海洋柔性管气体渗透机理及其防护措施的研究进展

柔性管在海洋油气领域发挥着重要的作用。高分子材料由于自身的分子结构特点而具有气体渗透的特性,因此柔性管内部输送的气体有可能渗透进入环空,环空中渗透气体的大量聚集有可能通过力学和腐蚀作用而影响环空内部各层的性能,进而引起管道失效。为此,介绍了国外关于气体渗透行为在渗透机理、影响气体渗透测试结果的因素、使用计算模型对环空环境预测以及气体渗透防护措施等方面的最新研究进展。国外学者的研究结果表明:①柔性管的气体渗透行为符合聚合物的气体渗透机理;②使用小型测试仪器测定气体在柔性管内压密封层材料内的渗透数据时,应当在与实际工况相同的条件下进行试验;③基于小型测试获得的渗透数据,采用渗透模型预测柔性管的环空环境是可行的;④大型和现场测试结果显示,模型预测的环空环境同实测值有着很好的一致性。目前国内海洋柔性管的设计和制造尚处于起步阶段,上述研究成果和认识对于保障我国海洋柔性管的可靠性具有重要意义。     

环空条件下输气软管内的气体渗透机理

输气软管有着非固定管线的优势被大量用于海上天然气的输送，是海上油气高效开发的重要设备之一，但由于天然气中小分子组分在压力作用下溶解到软管高分子内衬层中，会进一步扩散到软管环空层中，在环空条件将影响气体的渗透行为，会导致环空憋压并产生酸性环境威胁软管结构和使用寿命。为此，采用物理模拟与数值模拟结合的方法，研究了温度、压力、金属遮挡和泄压等条件下研究了环空输气管内部气体扩散过程，并分析了对气体渗透的影响。研究结果表明：(1)环空中的金属抗压层与高分子材料贴合，对气体的渗透起到了遮挡作用；(2)理论模型中利用第3类边界条件引入遮挡系数表征其遮挡作用，为理论计算的简化处理起到积极作用；(3)环空中的温度和压力影响水组分的相态变化，当环空中水组分的气体密度达到临界值，会出现液化水，液化水的出现为环空酸性条件提供了物质基础；(4)环空压力是影响渗透速度的另一个主要因素，对于新管，环空中压力上升的变化率随环空压力先增加后降低，对于输气过程中的软管，环空泄压后，其压力上升的变化率初始较大，随环空压力升高而降低。结论认为，实验和模拟过程得出的结论，可为输气软管环空状态计算与预测提供技术参考，也为输气软管...     

国产海底软管在海上油气田的应用

海底软管对我国海洋油气资源的开发具有重大意义,但海底软管设计和制造技术比钢管复杂,外国公司垄断了世界海底软管产品,导致软管产品价格高,供货周期长,售后服务难。这种现状很难满足我国迅速发展的海洋油气资源开发的需求。鉴于此,基于海底软管的应用现状,探讨了非粘结性柔性软管的结构和设计流程,结合海底软管的国产化研究和应用情况,阐述了海底软管在设计、制造和施工过程中需要考虑的关键技术。研究内容有助于促进海底软管国产化的研究进程。     

海洋非黏结柔性软管金属层失效机制研究进展

整合API RP 17B规范提出的海洋非黏结柔性软管9种常见失效模式,对国内外柔性软管金属层6种常见失效模式的研究进展进行较为详细的综述,并针对目前柔性软管金属层失效机制研究中存在的问题和短板,指出未来海洋柔性软管失效模式研究的下一步建议,为海洋柔性软管结构设计和完整性管理奠定基础。     

柔性自应力水泥固井技术研究及应用

深层油气层开发涉及井下漏失、窄安全密度窗口、高温大温差等诸多难题,由此引发固井后期“环空带压”问题。为保证井筒完整性,防止油气水窜,研究应用柔性自应力水泥,在柔性防窜剂和加筋增韧剂共同作用下水泥石微膨胀,变形能力提高,减少微间隙出现概率。加筋增韧剂的拉筋搭桥传递应力和阻裂作用提高了水泥石的抗拉和抗冲击性能,提高了水泥环在苛刻的后续作业条件下的密封性（胶结性能改善）。实验和应用效果表明：柔性自应力水泥石具有柔性微膨胀、高韧性、高形变、低渗透的特点,在防止气窜及防止套管试压后环空带压方面性能优异,对后期固井质量有很好地保障。     

