榆林南地下储气库注采井完井管柱的优化设计

地下储气库注采井与常规气田开发井运行工况存在着很大差异,要求具有采气和注气双重功能,能够实时监测井下动态,在长期(30~50a)频繁剧烈的注采气和压差变化下能够确保井筒的密封性和安全性。为此,针对鄂尔多斯盆地榆林南地下储气库注采井气量大、周期性强注强采的特点以及高安全性能、长使用寿命等的特殊要求,应用节点分析方法对天然气的流入、流出注采过程、不同尺寸油管注采能力等进行了分析,并结合冲蚀流量和临界携液流量等的计算结果,最终确定了Ⅰ类注采井(小于等于200×104 m3/d)采用139.7mm油管,Ⅱ类注采井(小于等于80×104 m3/d)采用114.3mm油管。通过管柱结构优化设计,注采井采用井下悬挂压力计测压完井管柱,从上至下完井工具包括"上流动短节+井下液控安全阀+下流动短节+循环滑套+永久式封隔器+磨铣延伸筒+堵塞坐落短节+带孔管+悬挂坐落短节"等。现场2个注采周期运行试验结果表明,完井管柱能够满足地下储气库生产运行要求,其设计方法可供同类储气库注采井完井设计时参考。     

华北储气库注采气井管柱优选研究

随着华北油田储气库群建设工作逐步展开,对注采井管柱优选是储气库安全运行的重要保证。通过对气藏注采方案下不同管径的注采能力、携液和冲蚀情况进行分析,优选出注采井管柱管径;同时,通过对比直井注/采过程油管的受力计算,和对丝扣连接强度校核\,抗内压强度和抗外挤强度校核,并考虑到温度和压力的作用,计算出管柱受力情况,进而优选出管柱级别。基于该方法优选的储气库注采管柱在储气库注采井得到采用,效果良好。     

新型强注强采完井管柱的研究与试验

地下储气库短期调峰所需注采气量过高,存在冲蚀风险,导致常规气井完井管柱难以满足储气库高气量、强注强采要求,并且注采交变应力周期变化致使多数储气库井套管带压,难以保证储气库长寿命安全注采。为此,设计了新型强注强采完井管柱及配套工具。根据不同缩径尺寸对管柱冲蚀的影响,优化井下安全阀上、下两端冲蚀流动短节内径,应用可移除封隔器配合预应力完井可以减小交变应力对封隔器上、下端卡瓦的影响。利用PIPESIM和WELLCAT等软件模拟注采气、坐封和套管试压等不同工况下封隔器的受力,管柱收缩长度及管柱整体强度,为优化工具尺寸及补偿预应力提供了理论与数据支持。新型强注强采完井管柱已在现场成功试验11井次,作业成功率100%,注气阶段各功能正常,说明注采气完井管柱设计合理,能够满足储气库强注强采及安全控制要求。     

辽河油田双6储气库单井采气能力评价

辽河油田双6储气库是中国最大的气顶油环边底水储气库,没有先例可以借鉴。注采井采气能力是储气库应急调峰的关键,以X井为例,建立了适合双6储气库的注采井采气能力评价方法。通过室内岩心出砂实验,确定储集层出砂临界生产压差;通过采气系统试井,建立注采井二项式产能方程;将储集层出砂临界生产压差代入注采井二项式产能方程,得到储集层能承受的采气能力;依据对不同尺寸注采管柱冲蚀流量的评价,对采气能力进行约束。综合评价结果表明,X井储集层可承受的采气速度上限可达到282×10~4m~3/d,但受到冲蚀流量的约束,采气速度上限被限制在122×10~4m~3/d.     

地下储气库油管轴向变形安全评价研究

地下储气库在天然气供需关系中发挥着季节调峰,平衡管网压力和战略储备的重要作用。周期性地循环注采和强注强采工况是储气库现行的工作环境。由于压力、温度、气量的不断变化,储气库注采气井管柱受高压气体,循环交变载荷,冲蚀等多种因素影响,存在气井管柱失效风险。所以开展对管柱受力、变形分析研究,计算管柱在不同工况下安全系数,制定合理生产范围,对储气库安全、平稳、经济、高效的运行有重要意义。以地下储气库直井为例,管柱在轴向上受到"温度、胡克、活塞、鼓胀、螺旋弯曲"五种效应共同作用,通过Well Cat软件,计算管柱在不同工况下五种效应产生的轴向变形量以及管柱的抗拉、抗挤、抗内压安全系数。通过研究表明,受封隔器制约,五种效应综合形变为零,安全系数大于设计要求。     

