深水气井测试初开井温度和压力模型及其在水合物预测中的应用北大核心CSCD

深水气井测试初开井阶段为典型的非稳态变化过程,采用稳态模型计算的温度和压力误差较大,导致水合物预防缺乏准确依据。综合考虑开井过程、海洋与地层环境差异、井身结构、测试管柱尺寸、产量以及气体上升过程中的膨胀做功等因素,建立了深水气井测试初期管柱内温度和压力模型;在此基础上,结合水合物相平衡条件,得到了深水气井从开井到稳定生产阶段的水合物生成区域预测方法。不同开井产量和开井时间对水合物生成区域影响规律分析结果表明,管柱内温度随着开井时间的增加而相应升高并逐渐趋于稳定,而水合物的生成区域会随着开井时间增加而逐渐减小,达到稳定后保持不变;初开井产量对水合物生成区域影响较大,适当提高开井产量有助于降低水合物生成风险。本文建立的预测方法可以为深水气井作业水合物防治方案设计提供依据。     

深水气井测试过程水合物形成预测

深水气井测试过程中,水合物的形成会对测试作业造成很大影响,甚至导致整个测试作业的失败,进而引发重大事故。为保证深水气井测试的安全、顺利进行,有必要对测试期间水合物的形成规律进行分析,预测水合物可能形成的区域,加强水合物形成的预防工作。基于深水测试工况,针对开井流动与关井求压阶段,建立了温度压力的计算模型,并结合水合物生成条件,提出了深水气井测试不同施工阶段水合物生成区域的预测方法。对一口深水井的计算表明,开井流动期间,流量对水合物生成条件有很大影响,流量越低,水合物生成区域越大;关井阶段及初始流动阶段,管柱内压力较高,温度较低,形成水合物风险与区域较大,必须采取相应措施抑制其生成。     

深水气井测试期间不同产量条件下水合物形成区域预测方法

水合物问题是深水测试必须考虑的问题,其关键影响因素是温度与压力。基于水力学与热力学理论,针对深水测试的特殊工况,建立了压力与温度计算模型。通过数值求解,得到了不同产量条件下测试管柱内的压力与温度分布。将计算结果与水合物形成条件相结合,对深水气井测试条件时不同产量条件下水合物生成区域进行了预测。结果表明,产量越低,管柱内压力越高,最低温度值越小,导致水合物生成区域越大。对于水深1500 m、测试管柱为114.3 mm条件下,产量低于20×104m3/d时,管柱内将出现水合物。因此,在低产量条件下,深水测试时必须采取措施抑制水合物生成。     

深水气井测试流动保障研究

目前国内外对深水气井测试的研究工作主要集中在深水钻完井、管柱受力分析和水合物预测方面,对于深水气井测试流动保障这一领域还未深入开展研究。从渗流理论出发,结合井筒流动模型和井筒温度模型,将形成的气藏-井筒耦合模型与预测水合物的p-T图统一起来,预测深水情况下水合物生成的位置比单纯的井筒模型预测结果更为精确。通过分析影响水合物形成的影响因素,给出多种情况下相应的防治措施,从而保障测试的顺利进行。以南海荔湾的某口井资料进行测试验证了该方法的合理性。     

深水气井测试管柱内水合物沉积动态研究

针对深水气井测试管柱内水合物沉积及其对测试作业的影响程度研究不足的问题,在深水气井测试管柱内水合物生成风险区域预测的基础上,建立测试管柱内水合物生成计算模型和沉积预测模型,并以陵水深水气田S2井为例,进行了不同测试工况下测试管柱内水合物沉积厚度定量预测。研究结果表明,所建立的预测模型计算结果与室内环路实验数据的误差小于10%。现场实例应用表明,通过管柱内水合物沉积厚度判断井筒缩径率,理论计算测试2h后水合物沉积导致井筒缩径率为11%,导致井口回压下降1.78MPa,实际测得回压下降约1.86MPa,误差仅为4.5%。现场通过观察井口回压变化情况,及时调整水合物抑制剂注入参数,确保了测试作业的安全顺利进行。该研究对气井测试管柱内水合物沉积的防治具有一定的指导意义。     

