页岩气田套管环空带压原因及保护对策

随着页岩气田的生产和开发力度加大,压裂及投产中的气井相继出现了页岩气井表层套管、技术套管环空带压现象。套管环空带压一方面增大气井管理难度,另一方面也存在一定安全风险。针对页岩气田气井套管环空带压的现状,从气井套管环空带压时间、套管环空带压机理、气井的固井质量对套管环空带压的影响、气井在生产过程中套管环空压力的变化情况等方面开展理论研究,并根据现场实际情况对套管环空压力变化特征进行分析,为日后页岩气井安全生产提供参考依据。     

普光高含硫气井环空带压风险诊断与治理

含硫气井的环空带压过高会造成井下油管、套管、封隔器超压或挤毁失效,舍H2S的气体还会造成井口套管及套管头腐蚀,降低气井生产安全系数,增大事故隐患。文中针对油管、套管、封隔器的承压强度,借鉴APIRP90（（海上油气井环空套压管理》,对环空气压来源进行了分析,探索了气井的环空压力许可值理论计算方法,指出套管高压异常井应采取环空卸压和环空保护液灌注等措施,使环空压力和环空保护液的pH值均在受控范围之内,以此指导高含硫气井服役期间的安全管理。该方法已经在普光气田进行了推广应用,对于环空压力异常井的安全管理具有重要意义。     

高含硫高产气井环空带压安全评价研究

针对部分油气井环空带压的现状, 调研了国内外油气井环空带压的大小及分布, 发现大约有 ５ ０ ％环空带压是发生在生产套管和油管间的环空。为此, 研究了造成环空带压的原因, 认为作业施加的环空压力, 受温度、 压力变化使环空和流体膨胀引起的环空压力以及由于油气从地层经水泥封固井段和环空液柱向上窜流引起的环空压力, 是造成环空带压的主要原因。借鉴国际上知名油公司环空带压安全评价方法, 建立了高含硫高产气井环空允许最大带压值的计算方法, 结合某高产气井的实际井身结构（ 完钻井深为 ５２ ０ ０ｍ , 产层压力为 ７ ２ ． ８ＭＰ ａ ）井下管串组合、 实测的环空带压值, 对比计算了允许的环空带压值, 并评价了该井的安全状况, 评价结果表明, 虽然该井出现较高的环空带压情况, 但还可以正常开采。所建立的高含硫高产气井环空允许最大带压值的计算方法, 为高含硫高产气井环空带压安全评价奠定了基础。     

高压气井环空压力许可值确定方法及其应用

对于高压气井,在采气过程中环空带压现象非常普遍。环空压力过高可能导致潜在的安全生产事故;若环空压力过小,则井口处油套压差过大,安全系数过低,油管长期疲劳生产,也易发生事故。因此,针对高压气井,有必要给出环空压力安全范围,以指导安全生产。为此,借助ARP RP90海上油气井环空套压管理和NORSOK D-010 油气井钻井与作业时的完整性等2个公认的国际技术标准,将带压环空进行了分类：油管-生产套管环间、生产套管-技术套管环间、两层套管环间,然后用承压构件的强度、水泥环及保护液注柱压力对气井环空的安全性能进行综合评价,给出了适合塔里木油田的高压气井环空最大、最小压力许可值的确定方法,用以指导高压气井的方案设计和安全生产。该方法已经在该油田展开现场应用,对于高压气井的环空压力安全管理具有重要意义。     

基于井下作业载荷的A环空带压值计算研究

当前气井环空带压现象日趋普遍,部分井已严重影响其安全生产。环空带压机理较为复杂,大致可以分为温度效应诱发的环空带压、鼓胀效应诱发的环空带压、泄漏或密封失效等因素诱发的环空带压等,文章主要讨论鼓胀效应诱发的环空带压机理及相应的计算模型。对于两端固定且封闭的油管柱,当油管内压力大于油管外挤力时,油管柱的外径发生鼓胀(即鼓胀效应),导致油管和套管之间的环空体积减小,从而诱发环空带压。笔者运用弹塑性力学基本理论,将油管柱简化为薄壁圆筒,推导出了油管柱内压力与其膨胀量、A环空带压值之间的关系模型,为环空带压安全评价和下一步治理方案提供理论依据。     

