可以在没有井口资料的情况下计算出气井井筒内的温度分布；对井口温度的敏感性进行了分析，分析了气产量、液产量、不同液体以及管径等对井口温度的影响；通过实例计算，井口温度的计算平均误差为2.35％，与不考虑液相影响的计算结果相比较，该结果更与实测值接近，更为精确。     

地下储气库的优化管理

近年来 ,大量的科技开发使天然气的地下储存成为天然气工业中一个效率很高的部门。在天然气工业系统中有 2 2个地下储气库在发挥着作用 ,其中有些储气库 ,如北斯塔夫拉波尔储气库是独一无二的。俄罗斯还在较短时间内建造了世界上最大的含水层储气库——卡西莫夫储气库。对不稳定地层 -储层的加固广泛采用了现代方法 ,开发出了采用大口径气举管的气井建设与操作工艺。卡西莫夫地下储气库的气井采用了直径为 16 8mm的自喷管 ,使气井产量大大高于 2 40 0 m3/d的设计产量 ,达到 70 0 0～ 90 0 0 m3/d。开发出了水平井的钻井工艺。库雪夫地下储气…     

大港测井全力解决大张坨储气库带压射孔难题

日前，由大港测井公司完成的大张坨储气库6口井带压射孔施工，是国内首次注气井带压补孔作业。此次大张坨储气库6口井带压射孔施工，是在气井不停产的状态下施工作业，需要带压射孔，风险大、工艺复杂。     

高压气井井筒压力温度分布研究

高压气藏井筒温度的变化直接影响到井筒中流体压力的变化,尤其是影响关井后井筒压力的变化。运用热力学第一定律,利用井筒中流体能量守恒,结合井筒传热,建立平衡方程。将井筒流体纵向传热与井筒对地层的非稳态传热分别建立方程并给出边界条件联立求解,求出任意时刻井筒中的温度分布,由温度分布和气体的状态方程确定井简的压力分布,最终将井口关井测试压力折算到井底关井测试压力,以此达到用井口压力数据做压力恢复试井解释的目的。     

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大张坨地下储气库是以凝析油气藏的砂岩作为储层的，该储层具有压力亏空和孔隙度、渗透率高的特点。因此，钻井时必须根据储层岩性的特点和物性特征，找出对储层造成伤害的因素，有针对性地优化钻井液体系、性能参数和保护措施。实践证明，聚合物、有机硅钻井液体系满足了大张坨地下储气库各个阶段的施工要求，保证了安全快速钻井；钻井液性能稳定、抑制能力强、井壁稳定；采用双项屏蔽保护剂及保护措施，能较好地保护好储层。     

海上气井测试液控温性能调整方法

深水和高温、高压是目前南海西部勘探开发面临的2大挑战,测试作业更是面临海底低温、井口高温的难题,且保温测试液体系研究在中国尚属空白。通过建立气井测试系统预测传热模型,对影响深水和高温、高压气井测试井筒温度场的测试液控温性能因素进行了敏感性分析,建立了测试液控温性能调整方法。模型验证预测最大温度误差仅为3.4℃,并以此理论为基础,构建了一套控温性能可调、井口温度可控的测试液技术,其切应力大于4Pa。该技术在南海西部某深水气井测试应用中获得了成功。现场测试期间该井实测井口温度为16.5℃,计算预测该井井口温度为18℃,且井筒不同位置实测温度与预测井筒温度场十分接近,最终该井测试安全顺利,气产量达100×104m3/d。      

地下储气库注采循环过程中储层干化问题研究

地下储气库在注采循环过程中,井周围区域会发生储层干化,这会对储气库的正常运行产生影响。为此,在分析储层干化机理的基础上,基于大张坨储气库储层参数及地下温度压力条件,建立了单井控制区域的组分模型并模拟储气库周期性注采气过程。模拟结果表明:井周围储层干化的区域会逐年扩大,半径甚至超过百米;储层干化主要发生在注气周期,回采周期对储层的干化作用轻微;储层干化的速率及波及区域的大小取决于注采井的年循环气量及注入和采出天然气中水蒸气含量的差异;不同回采周期采出的天然气中水蒸气的含量呈现规律性变化,从开始接近干气逐渐升高到地下温度压力条件下饱和水蒸气含量,且该过程逐年后延。该研究结果为深入研究储层干化现象对储气库正常运营的影响奠定了基础。      

高温高压气井关井期间井底压力计算方法

常规的井底压力预测方法认为,气井关井后压力恢复初期井口测压受到井筒储集效应影响,后期受温度降低引起的续流影响,并且在压力恢复期间井筒中不存在流体的流动。但是,新疆克拉2气田部分高温高压气井的实测结果表明,关井后测得的井口压力恢复曲线总体呈下降趋势,与常规方法所计算的压力曲线并不一致。对高温高压气井关井后的井筒温度特征、井筒续流特征和井筒流体参数变化特征进行了分析,认为,关井期间井口(底)压力同时受到井筒储集效应和温度变化的影响,并且在压力恢复过程中井筒内一直存在续流流动,需要进行流动气柱压力计算。为此,综合考虑井筒续流、井筒温度及井筒流体参数的变化特征,基于井筒压力恢复原理,建立了关井期间的井底压力计算模型,并对该模型进行了实例计算验证。实例验证表明,该模型计算出的压力恢复曲线正常,可用于产能试井解释。      

