基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟

水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂缝损伤演化的影响,并分析水平地应力、水泥塞力学参数及界面性质对裂缝剥离高度的影响。结果显示:水平地应力均匀时剥离裂缝沿着整个界面圆周延伸且高度相等,水平地应力非均匀时剥离裂缝倾向于沿着界面某一圆周角扩展且在最大水平地应力方向具有较大的高度;水泥塞弹性模量从30 GPa减小到1 GPa,裂缝剥离高度降低9.3 m,临界法向强度从0.25 MPa增大到2.0 MPa,裂缝剥离高度降低6.5 m,表明较低的弹性模量及较大的临界法向强度有利于减小水泥塞-套管界面胶结失效的风险;水泥塞泊松比从0.35减小到0.10,裂缝剥离高度仅降低2.0 m,临界剪切强度从0.5 MPa增加到4.0 MPa,裂缝剥离高度仅降低3.3 m,表明泊松比和临界剪切强度对界面胶结失效影响较小。建立的模型能够为水泥浆配方优选和井筒弃置工艺优化提供指导。      

基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟

水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂缝损伤演化的影响,并分析水平地应力、水泥塞力学参数及界面性质对裂缝剥离高度的影响。结果显示：水平地应力均匀时剥离裂缝沿着整个界面圆周延伸且高度相等,水平地应力非均匀时剥离裂缝倾向于沿着界面某一圆周角扩展且在最大水平地应力方向具有较大的高度;水泥塞弹性模量从30 GPa减小到1 GPa,裂缝剥离高度降低9.3 m,临界法向强度从0.25 MPa增大到2.0 MPa,裂缝剥离高度降低6.5 m,表明较低的弹性模量及较大的临界法向强度有利于减小水泥塞-套管界面胶结失效的风险;水泥塞泊松比从0.35减小到0.10,裂缝剥离高度仅降低2.0 m,临界剪切强度从0.5 MPa增加到4.0 MPa,裂缝剥离高度仅降低3.3 m,表明泊松比和临界剪切强度对界面胶结失效影响较小。建立的模型能够为水泥浆配方优选和井筒弃置工艺优化提供指导。     

水驱老井转CCUS注入井风险评价方法

针对大庆敖南油田碳捕获、利用与封存(CCUS)试验区水驱老井转CO₂注入井井筒密封性失效风险高的问题,开展了井筒完整性评价研究。通过试验区老井井况分析,确定了井筒完整性评价技术体系,采用层次分析法确定指标权重。针对以往完整性评价过程对于单一指标评价依靠专家经验法的不足,创新采用数值模拟分析方法,给出了套管及水泥环等单因素风险评价指标确定原则,采用模糊综合评价方法建立了水驱老井转CO₂注入井风险量化分级方法。结果表明:试验区361口注水井中等风险以上井占比41%,需要立即治理或报废处理;对低风险井进一步查套分析,加强监控。建议在国内各大CCUS试验区推广应用注入井风险评价方法及管理理念,为水驱老井的安全运行提供保障。     

IBC资料固井质量评价处理与分析

CBL/VDL(水泥胶结测井/变密度测井)资料是评价固井质量的重要方法,但是,由于CBL/VDL的影响因素较多,在复杂储层情况下其评价结果精度较低。IBC是斯伦贝谢最新一代用于套管及固井质量评价的仪器,对IBC资料评价固井质量的方法与评价依据进行了详细分析;并结合实例对固井质量进行评价,结果显示,IBC资料在识别快速地层、微环隙、小井眼、薄水泥环固井质量评价等方面比CBL/VDL更有优势,评价结果更可靠。     

射孔完井水平井产能预测数值模拟研究

根据油藏内流体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了油藏-水平井筒流动的耦合模型,模型中考虑了油层各向异性、重力及毛管力的影响,采用全隐式方法对模型进行求解.运用该模型对影响水平井产量的射孔参数进行分析,结果表明水平井射孔段长度、射孔密度、射孔深度和射孔孔眼直径都是影响水平井产能的重要因素.增大射孔段长度、射孔深度、射孔密度和射孔孔眼直径都可以明显提高水平井的产能.水平井射孔时应穿透钻井污染带,否则对水平井的产能会造成很大影响.     

射孔完井水平井产能预测数值模拟研究

根据油藏内流体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了油藏一水平井筒流动的耦合模型,模型中考虑了油层各向异性、重力及毛管力的影响,采用全隐式方法对模型进行求解。运用该模型对影响水平井产量的射孔参数进行分析,结果表明水平井射孔段长度、射孔密度、射孔深度和射孔孔眼直径都是影响水平井产能的重要因素。增大射孔段长度、射孔深度、射孔密度和射孔孔眼直径都可以明显增加水平井的产能。水平井射孔时应穿透钻井污染带,否则对水平井的产能会造成很大影响。     