高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压机理

在高温高压含硫气井中,环空带压值过大将会影响正常生产,一旦超过允许值将诱发潜在的安全事故。针对开采过程中井筒温度升高使密闭环空流体受热膨胀而导致的环空带压问题,建立了高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压值的计算模型,并进行了实例计算。结果表明,高温高压含硫气井环空流体热膨胀引起的带压值很有可能会引起生产管柱的失效,给油气井安全生产带来威胁。因此,有必要在井身结构设计、套管强度设计与环空保护液优选时,根据油气井正常开采的工作制度,降低开采过程中环空带压值并开展有效的环空带压管理,确保高温高压含硫气井的长期安全生产。     

海上气井环空带压管理方案研究及应用

据统计目前大部分海上气井都存在环空带压问题,最高环空带压值超过18 MPa,如何管控环空带压气井的安全风险是亟待解决的问题。在研究API RP90和ISO 16530-2等国际标准的基础上,结合海上气井的井身结构、完井管柱和井下工具情况,针对海上环空带压气井,建立了一套适用于海上气井环空带压的管理方案,并通过在海上气田的应用分析证明了方案的可行性。本文研究成果对于海上环空带压气井的安全生产和管理具有指导意义。     

新型环氧树脂在四川壳牌区块弃井项目的应用

气井环空带压问题是全球普遍存在的问题,四川壳牌项目是高温高压气井,部分井由于生产或固井等原因造成A、B环空带压,永久弃井要求至少设置两道永久井屏障,必须治理环空带压问题。其中少数井采用多次挤水泥封堵效果较差,水泥浆在治理环空带压问题存在极大困难。新型环氧树脂具有穿透微间隙能力强、抗压强度高、韧性好等特点。采用阶梯式挤注环氧树脂的方式,在四川壳牌区块的多口井成功封堵环空气窜,治理环空带压问题,为四川壳牌区块弃井项目解决了关键问题,为以后治理环空带压和提高井筒长期完整性提供了借鉴。     

基于贝叶斯网络的气井环空带压风险评价模型及应用分析

针对气井生产过程中环空带压日益严重导致井完整性失效风险上升这一问题,开展了环空带压风险评价研究。建立了基于贝叶斯网络和实际生产数据的环空带压风险预警模型,该模型将影响环空带压的因素分为油套管泄漏和水泥环失效两个单元,确定了各个单元的主要风险因素和风险失效概率,在此基础上,建立了环空带压风险量化评价指标,并进行了相应风险等级划分,形成了气井环空带压风险评价方法。统计了新疆采气一厂的191口井的失效概率,进行了实例应用,结果表明:该模型可对环空带压的潜在风险进行定量计算,可推理得出主要风险因素的逆向成因,为预防和控制环空压力提供决策依据,有助于降低气井环空带压风险的发生概率。     

南海深水高温高压气井最大环空压力允许值计算方法

深水高温高压气井普遍存在环空带压现象,而深水井通常采用水下井口,使得B、C环空无法进行泄压操作,导致深水高温高压气井在生产过程中存在安全风险。同时,现有的环空带压计算模型并未考虑腐蚀和温度对井下管柱强度的衰减作用,得到的环空带压计算值偏高,无法指导现场生产。因此,针对深水高温高压气井环空带压问题,基于深水环空带压管理推荐做法及深水井特殊情况,综合考虑地层压力衰减、产量调整、高温及腐蚀等因素对管柱强度的影响,分析环空各组件承压等级及管柱强度在深水高温高压气井实际生产过程中随服役年限的变化情况,建立了深水井高温高压气井最大环空压力允许值计算方法,同时基于最大环空压力允许值得到了环空压力管控图版,并开展了实例计算。计算结果表明：深水高温高压条件下,受地层高温影响,在早期生产过程中,最大环空压力允许值主要受生产套管强度影响,到后期生产过程中,由于地层压力衰减,封隔器上下压差增大,最大环空压力允许值主要受封隔器承压等级影响,随服役年限的延长,当环空压力出现异常时,应当通过环空泄压操作保持环空压力在最大环空压力允许值区间内,保证气井安全生产。本文研究成果可为深水高温高压气井环空带压管理方案制定提供...     