深水气井测试过程中水合物相态曲线的研究与应用

针对深水气井测试过程中井筒温度场的变化带来水合物生成的巨大风险,易导致测试管柱堵塞、环空出现较大的带压值等严重问题,对水合物生成相态曲线在深水气井测试过程中的多方面应用进行了研究。首先在深水气井测试井筒温度场精确预测的基础上,结合水合物相态曲线,定量预测了测试期间管柱内水合物的生成区域,计算得出了测试管柱上的化学药剂注入阀的下入深度,并设计确定了测试期间井筒及地面油嘴处水合物抑制剂的注入量,形成了深水气井测试水合物相态曲线应用方法。该方法在南海深水某气井进行了综合应用,计算得出该井测试期间化学药剂注入阀下入深度为2 450 m,井筒及地面油嘴处水合物抑制剂注入分别为甲醇和（3%～5%）乙二醇,综合应用测试作业工作制度,测试期间井筒无水合物生成,地面油嘴处水合物生成注入抑制剂后压力下降约13.6%,保证了现场测试作业的成功实施,可为其他深水气田测试过程中天然气水合物的防治提供借鉴。      

基于临界流量的深水探井测试关键技术与实践——以琼东南盆地深水区为例

深水探井测试对于深海油气田的勘探发现和开发方案的制订起着至关重要的作用。为此,针对琼东南盆地陵水凹陷深水测试面临的海床温度低、管柱压力大,以及地层水或凝析水具有生成天然气水合物(以下简称水合物)堵塞测试管柱等技术难题,在分析总结南海北部珠江口盆地多口深水探井与国外合作测试作业成功经验的基础上,研究形成了该区测试期水合物形成区域预测及水合物防治方法;建立了基于临界测试流量设计测试工作制度;结合地质录井、MDT测井等资料.建立了可视化数值试井模型并对压力恢复时间进行合理设计;通过对深水测试管柱结构的优化,提出了深水测试一开一关的测试程序,从而达到多开多关测试程序的功能;通过对地面测试流程的模块化方案设计,增强了深水测试的安全性和高效性。实践结果表明:测试期间水合物和地层出砂得到了有效防治.测试管柱及模块化地面流程经受住了高产气流的考验,获得了完整的测试资料,节省了测试时间,达到了准确评价储层的目的,并基本形成了我国的深水油气井测试技术。     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测北大核心CSCD

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

深水气井测试求产阶段管柱内天然气水合物防治方法

深水气井测试求产过程中,预防与控制天然气水合物(以下简称水合物)堵塞对于保障测试安全至关重要。为此,通过分析不同测试条件下的井筒温压场分布,应用水合物生成—沉积及分解计算方法,评价了不同测试制度下全测试过程中管柱内水合物的沉积与堵塞程度的变化;在此基础上,提出了基于水合物防治的深水气井测试求产方法。研究结果表明:(1)深水气井测试过程中井筒内常形成水合物堵塞风险最大的环雾状流型,测试过程中采取防止水合物堵塞措施比防止水合物生成更加合理;(2)常规四点测试方法要求设置流温较低的低产气量测点,但高压、低温的井筒环境容易导致水合物生成、沉积,测试持续时间过长会增加测试管柱的堵塞风险;(3)所提出的适合于深水气井测试的混序测试制度在不改变测试产气量与时长的前提下,通过调整测点顺序形成的井筒温度变化使水合物沉积层分解,降低了测试过程中测试管柱的最大堵塞程度;(4)对于无出砂、无应力敏感、无反凝析且不产水的深水气井推荐使用三点或二点测试法,相对于四点测试法,前者能有效降低测试管柱内的水合物沉积、堵塞风险,同时又能在保证产能方程准确性的前提下缩短测试时间、降低测试成本。结论认为,该研究成果可以为深水气井的现场测试施工提供帮助。     