凝析气藏岩心实验数值模拟及试井方法现状及展望

重点从凝析气藏岩心实验、数值模拟及试井等3个方面评述了研究现状,对发展趋势进行了展望,指 出了每种方法的不足,最后提出了我国急需解决的凝析气藏开发技术。     

多级压裂一界面破坏试验及数值模拟研究

现有多级压裂套管-水泥环破坏研究方式有限,无法准确反映其界面实际破坏情况。为此,结合试验与数值模拟方法,通过研制的胶结参数测试装置,获得界面胶结参数并将其赋予套管-水泥环界面中的Cohesive单元,以此开展在不同套管内压下套管-水泥环界面(一界面)破坏数值模拟研究。研究结果表明：建立的套管-水泥环-地层有限元模型可使一界面破坏数值模拟最大程度贴近实际界面物理破坏情形;在增压阶段,套管内压值越高,水泥环塑性变形程度越大;水泥环塑性变形程度及一界面微环隙宽度在周向上均不一致,在水泥环塑性变形程度越大的区域一界面微环隙越宽。所得结论可为油田压裂施工参数设计提供理论参考。     

干井筒固井技术及在元坝区块陆相井的应用

通过元坝区块１０口已完钻陆相井的固井实践发现,干井筒固井技术在一开、二开气体钻井井眼中应用效果良好。分析了元坝陆相井的地质概况和气体钻井井眼的固井难点,介绍了干井筒固井的适用条件和主要技术措施,以元陆９井为例详细分析了２４４．５ｍｍ技术套管干井筒固井的现场施工工艺。对１１井次干井筒固井的作业时间和胶结质量进行统计,并与常规固井进行对比,发现表层套管平均固井时间节省８．６９ｄ,技术套管节省６．７９ｄ;表层套管第一、二界面胶结质量分别提高１５．２％和２１．８％,技术套管第一、二界面分别提高９％和１３．７％, 在提高第二界面胶结质量上效果更明显,认为干井筒固井技术是元坝区块陆相井值得推荐的固井方式。     

油藏数值模拟技术在试井分析中的应用

本文从渗流模型及数值求解方法两方面概述了油藏数值模拟技术现状,针对油藏数值模拟在软件技术上的成熟性,提出了油藏数值模拟技术应用于试井分析,建立数值试井方法和理论这一新方向,并提出了数值试井技术在地质、采油及油藏工程方向上的具体应用。     

关于固井质量解释中微环隙的问题

在固井候凝期间,由于蹩压引起套管弹性膨胀,在水泥环与套管之间形成微环隙。本文就此问题进行理论推算,并针对国内各种规格套管作出微环隙计算图版。     

关停井与报废井的井筒完整性

我国发布了废弃井及长停井处置指南与标准;挪威NORSOK D-010 V4标准有4种井:暂停井、暂时报废井、永久报废井、永久报废1个井段;美国加州油气监管局有对长停井、闲置井、遗弃井、报废井的监管法规。通过分析几种不同的分类标准法规,从内涵上梳理归纳为关停井与报废井2大类。研究了关停井与报废井的井筒屏障结构,列举了关停井（暂时报废井）和永久报废井2类井筒屏障的实例图解（共18个）并进行了分析说明。从这些实例中说明关停井与报废井是井筒生命周期内难以完全避免的,必须重视对它们的井筒完整性和井筒屏障及其组件的设计与应用并进行标准化、规范化管理;应根据各个具体井的实际状况设计“量身定制”井筒屏障及其组件并采取有关措施,以确保关停井与报废井的井筒完整性和关停、报废期间的安全,保护油气层、地下水和环境;要特别重视对渗透性地层、储集层、入流源的封隔封堵。每口关停井、报废井都要用多层套管、水泥环封堵环空,用多个水泥塞和机械封隔工具封堵管内;研究了水泥塞的位置、类型、施工方法、质量要求;指出了一些容易发生和忽视的问题,提出了检查、监测、处理意见,并用5个图例予以说明。     

华北油田油气井永久性封井挑战及对策

华北油田勘探历史久远且开发历程复杂,包含直井、定向井、大斜度井等多种井型,井筒完整性问题复杂,永久性封井难度大。为从封井设计源头保证废弃井永久性封井的安全,减少环保风险,以Y油田为例,对华北油田面临的永久性封井难点进行了分析。影响废弃井井筒完整性的关键因素是井屏障,结合Y油田实际情况,详细分析了其永久性封井面临的挑战,包括井筒完整性数据不全、固井质量不合格、已封井井屏障设置不合理、地下淡水层保护问题、地层完整性潜在风险、标准规范合理性问题及封井成本控制等。同时,结合国内外永久性封井经验给出相应技术对策和建议。分析结果为华北油田Y油田及类似油田的永久性封井设计、作业等提供参考。     

数值试井与数值模拟相结合的新方法及应用

为提高数值模拟中压力指标拟合精度,充分利用实测压力数据,需要将数值试井与数值模拟方法结合起来.为此,在精细地质建模的基础上,通过数值模型的直接转化,建立精细的数值试井地质模型,编制了实用软件,给出了2种方法有机结合的途径及具体步骤,并在实际区块进行了应用.方法使得单井及平面的试井解释结果更加准确丰富,数值模拟压力拟合速...     

