气井生产管柱力学分析软件开发与应用

四川盆地元坝海相气藏具有超深、高温、高压、高产、高含酸性腐蚀气体的特点,气井测试管柱需要满足替浆、座封、改造、求产、压井等多种工况,完井投产管柱需要采用合金材质,完井测试管柱结构及施工参数设计是保证气井安全高效勘探开发的基础,针对元坝超深含硫气藏勘探开发施工特征,自主开发了气井生产管柱力学分析应用软件,自主软件与国外商业软件计算结果误差小于10％;通过在工区内推广应用自主软件,优化组合生产管柱结构,保证了元坝超深含硫气井安全快速测试,实现元坝气藏一期投产管柱优化降本,为元坝超深含硫气藏经济开发提供了技术保障.     

进行管柱受力分析时值得重视的若干问题

对于压力和温度不太高或不合硫化氢的油气井封隔器管柱受力分析都比较简单,但对于井深、压力高、温度高、含硫化氢的气井,管柱受力分析就比较复杂了。高温高压含硫深气井在进行封隔器管柱受力分析时需要考虑相当多的技术问题,特别是技术细节问题,只有做到这样才能抓住管柱受力分析的关键和根本,使管柱受力分析建立在可靠的工艺基础上,也才能使完井试油和完井生产封隔器管柱在使用过程中更安全更可靠,防止封隔器管柱受力分析中出现简单化、主观化、片面化等问题。为此,笔者结合高压高温含硫深气井封隔器管柱受力分析研究、设计、实践经验谈谈自己的一些体会。     

油管穿孔气举排水采气技术

龙岗礁滩气藏为高温、超深、中高含硫气藏,试采期间气井普遍产水,受水侵影响气井产量降低,井筒携液能力变差,甚至因积液严重而关井,影响气井正常生产,现有排水采气工艺难以满足实际生产需要。根据气藏气井超深、中高含硫、产液量大、管柱有封隔器以及消泡难等特点,提出采用油管穿孔配合压缩机气举排水采气工艺,并制定了工艺施工步骤。该工艺不需要改动生产管柱,无需井下气举工具,有效地解决了设备抗硫、耐高温等问题,为气藏排水采气的优先选择工艺。在龙岗001-18井进行了首次试验,通过优化注气压力、生产制度等工艺参数,实现了超深、高温、中高含硫气井排水采气,气井成功复产,降低了系统内其他生产井的水侵风险,可为同类气藏超深气井排水采气工艺提供借鉴。     

高压低渗井分段改造管柱失效风险分析及预防措施

塔里木盆地迪北气田气藏具有埋藏深、地层压力高、储层厚、孔隙度低、渗透率低等特点,需要采用双 封隔器大排量分段改造后直接投产,大排量分段改造作业给完井管柱带来了严峻挑战,多口高压气井分段改造过 程中发生管柱失效,导致改造作业提前结束。基于迪北气田典型高压气井井身结构和分段改造管柱,结合分段改 造作业引起的封隔器间环空压力下降预测,分析了高压气井分段改造管柱潜在的失效风险,并提出了针对性的管 柱失效风险预防措施。以一口高压气井为例,详细分析了该井的管柱失效风险,并制定了风险预防措施。分析结 果表明,高压气井分段改造过程中,井筒温度下降引起的封隔器间环空压力下降给作业管柱带来非常大的失效风 险。通过对封隔器间管柱打若干泄压孔能够有效预防该风险。     

高压气井生产管柱横向振动特性分析

高压气井生产管柱内流体的流动会诱发管柱振动,管柱振动会导致其疲劳、磨损甚至破裂,影响气井正常生产。结合油田现场实际,在考虑管柱重力的情况下,研究了高压气井生产管柱的横向振动特性。运用哈密顿原理,建立了包含生产管柱轴向力、管内流体流速和管内外流体压力等因素的生产管柱横向振动模型。运用伽辽金方法求解模型,计算并讨论了管柱重力、气井产量、井底压力和管柱底端轴向力等参数对油管振动频率及稳定性的影响。研究结果表明,管柱重力是生产管柱振动分析中不可忽略的因素;生产管柱的振动频率随着产量、井底压力以及轴向压力的增大而降低,其中井底压力和轴向压力对管柱振动频率的影响较大,产量的影响较小。     