南海深水气田测试设计与实践

南海深水气田测试面临海床温度低致使测试管柱中易产生天然气水合物和深水作业费用昂贵等困难和挑战,使得深水气田测试设计不同于常规气田,测试设计时须考虑天然气水合物的形成条件预测及防治。提出了一开一关的测试流程,并对流程中4个阶段的测试时间进行了优化。以南海深水气田某气井为例进行了应用,结果表明测试非常成功,与设计基本一致。本文的测试流程目前已在南海珠江口盆地多口深水气井测试中成功应用,具有较好的推广价值。     

苏里格南区气井速度管柱适用条件分析

在气井管理及气井动态分析中,井筒压力、温度是重要的参数。基于质量守恒、动量守恒、能量守恒和传热学原理,综合考虑压力和温度之间的相互影响,建立了气井井筒压力温度耦合模型,应用四阶龙格-库塔算法数值求解。通过气井实测数据对模型进行验证,算例表明模型计算结果可靠,可以满足工程计算要求。速度管柱是苏里格南区重要的排水采气措施,针对速度管柱选井缺乏定量标准的问题,在井筒压力温度预测基础上,评价了速度管柱气井在不同条件下的水合物生成风险、携液临界流量和冲蚀产量,给出了速度管柱气井满足携液和安全的产量范围,提出了适用速度管柱新井的试气无阻流量界限,为苏里格南区速度管柱的下入时机和选井提供了理论基础和指导意见。     

气井非稳态流井筒温度压力模型的建立和应用

国内外围绕井筒温度方面的研究主要集中在稳态流条件下,建立了较成熟的气井稳态流井筒温度、压力计算模型。但气井在生产过程中,由于生产组织和试井测试的需要,对其产量将进行调整,此时井筒管流属于非稳态流,已有的基于稳态流的井筒温度模型不适用于非稳态流的井筒温度计算。为此,通过分析井筒非稳态传热温度变化特征,根据井筒瞬态温度与稳态温度的关系,将任意时间点的井筒温度变化划分为递减、稳定和递增3种类型。采用微元时间段计算井筒温度和压力的思路,对定产量开井井筒温度模型进行改进,提出温度叠加递增井筒温度压力计算方法,并根据杜哈梅的等效叠加原理,提出温度叠加递减井筒温度压力计算方法,建立了气井非稳态流井筒温度压力模型,解决了变流量条件下气井井筒温度、压力的计算问题。通过实例分析对比表明,在气井开井和产量调整初期,气井非稳态流井筒温度压力模型比稳态流井筒温度压力模型计算更加准确,该模型适用于气井生产全过程,应用范围更广,符合生产实际。     

超深水气井测试作业运作模式与关键技术——以我国南海首口超深水井LSE1井为例

南海超深水气井LSE1井测试作业是在更为恶劣的海洋环境,技术手段更为复杂,对测试工具的安全性要求更高的条件下进行的,通过一系列深水测试项目的成功实施,逐步形成了超深水气井测试作业的运作模式及关键作业技术。在运作模式上,统筹考虑勘探开发一体化模式进行井位优选和放喷产量设计,持续秉承引进、吸收、创新、应用的原则,加强深水测试关键技术及装备的研究投入和研发团队建设,完善了技术支持体系;细化管理措施,进而有效支持了测试作业安全高效进行。在技术研究上,改进创新使水合物综合防治、模块化流程改进设计、测试管柱系统优化设计等技术更为成熟,优化测试管柱配置形成新型一开一关测试技术,有效规避了测试期水合物生成风险、地层出砂风险及管柱安全风险,从而为我国深水油气勘探提供了有力的技术支持。     