砂岩储气库注采井完井工艺技术

砂岩储气库注采井必须满足安全和强注强采的要求,注采井射孔工艺推荐高孔密、深穿透以及油管传输一次负压射孔。注采井管柱采用永久封隔器或可取封隔器防止井流物对上部套管和井下安全系统的腐蚀,并采用气密封丝扣。注采井管材选择应考虑储存气体含腐蚀介质的情况,管柱尺寸应考虑最大采气量下的气体冲蚀和满足携带液体的能力,井口应耐高压和腐蚀,并装配井下安全阀。以我国已建成的第一座储气库——大张坨储气库为例,总结了砂岩储气库的完井工艺,可为后续储气库的完井设计提供借鉴。     

连续油管动态监测技术在相国寺储气库中的应用

储气库注采井注采能力是储气库工程设计中的关键参数,决定了储气库的最大应急调节能力,对已完钻的注采井开展准确的注采能力评价就显得尤为重要。针对相国寺储气库注采井大井斜角、长水平段、复杂注采管柱结构和强注强采等特点,开展动态监测技术适应性分析,优化连续油管动态监测工具及施工方案,并进行了2口注采井在高注气量条件下的连续油管动态测试现场施工作业,获取了动态监测数据。对现场施工工艺、配套工具及监测数据评价分析表明,连续油管动态监测技术可满足储气库注采井动态监测施工要求,录取的的数据真实可靠,能为注采井最大调峰能力的确定和注采井的调整提供充分的依据,对类似储气库注采井动态监测工作具有借鉴意义。     

朝阳沟油田储气库注采井油管尺寸优选

以朝阳沟油田储气库中储层备件中等的井为例,运用节点分析方法,考虑气井产能、压降损失、携液及抗冲蚀能力等因素,优选出合理的油管管径．研究结果表明：注采能力随着油管直径和井口压力增大而增大;压力损失随着注采气量的增大而增大,但随着油管内径的增大而减小;油管的抗,中蚀能力随内径和井口流压的增大而增大。储气库注采井选用3．5 mm油管较为合理,可同时避免冲蚀和井底积液产生。     

CO2注采井油管柱服役安全状态评价方法

针对CO₂注采井油管柱因腐蚀失效而频繁更换的问题,研究了适用于CO₂注采井井筒环境的CO₂腐蚀速率预测模型及管柱力学分析方法,分析讨论了CO₂注采井工况、产出液含水率等因素随时间的变化对CO₂注采井油管柱腐蚀速率及承受载荷的影响,结合管柱腐蚀剩余强度计算方法,建立了CO₂注采井油管柱服役安全状态评价方法,并进行了实例计算和比较。结果表明,针对CO₂注采井油管柱腐蚀预测,DW-95模型有较好的适用性,生产阶段为CO₂注采井腐蚀发生主要阶段及安全状态评价的主要对象;管柱安全服役时间与其腐蚀速率及承受载荷呈负相关,且管柱抗压安全服役时间为管柱最小安全服役时间,是安全状态评价的主要依据,以此为标准可确定管柱更换周期,优化CO₂注采井吞吐周期,指导现场安全生产。     

气密封检测技术在储气库井应用研究

国内油气田天然气井随着天然气开采出现大量环空带压现象,造成严重安全隐患,据资料统计环空带压现象90%左右由螺纹泄漏引起[1]。特殊扣油套管受到螺纹类型、加工误差、材质选择、运输磕碰、不规范操作、密封脂的选择等方面的影响,都可能导致螺纹出现气体泄漏[2]。在金坛盐穴储气库已投产注采井运行过程中,已经有4口井出现环空带压,给储气库的安全运行带来一定的安全隐患。利用气密封检测技术对金坛储气库注采完井管柱螺纹进行密封检测,有效剔除泄漏管柱入井,避免因螺纹泄漏引发环空带压。目前该技术在金坛储气库4口井注采完井作业中成功应用,为储气库的长期注采运行提供了安全保障。     

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。     

大张坨储气库井油套管腐蚀规律分析

为了检测评价大张坨地下储气库注采井的技术状况及油套管实际腐蚀情况,利用多层管柱电磁探伤技术,对注采井油套管进行了探伤检测,分别获得油套管壁厚数据,并对油套管剩余壁厚、腐蚀速率进行了进一步的统计分析。研究结果表明,油套管腐蚀速率与注采井设计前的室内实验、生产过程的挂片监测试验数据相比有较大差异;油套管实际腐蚀量随井深增加而增加,环空保护液、水泥环界面附近及井口段腐蚀量显著增加。建议在储气库注采井油套管设计时,盈余量应显著大于常规油气井,特别是井口200 m段及下部位置。储气库注采井应在完成建井或注采井服役5 a内进行油套管基准壁厚的检测。     