海上高温高压气井生产管柱优化设计

针对东方气田高温高压的地质环境给生产管柱下放、承压、受力变形、耐腐蚀等方面带来的一系列的技术问题,探讨了高温高压气井生产管柱的优化设计。对油管及井下工具的选型提出了具体的要求和优选办法;对不同工况下生产管柱进行了受力分析,根据管柱受力分析的结果及高温高压的特点,以东方气田D2井为例,确定了针对海上高温高压气井生产管柱采用射孔和生产联作两趟下入式结构。通过研究,能够有效地分析高温高压井的井筒温度和压力分布,以及温度和压力对油管的影响,包括温度和压力作用下油管的应力与油管的变形等,并能根据设计安全系数评价分析对象的安全性,这些计算结果可对现场作业起到一定的警示作用。     

普光高含硫气井井筒硫沉积解堵工艺技术

普光气田因其埋藏深、产量高、硫化氢含量高等特点,采用了一次投产作业完井,永久式生产管柱。气田投产后,部分气井在生产过程中的产气量、井口油温出现了异常下降。通过对井径测量、井下堵塞物取样,分析了堵塞井段、堵塞物成分及来源,基本确定了井筒堵塞点及原因。根据储层情况、完井管柱及生产数据,建立井筒模型分析判断堵塞情况,并结合高含硫、高温以及完井管柱结构的井况特征,研究采用连续油管解堵工艺,首先通过喷头打通道随后采用高含硫水力旋转喷枪定向冲洗油管内壁,实现彻底清理井筒硫沉积堵塞。该技术成功解决了普光气田高含硫气井硫沉积堵塞防治效率低、有效期短、防腐及井控安全等难题,现场已实施8井次均成功达到解堵目标。     

异常高压特高产气井井下管柱力学分析

对异常高压、特高产气井完井及生产过程中的管柱受力进行分析,是确保气井长期安全生产的重要课题之一。现有的管柱力学计算方法基本是建立在Lubinski模型的基础上,只能分析、计算封隔器坐封好后由于温度、压力的改变而产生的温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋弯曲效应,而对于封隔器坐封前后管柱受力的变化、浮力的转移、生产过程中气体的粘滞力则没有现成的计算模型。文章通过将管柱受力分解为管柱入井、假定工况不变且无位移情况下的封隔器坐封以及工况改变且有位移时的封隔器坐封三步,在逐步推理的过程中分析了克拉2气田3口异常高压、特高产气井在完井过程中的管柱受力问题,对封隔器坐封前后浮力的转移、坐封过程管柱受力的变化进行了分析计算。并且采用新方法对生产过程中气体的粘滞力进行计算,最终给出了针对异常高压、特高产气井完井及生产的安全建议。     

超深气井连续油管多径组合管柱作业新工艺

随着对深层超深层油气勘探开发力度的加大,"三超井"(储层温度超过177℃、储层压力超过105 MPa、井深超过6 000 m)的数量越来越多,完井井身结构更为复杂,特别是生产管柱内径表现为多变径,出现生产管柱、产层段堵塞,对气井生产造成了不利的影响,严重时甚至造成关井停产。这就对连续油管在超深气井作业过程提出了新的要求。为了保证"三超井"的投产、稳产和增产,基于连续油管规格不同尺寸、设备模块化移动灵活、高自动化程度、可带压起下的优势,结合"三超井"的地质条件、井筒结构和流体介质变化等实际特点,研发了多径组合连续油管作业工艺技术,配套研发了多径连续油管对接装置,并成功应用于中国石油塔里木油田公司XX11井。研究及实践结果表明:(1)连续油管多径组合作业有效提高管柱载荷安全系数0.12;(2)有效降低管柱沿程摩阻,降阻率达到41.7%;(3)同等压力下提高施工排量获得更高的末端效应提高33%;(4)增强了返屑能力。结论认为,该工艺能够满足超深气井多变径井筒作业的要求,为超深气井连续油管作业提供了一种新的安全、高效、低成本的解决方法。     