CNG加气站地下储气井接箍有限元分析

在役地下储气井存在的最大安全隐患是套管接箍或底部密封失效后，发生天然气泄漏，导致井管冲出地面的恶性事故。结合地下储气井工况，运用有限元软件建立了地下储气井井筒壁的有限元网格模型，分别模拟分析了在CNG储气和考虑储气介质温度影响下套管与接箍螺纹连接段各点处的应力变化。研究结果表明：套管与接箍螺纹连接段处于弹性范围内，处于安全状态，但接箍螺纹连接段的套管端部存在应力集中，是井筒的相对薄弱地带，不利于井筒的长期服役。     

深水油气井开采过程环空压力预测与分析

深水油气井投入生产后受到地层高温流体的影响,井筒内温度场会重新分布引起环空压力上升,威胁油气井管柱的安全服役和井筒完整性。为确保深水油气井井身结构和管柱强度符合长期安全稳产的要求,建立了基于能量守恒定律和多层圆筒壁传热原理的深水油气井井筒温度分布计算模型,根据深水油气井井身结构复杂、环空层次多的特点,遵照体积相容性原则提出了计算环空压力的迭代方法,实现了对井筒内温度分布和环空压力的预测与分析。利用温度预测模型和压力计算方法对相关影响因素进行了分析。结果表明:环空温度、压力的上升主要集中在油气井投入生产的初期,随生产时间的增加变化逐渐变缓;产量较低时,井口产出流体的温度与环空温度、压力随产量的上升迅速增加,当产量到达一定数值以后井口产出流体的温度与环空温度、压力趋于稳定;环空温度和压力随着地温梯度的增加线性上升。     

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按照储气库注采井的基本要求和大张坨地区独特的地面条件及油层压力系数非常低的特点，设计了具有射孔、试油、注气、采气等多功能的注采工艺管柱。通过方案实施，具有多种功能的这套管柱均一次成功完成，施工成功率100%，证明了这套管柱的可靠性。它有效地保护了油气层，克服了常规方案造成二次污染的问题，具有安全、可靠、实用、免修期长等许多优点，为今后地下储气库的建设提供了成功先例；另外，采气树整体升高方案及地面安全控制系统的设计不仅满足了特殊的泄洪区环境防污染、防火灾的需要，而且还具有简单、实用、可靠、经济等特点，为以后开发特殊环境下的油气田提供了指导意义。     

华北地区含硫化氢地下储气库脱硫运行技术

为了进一步推动国内含H_2S地下储气库的优化运行,以华北地区X地下储气库为例,为防止其运行过程中采出的天然气因含H_2S引发的安全问题,提出了有针对性的脱硫运行技术对策。主要包括:井筒抗硫技术、含硫气井井口失控远程点火技术和地面H_2S处理技术。地下选用国产宝钢生产的D114.3 mm BGT1气密封型防硫化氢螺纹油管及耐压强度达34.5 MPa的井下安全阀。对含硫井口配备失控远程点火系统。在地面主要采用"活性炭+脱硫剂"分层装填脱硫塔的方式实现采出混合气体脱硫,并结合储气库井受双向压力及井底热传导效应促进硫溶解。通过摸索并实施一系列针对性的技术对策,X储气库完全自主实现零事故安全运行,为类似地下储气库的建设及运行提供了一定的参考。     

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??Because the difference of gas consumption between in winter and in summer is about seven times,only depending on the adjustment ability of the gas transmission pipeline itself is far to solve so great contradiction between the gas supply and the gas consumption.For this reason,it is urgently necessary to build an underground gas storage to solve the unbalance between the supply and the demand.Against this background,the building of Dazhangtuo underground gas storage—a project of the first large scale underground gas storage in China is proposed.In this paper,through investigating and analyzing the foreign and domestic relevant data,the principle of selecting geological structure for building the underground gas storage is summarized;taking the research of the geological design plan for Dazhangtuo underground gas storage for example,the storage volume is ascertained by using multiple methods on the basis of the thorough geological analysis and evaluation of the structure,trap,fault,reservoir and cap rock,etc.of this gas reservoir;the basical running targets of the gas storage are designed by combining with the gas consumption law in Beijing city and applying the material balance principle and numerical simulation technique;the rational gas well's productivity is determined by utilizing well testing data and the nodal method calculation software and based on this,the running program of the gas storage is designed and optimized.The designed targets are as follows:The working gas volume is 6.0×10⁸m³ and the daily peak shaving volume is 500×10⁴m³.