塔里木盆地顺南区块高温高压气井井筒完整性失效机理分析

塔里木盆地塔中北坡顺南区块奥陶系中统鹰山组有超深、超高温、超高压、中含CO_2、低含硫气藏,气井完钻和生产运行期间陆续出现环空带压、井口装置抬升、油管断裂、套管变形失效等异常情况,对该区块其他气井的安全生产构成了严重的威胁。因此,在调研国内外油气井井筒完整性研究现状的基础上,应用顺南区块12口已完钻井的井史资料及典型气井的现场测试结果,分析了鹰山组气井环空带压机理、套管变形失效机理及井口抬升机理,找出了顺南超高温超高压气井井筒完整性存在的问题,明确了影响塔中北坡气井井筒完整性的主控因素,提出了改善超高温超高压气井井筒完整性设计的建议,为后期塔中北坡顺南区块超高温、超高压气井井筒完整性控制及安全管理提供了重要参考。     

海洋深水高温高压气井环空带压管理

中国南海高温高压油气藏开发过程中,井筒环空带压问题突出,一旦超过允许值将会影响安全生产。为了保证气井的正常生产,需要确定环空压力的合理范围,为此基于ISO 16530-1:2017标准和API RP 90-2的推荐做法,研究并建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水高温高压气井环空带压控制值计算模型以及一套环空压力管理图版。研究结果表明:(1)管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;(2)关键节点校核计算主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等;(3)建立了环空最小预留压力计算模型,以确保对深水高地层压力或井底高流压气井的环空施加一定的备压,保证井下管柱和工具在合理环空压力范围内正常工作;(4)以某深水气井为实例进行了计算与分析,得到了考虑和不考虑壁厚减薄情况下随投产时间变化的各环空带压控制值。结论认为,所建立的模型及图版应用于海上深水高温高压气井,使用简便、可操作性强,可以为深水高温高压气井及类似井的井筒环空压力管理提供借鉴。     

基于LabVIEW的高压气井环空带压管理系统应用

气井环空带压会严重威胁天然气的生产安全和环境健康。为有效管理高压气井环空带压问题,分析了高压气井环空带压原因,在此基础之上建立高压气井环空带压管理操作流程。针对高压气井生产动态,在采气树环空连通阀引入压力变送器与自动泄压管线,并基于LabVIEW平台,结合DATAQ数据采集卡、及PLC下位机,开发出高压气井环空压力管理系统。进而进行压力泄放/恢复监测与井口气体泄漏测试。结果表明,该系统测量精度高、运行稳定可靠,同时节省了人工成本,对提高高压气井动态管理水平与风险控制技术有重大意义。     

克深气田“三超”气井安全隐患治理对策与实践

克深气田气井具有地层压力超高(≥120 MPa)、地层温度超高(≥165℃)、埋藏超深(≥6 000 m)的特点,属于典型的"三超"气井,随着气田的不断深入开发,气井环空异常持续带压生产、井口装备老化损坏等问题日益突出,成为克深气田高效开发过程中影响安全生产的重大隐患。为了消除安全隐患,从环空异常持续带压和井口装置损坏两个方面详细论述了"三超"气井隐患特点,通过现场实践,制定了环空异常持续带压、油套管头密封失效、阀门内漏等有针对性的隐患治理措施,取得了良好效果,形成了"三超"气井隐患治理成套技术,对类似气井的安全隐患综合治理工作具有指导意义。     

高温高压高酸性气田环空带压井风险级别判别模式

气井环空带压是高温高压高酸性气田的普遍问题,环空异常带压将严重威胁气井安全生产,亟待进行完整性评价,判别风险级别,提出应对措施。基于环空带压的原因分析,以失效发生的可能性、危害性及当前状态为参数,依据相关行业标准,结合现场经验,提出影响气井完整性的30项因素,并逐一进行分级、评分、权重调整,建立了气井风险等级判别模式,可把气井的风险等级由低到高分为3类,Ⅲ类井需立即采取紧急处理措施。研究表明:气井生产工况和工艺措施决定完整性失效发生的可能性和危害性,当前状态是判别气井完整性最重要的参数,环空压力和泄漏速率可作为“一票否决”的参数。     