聚能射孔对水泥环的冲击损伤试验及数值模拟

对于聚能射孔,现有研究主要集中于射孔后套管的破损及强度变化,对聚能射孔动态冲击载荷下水泥环损伤研究涉及较少。鉴于此,以聚能射孔冲击对水泥环的损伤为研究对象,开展了带温压的实弹射孔打靶试验,研究分析了射孔弹类型及水泥环自身性能对其损伤程度的影响。结合聚能射孔弹结构特性,采用有限元数值模拟软件建立射流形态仿真模型,可有效模拟射流的形成、发展和冲击动态过程,并计算动态冲击载荷。数值分析与试验结果对比表明,建立的套管-水泥环-地层数值模型和水泥环损伤数值模型可有效模拟射孔动态冲击载荷作用下的水泥环损伤情况。研究结果可为射孔参数优化和水泥浆体系优化设计提供指导,对提高射孔后水泥环的力学完整性,降低射孔冲击对水泥环的损伤,延长油气井寿命具有重要意义。     

大斜度井封隔器解封力数值模拟方法研究

为了准确预测大斜度井封隔器解封时的载荷参数,首先进行了装有测力短节的大斜度井管柱解封过程载荷测试,得到了解封过程中钩载及锚定器处轴力的变化规律,然后通过有限元仿真软件,采用测试井管柱及加载参数,建立了大斜度井全井修井管柱数值仿真模型,对该井在解封过程中上提力与锚定器所受载荷的变化情况进行了分析。测试结果与仿真结果对比表明,在解封过程中,当锚定器受力较小时,大钩载荷较直井偏小,但当锚定器所受载荷较大时,大钩载荷较直井偏大。研究内容为解决大斜度井措施管柱力学问题提供了一种新思路。     

模拟下套管技术在河坝区块大斜度井中的应用

为解决河坝区块大斜度定向井在实钻过程中由于井眼轨迹不规则、盐膏地层缩径,大斜度井段下套管作业的实际难题,在调研大斜度井下套管方法的基础上,结合河坝区块大斜度井特点,建立了井眼、套管相容性模型并总结出下套管过程的模拟步骤：①依据收集的实钻井眼资料,计算套管串和井眼两种最小曲率半径,分析无接箍套管能否下入井眼;②针对实际套管接箍或扶正器尺寸,以实钻井眼数据反算出允许通过的套管串的不变形长度;③分析不同管串所对应的不变形长度与井眼曲率的关系,然后确定出与套管柱刚度相当的通井管柱结构。模拟下套管技术在HB1 1D等井的成功应用,为大斜度井现场模拟下套管提供了理论依据。     

流线及油藏数值模拟在伊朗油田井距及开采的最优化应用

在油藏开发期钻生产井,必须在泄油面积范围内适当的点钻井,以消除或减小井间干扰,从而获得更高的产油量或产气量,在有利的条件下提高油藏采收率.结合伊朗某油田实际情况研究出一种方法,它综合利用了两个非常重要的工具:传统模拟(用不同性质的地界图)及流线模拟.传统模拟(基于有限差分法)是通过组分模拟来对总油藏进行模拟.所有的经济评价都是基于传统模拟所计算的产量.通过该模拟器对不同性质的数据进行估算,以此来评价油藏的原油体积、渗透率、孔隙度、储层厚度及残余油饱和度分布图.流线模拟是一种辅助工具,可提高模拟的可靠性、深入研究优化过程、提高运行速度,主要用于确定最佳的新井位置及泄油体积.此外,流线模拟还可用来研究油田流体流型及确定加密井性能.在此研究中,对不同性质的数据选择适当的极限值来确定加密井最佳位置,然后基于流线图和泄油体积的计算,借助流线模拟确定和优化最佳井位.为了获得最高产油量,通常都会制定若干方案.结果表明,利用流线技术可在传统方法基础上提高油藏采收率.     

注水泥过程中单固井胶塞力学性能数值模拟

为降低水泥浆受污染程度,提高钻井效率及固井质量,研制了新型单固井胶塞。利用有限元分析软件,对固井胶塞下入套管过程中的VonMises应力和接触应力进行数值模拟,分析了固井胶塞的隔离效果和刮削能力。研究结果表明:新研制固井胶塞的VonMises应力最大值为14.8MPa,低于橡胶的最低抗拉强度,不会发生"皮碗脱落"失效现象;固井胶塞与套管间的接触应力最大值为2.12MPa,具有良好的隔离效果和刮削能力。     

连续气举井井筒压力温度模拟方法分析

根据连续气举井井筒内的流动特点，以注气点为界将井筒内的压力温度计算分成上下两部分，考虑注入气的影响，结合已有的多相流压力、温度计算方法，给出气举井井筒内的压力温度计算过程和方法。用6口气举井的压力剖面测试资料和3口气举井的温度剖面资料进行验算对比。结果表明，现有的压力计算方法的误差较大．需要进一步研究；而温度计算结果与实际比较接近。