海上高温超低压气井二次完井管柱受力分析

海上某气田具有产层埋藏深、温度高、压力系数低的特点,属于高温高产气井,对该气田A4井修井后的二次完井管柱进行管柱受力分析,并使用软件进行安全校核,优化管柱结构,保障气井生产过程中的管柱安全。     

高含硫气井油压恢复曲线异常原因及校正方法

高含硫气藏气井常采用压力传感器采集油压、油温等数据,关井后的油压恢复资料在一定程度上可用于试井分析。但部分高含硫气井在油压恢复过程中,油压恢复曲线出现异常下降,折算的井底压力数据不能用于试井分析。针对这一难题,通过研究影响高含硫气井油压恢复曲线的原因,明确了导致高含硫气井油压恢复曲线异常的主要因素是井筒温度。在优选高含硫天然气的偏差系数计算及校正模型的基础上,基于Cullender&Smith方法,考虑井筒温度剖面非线性变化以及修正高含硫气井气体临界参数,建立了考虑井筒热传导影响的高含硫气井压力恢复曲线异常校正模型。利用高含硫气井油压恢复实测数据对该模型进行验证,表明该模型准确可靠。本研究成果对同类气井井底压力计算及油压恢复曲线校正具有一定的参考意义。     

连续油管解堵技术在克深区块超深高压气井中的应用

塔里木油田克深区块属于超深高压气藏,区块气井油压异常、井筒堵塞问题严重,气井无法正常生产。采用常规修井作业解决井筒堵塞问题,成本高、风险大,采用连续油管负压冲洗和钻磨方式,成功疏通了管柱,恢复了气井生产,并查明结垢和出砂是造成井筒堵塞的主要原因。该技术在不动管柱的情况下,实现了安全、高效井筒解堵作业,为解决塔里木油田类似问题提供了技术储备和经验积累。     

塔里木超深井试油测试过程中酸化压力分析对管柱安全影响

塔里木深井及超深井储层通常埋藏深,压力温度高,在试油测试过程中工况变换频繁,致使井下管柱
及工具受力复杂,为了了解酸化动态压力变化对管柱的安全影响,文章着重论述了三种酸化摩阻压力预测分析方
法,并对不同方法计算结果对管柱受力变化的影响进行了对比,结果表明酸化施工泵压和排量对管柱安全影响大,
从而进一步说明准确预测分析酸化动态压力对有效进行管柱受力分析和优化设计酸化施工参数具有重要意义。     

超深气井完井管柱屈曲行为研究

超深高温高压气井由于井筒温度高、压力高,井下管柱屈曲风险高,易造成管柱失效或冲蚀加剧等问题。通过超深高温高压气井管柱静力学分析发现热生产和热关井两个工况下管柱屈曲风险最大。鉴于此,针对热生产与热关井工况建立了用于分析两种苛刻工况下全井段油管柱屈曲问题的有限元力学模型,定量得出两种工况下全井段油管柱的屈曲形态、横向位移、油管柱-套管接触力、弯矩与扭矩等力学参数。研究结果发现:在热生产工况下,油管柱发生了不稳定的屈曲形态,在油管柱屈曲段的上部与下部位置,油管柱与套管的接触较为密集;在热关井工况下,油管柱相对只发生了轻微的纯正弦屈曲。所建立的模型可用于油管-套管屈曲损伤失效分析,可为优化现场生产工艺和延长油管柱寿命提供理论依据。     