油管柱在套管中的屈曲行为试验研究

油管柱在套管中的屈曲行为对油气生产有重要影响。依据相似理论,采用1:10的比例尺以缩小的油管、套管模型进行了3组试验,安装分别为:①油管和套管上下同心; ②油管上部偏心2.5 mm; ③油管上下都朝同一个方向偏心2.5 mm。每次试验时都在油管的一端连续施加轴向载荷,测试油管另一端的轴向载荷。分析不同条件下摩擦力的变化,研究结果表明:管柱受压屈曲会导致摩擦力增大; 管柱相对套管的偏心对轴向力的分布影响很小; 证明了管柱力学分析理论中轴向力计算时油管与套管同心的假设是合理的。     

一种ZC型堵水注水管柱支撑扶正器

为了延长丢手堵水和斜井注水等管柱的工作寿命,研究了一种ZC型堵水注水管柱支撑扶正器。该工具由坐卡、支撑扶正、锁紧、解卡等部分组成,油管内憋压推动活塞和锥体上行,锥开强力蛇行弓簧片,依靠强力蛇行弓簧片与套管之间的摩擦力扶正和支撑井下管柱;上提管柱解卡,操作简单方便,既不会伤害套管,也不会卡死在套管内,安全可靠。现场应用100多井次,成功率100%,有效地延长了丢手堵水管柱和斜井注水管柱的工作寿命,取得显著经济效益。     

速度管柱在长北山2气田的应用及效果分析

长北气田山2气藏属于弹性驱动的岩性气藏,地层含水,无外来能量补给,随着开采时间的延长,地层压力和产量逐渐下降,部分井出现积液,需要提前采取方法排液,避免气井水淹。因研究区结垢、腐蚀和偏磨较轻,选择了安装速度管柱进行排水实验。本文运用了气体携液临界流速结合产量和压力曲线判断气井是否积液和评价速度管柱排液采气措施的效果．利用不同油管尺寸下的产量与井口压力关系模拟曲线、模拟采收率数据结合井身结构和油管串结构优选出了合理尺寸的速度管柱,用速度管柱重力悬空时最大载荷80％的安全系数来设计其下入极限深度,用一体式封隔悬挂器把速度管柱悬挂在油管内壁。由于速度管柱尺寸、下入深度和悬挂位置及悬挂器选择合理,排水效果明显,证明速度管柱是长北气田山2气藏排水的理想工艺之一。     

高压气井套管回接固井预应力技术

针对套管回接固井质量不好,未能将尾管重叠段已经存在或潜在的窜流通道堵死,致使气井生产时井口带压的问题,回接固井作业时采取了很多技术措施,但都没有从根本上解决回接固井质量问题。为此,通过增加回接管柱管内外静液柱压差、井口憋回压方式,在固井施工过程中通过液柱压强转换为作用在回接套管本体上的预应力,在水泥浆凝固时该应力就迫使套管贴紧水泥石,防止水泥浆凝固时管柱和水泥环微环隙的形成,提高固井质量。几口试验井的测井结果表明：所采取的固井技术措施行之有效,能够保证套管回接的固井质量。     

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。     

下倾型页岩气水平井连续油管排水采气工艺

页岩气井水平段采用?139.7 mm套管完井,受地层构造影响,部分气井B、A靶点垂深差大,呈现下倾型特征,水平段携液能力差,随地层能量衰竭,积液易堆积在油管鞋以下水平段,造成气井水淹,采用气举、柱塞、泡排等工艺难以复产。在原有生产管柱内,优选更小尺寸的连续油管下至水平段,增大气体流速,提高气井携液能力,同时可实现小直径管+气举+泡排复合排水采气,排出水平段积液。研究表明,?50.8 mm连续油管适用于水气比小于 1.5 m3/104 m3气井,?38.1 mm连续油管适用于水气比小于1 m3/104 m3的气井。现场应用表明,下倾型水平段积液气井下入连续油管至水平段中部后,油套压变化稳定,气井连续携液气量降低,井筒内气液分布均匀,滑脱损失降低。连续油管排水采气工艺能够有效解决下倾型页岩气水平段积液问题,实现页岩气井低产阶段连续稳定生产。