基于压力恢复测试的气井油套环空泄漏程度评价

"三高"(高温、高压、高产)气井在开发过程中越来越多地出现环空带压问题,环空带压预示着井筒发生泄漏,井筒完整性受到削弱,威胁气井安全生产。气井井筒完整性失效最根本的原因就是管柱发生泄漏。在借鉴已有研究成果的基础上,利用平衡原理,计算环空泄漏点深度;基于环空压力现场诊断测试曲线,建立了一种环空泄漏程度评估方法。该方法通过拟合现场实测数据,可预测环空压力的发展趋势,评价环空井筒泄漏的速度和泄漏点的等效直径。该方法对环空异常带压的诊断评估、环空压力的控制具有重要意义。     

页岩气井环空带压防治难点分析及对策

页岩气开发越来越受到重视,国内页岩气已投产井环空带压现象严重,影响了页岩气井安全高效开采。根据气井环空带压形成原因,结合页岩气井施工工艺,分析了页岩气井环空带压防治难点,主要包括套管密封失效处理难度大、长水平段油基钻井液钻进固井质量难保证、固井后施工作业对水泥环和套管外加载荷复杂。由于页岩气井开发工艺的特殊性,若页岩气井采用常规油气井环空带压预防和控制技术,其不足之处主要是套管密封失效处理后承压能力不高、常规清洗液对油基钻井液清洗效率低、水泥石韧性不能满足压裂要求。针对页岩气井环空带压防治难点和常规防治方法在页岩气井的适用性,提出从套管密封失效修复、提高油基钻井液钻进水平井封固质量、水泥环完整性破坏后修复三个方面对环空带压进行防治,并提出了相应的技术措施和建议,为页岩气井环空带压的防治提供技术参考与指导。     

海上气井井下油套管泄漏检测与堵漏技术及其工程实践

海上气井井下油套管泄漏无法及时诊断将会引发环空带压,是海上油气生产安全的重要问题.针对井下油套管泄漏诱发的声波在井筒环境条件下的传播机理、泄漏信号远程探测方法、漏点准确定位方法和多源信息融合的泄漏状态评估方法研究,研发了海上气井井下油套管泄漏检测系统.新研发的油套管泄漏检测系统在东海某平台进行了 2井次的井下油套管泄漏...     

环空体积膨胀条件下的高压气井环空压力预测方法

针对高压气井生产过程中气窜引发的环空带压问题,重点考虑自由段和封固段套管柱变形引起的环空体积变化,建立了2层环空压力耦合分析模型与数值求解方法,并对该模型进行了验证与算例分析;在此基础上,讨论了综合渗透率、环空气柱温度及环空液体密度等因素对环空压力的影响规律。结果表明:由于气窜的影响,自由段和封固段的套管柱膨胀,使A环空(油管与油层套管之间的环空)体积减小,而使B环空(油层套管与技术套管之间的环空)体积增大;环空体积变化延长了稳定时间,但A,B环空的最大压力均保持不变;随着综合渗透率和环空气柱温度的增加,最大环空压力不变,稳定时间缩短;随着环空液体密度的增加,最大环空压力减小,稳定时间缩短。因此,防止水泥环损坏、降低环空气柱温度及提高环空液体密度,是缓解高压气井环空带压的有效措施。该研究对高压气井井筒完整性的评估与控制具有指导意义。     

双层套管锻铣技术在环空带压弃井中的应用

中东波斯湾海域某探井出现环空带压,弃井期间多次尝试在气源层射孔挤注处理环空带压问题,未获成功。在气源层上部锻铣?244.475 mm与?339.725 mm双层套管,并在锻铣井段内注防气窜水泥塞,通过负压测试等证实了可以利用水泥塞实现对气源层的有效封隔。现场应用表明,环空带压井弃井作业中运用多层套管锻铣注水泥塞技术能够彻底解决射孔挤注难以处理的环空带压问题。