超深水平井尾管悬挂器下部环空压力预测及其应用

超深水平井多封隔器分段改造作业过程中,井筒温度下降造成尾管悬挂封隔器下部环空压力下降,易造成尾管悬挂封隔器、下部分段改造封隔器和油管柱失效。针对典型分段改造水平井井身结构,开展分段改造过程中尾管悬挂封隔器下部环空压力变化的影响因素和潜在后果分析,综合考虑油管柱鼓胀效应引起的环空体积变化、井筒压力温度变化引起的环空流体体积变化和井筒温度变化引起的油管柱体积变化对尾管悬挂封隔器下部环空压力的影响,建立了尾管悬挂封隔器下部环空压力变化预测模型。以塔里木油田一口超深水平井为例,开展了分段改造过程中尾管悬挂封隔器下部环空压力预测,并在此基础上开展了封隔器和改造管柱力学分析。分析结果表明:超深水平井分段改造过程中,由于井筒温度场急剧下降,尾管悬挂封隔器下部环空压力相对坐封工况将发生大幅下降,从而给改造管柱和封隔器带来非常大的失效风险,超深水平井分段改造管柱设计过程中必须充分考虑该因素。     

高含CO_2气藏结垢原因及防治对策研究

营城组火山岩气藏为边底水发育、高含二氧化碳的酸性气藏。井筒压力和温度变化、压井液不配伍等导致近井地带、生产管柱、地面处理系统发生结垢,造成气井产量下降并影响生产。分析气井结垢特征,确定结垢类型主要为碳酸钙。分析结垢主要影响因素和机理。优选物理法和化学法防除垢工艺。     

含液气井采气管柱优选

生产管柱的选择对气井生产的影响很大,合理的生产管柱可以提高气流带水能力,排出井底积液,从而延长含液气井稳定生产能力。从现有的管柱优选方法出发,针对含液气井生产情况,提出了含液气井采气管柱优选方法,即运用Hagedorn和Brown模型进行管柱压力损失研究,运用Turner模型进行临界携液流量研究,运用Beggs模型进行冲蚀流量研究,然后运用节点分析法进行敏感性分析,从以上4个方面对油管合理内径的选择进行分析,从而确定出含液气井采气管柱合理内径。     

苏里格气田连续油管排水采气试验及分析

苏里格气田属低压低产气藏,气井生产中后期,因井底压力和产气量低,气井携液能力差,导致井筒积液不断增多,严重影响气井的正常生产,部分气井甚至出现积液停产现象。为了提高气井携液能力,依据管柱优选理论,结合苏里格气田井筒实际情况,优选了适合该气田的连续油管作为生产管柱。在原φ73.0 mm油管内下入φ38.1 mm连续油管,下入深度3 330 m,采用连续油管生产后,产气量产水量均明显增加,取得了较好的排水效果。     

苏里格气田小直径油管排水采气试验及效果分析

苏里格气田属于低压低产气藏,气井生产中后期,因井底压力和产气量低,气井携液能力差,导致井筒积液不断增多,严重影响气井的正常生产,部分气井甚至出现积液停产现象。为提高气井携液能力,依据管柱优选理论,结合苏里格气田井筒实际情况,优选适合该气田的小直径油管作为生产管柱,在原φ73mm油管内下入φ38.1mm连续油管。采用小直径油管生产后,产气量产水量均明显增加,取得了较好的排水采气效果。     

普光高含硫气井生产管柱合理管径优选

普光气田高含硫气井在生产过程中会出现硫沉积、冲蚀、积液和形成水合物等问题,如果生产管柱管径合理可以延缓或避免出现这些问题。为此,针对普光气田高含硫气井的生产特点,以现有生产管柱优选方法为基础,通过分析高含硫气井临界携硫颗粒流量、临界携液流量、冲蚀流量和井口水合物生成条件,确定不同尺寸油管的合适产气量范围,再结合气井配产和井筒压力损失,优选出高含硫气井生产管柱的合理管径。利用该方法,对普光气田的高含硫气井P井进行了计算分析,结果表明,在当前生产管柱管径下,P井产气量大于冲蚀流量,井筒会发生冲蚀,为保护生产管柱,延长修井周期,将该井的产气量调整到当前生产管柱管径的合适产气量范围内,调整后该井生产稳定。采用该方法不但可以优选生产管柱管径,而且可以在现有生产管柱情况下,将产气量调整到当前生产管柱的合适产气量范围内。