龙王庙组气藏采气地面流程水合物防治研究

磨溪区块龙王庙组气藏气井油压高、节流压差大,开井过程中,采气地面工艺流程容易形成水合物发生堵塞,带来安全隐患,影响生产。通过优选天然气水合物计算模型预测水合物生成条件,计算分析不同开井制度和工况条件下水合物生成温度和各节点温度变化,结果表明,采气地面工艺流程的水合物生成与井口温度、压力密切相关,在总节流压差一定的情况下,水合物生成与各级节流压差分配无,相关性,末级节流下游更容易生成水合物。基于不同工况条件对水合物形成的影响,提出大产量开井升温、建立背压减少节流压差、加乙二醇抑制水合物生成的开井方式,通过在龙王庙组气藏气井开井实践应用,避免了采气地面流程堵塞的发生,确保了安全顺利投产。     

隔水管循环注液对深水气井测试管柱温度分布的影响

为了准确预测深水气井测试管柱内的井筒温度分布,根据能量守恒原理及传热学原理,建立了深海气井在普通测试流程及在隔水管内循环注入常温水工况下的井筒温度预测模型。模拟计算结果表明,隔水管循环注入常温水对测试管柱的温度有一定的影响,当水深大于200 m时循环液温度与海水温度基本一致,循环时可使隔水管环空温度降低从而增大水合物生成风险。因此,水深大于200 m的深水气井不宜采用隔水管循环注水。本文研究成果对于深水气井隔水管循环注液测试具有指导意义。     

深水气井测试清井诱喷瞬态流动模拟

在深水气井测试作业中,由于缺乏对实际放喷过程中井筒内流态、压力、温度变化的准确认识,无法判断清井诱喷关键参数设计是否合理。为此,基于所建立的井筒多相流瞬态流动模型,以实际深水测试气井为研究对象,进行清井诱喷瞬态数值仿真模拟,真实再现实际工况下井筒内驱替工作液流动情况,量化清井诱喷过程中沿程压力、温度剖面非稳态变化,并对清井诱喷关键参数进行敏感性分析。研究结果表明:(1)模拟油压与实测油压的最大误差在±5%左右,拟合效果较好,验证了模型的准确性及可靠性;(2)清井时间随油嘴尺寸减小而递增;(3)诱喷液垫越高,气体从井底流出的初始速度越快,激动压力越大,清井诱喷时间越短;(4)在保障地面处理设备安全、平稳运行及经济有效的前提下,应尽可能采用大油嘴、大管径测试管柱并设定合理的诱喷液垫高度以完成清井诱喷。结论认为,该研究成果成功实现了深水气井测试清井放喷瞬态流动过程的模拟,对测试工作制度、测试管柱及设备的设计和选型,保证深水测试安全等都具有指导意义。     

海洋凝析气井关井井筒温度与压力的计算

凝析气井关井井筒温度分布模型属于非稳态传热问题,在压力恢复关井测试中,井筒温度分布对井底压力起着重要影响。考虑流体相变和海水段传热的影响,建立了海洋凝析气井井筒气体瞬变流动的非稳态传热温度、压力耦合的数学模型,采用解析解和数值解相结合的求解方法,实际计算时先将井筒分为若干微元段,求出该段温度,然后通过非稳态传热温度、压力耦合的分布模型再计算得到该段压力,再依次计算下一微元段的温度和压力,直到计算到井底。通过对海上某气田实例气井关井过程温度、压力分布的计算,结果表明所建立的模型能有效地对压力恢复测试过程中气井井口压力进行校正。     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。     

深水测试管柱密封插管长度确定方法

在深水测试过程中,测试管柱下入井后其受力和变形无法观测,密封插管长度的不合理设置会造成封隔器密封失效及井下管柱永久变形等严重事故。为保障深水测试作业安全高效实施,对深水井下管柱轴向变形原理和规律进行研究,形成密封插管安全长度确定方法,并以我国南海某深水井为对象进行实例分析。计算结果表明,不同作业工况下测试管柱轴向变形相差较大,开井作业测试管柱的伸长量随着测试产量的增加而增加,温度和压力是深水井下测试管柱轴向变形的主要影响因素;建议选择关井后密封插管相对开井作业的上移距离为密封插管安全长度的参考值,考虑井底温度和压力预测结果的可靠性,实例井需选用长度至少为2.29 m的密封插管。