超声波成像法在多层环空井下漏点检测技术中的应用

目前,高温高压含硫气井在生产过程中环空带压现象普遍,井完整性面临巨大挑战.井筒泄漏是气井环空带压的主要原因,准确判断井筒泄漏途径及原因、找到泄漏点位置是科学制定环空带压治理措施的关键.介绍超声波成像井下漏点检测技术的基本原理,并在某高温高压含硫气井中开展多层环空带压井下漏点检测现场试验.结果表明,该井A、B环空均存在泄漏点,产层气通过油管丝扣进入A环空、并通过套管丝扣进入B环空,导致该井持续环空带压.采用超声波成像井下漏点检测技术能够在不动管柱的情况下,精准确定气体泄漏途径及原因,可为气井下步治理方案及制定相应的控制措施提供依据,具有良好的推广应用前景.     

海洋柔性立管疲劳寿命分析与研究

本文介绍了海洋柔性管结构特点以及柔性立管基本布置与环空测试;对柔性立管基本参数、基础数据进行了详细的分析;对立管局部进行建模,提出了柔性立管疲劳寿命分析研究的方法,并对其疲劳寿命进行计算,给出了疲劳寿命分析结果和运维建议。     

检测水泥环密封性的光纤传感技术试验研究

水泥环密封失效将导致地下流体窜槽和井口环空带压,影响油气井产能和生产作业安全,光纤传感系统能够通过检测水泥环中不必要的油气确认水泥环密封性是否失效。为了推动检测水泥环密封性的光纤传感技术的发展,介绍了DTSS数据采集装置的工作原理,设计了光纤校准试验装置,测试了电缆淹没在不同测试液中的应变值,分析了电缆对各种液体的敏感性。分析结果表明:光纤传感技术采用分布式温度和应变传感(DTSS)数据采集装置,以及最新设计的能够检测水泥环中油气的光纤传感电缆实现了水泥环密封性的实时、原位、连续和非破坏性监测,节约了成本,降低了风险。所得结果为光纤传感系统的进一步研究和现场应用奠定了基础。     

柔性软管敷设过程及安装计算分析

柔性软管有水平敷设方式和垂直敷设方式,2种敷设方式均可划分为4个敷设过程。介绍软管具体敷设过程及特点,论述软管安装计算分析理论。针对工程项目实例,依据软管敷设过程,进行柔性软管安装计算分析,确定软管敷设工作所需关键参数。研究工作可对柔性软管在海洋石油工程上的应用提供参考。     

深水油气井筒环空注氮控压机理

通过深水井筒环空圈闭压力影响因素分析,结合环空圈闭介质温度、压力特性室内模拟实验,提出环空注氮气控制圈闭压力的方法。受深水井身结构及水下井口系统限制,技术套管和生产套管固井后存在较长的自由段套管环空,由水基、合成基或油基钻井液充填,油气测试、生产过程中,套管环空圈闭液体受井筒流体影响温度显著升高,圈闭液体受热膨胀出现圈闭压力。实验表明:圈闭流体热膨胀系数和等温压缩系数是环空圈闭压力关键影响因素,圈闭压力对圈闭介质类型(液、气)敏感度差异极大;向套管圈闭环空注入5%~20%体积分数的氮气,可以有效控制圈闭压力。现场实践表明:环空注入氮气的圈闭压力控制方法操作方便、可靠性高,能保证深水油气测试、生产过程井筒安全。     

海上油气田CO_2/H_2S腐蚀控制

根据中国海洋石油南海西部各油气田的实际情况,结合水质特点分析了采油平台、输油管道、水处理系统和生产管汇腐蚀的原因以及影响因素。阐述了海上油气田腐蚀机理,提出了海上油气田开采的防腐蚀措施。     

集输管道的腐蚀检测与完整性管理实践

集输管道的输送介质成分复杂,多种腐蚀机理并存,集输管网的腐蚀完整性管理一直困扰着企业管理者,制约着油气田企业完整性管理水平整体提高。西南油气田借助于先进的清管检测技术,对集输管道的腐蚀缺陷的检测、识别和管理形成了系统思路,在集输管道的腐蚀缺陷的完整性管理方面做了一些有益的探索。对于在役运营集输管道,在清管现场检测工作中检测出的缺陷及时进行高质量的修复;加大对集输管道阴极保护的检测,管道不宜长期处于＂欠保护＂或＂过保护＂状态运行;加强巡检,及时发现管道泄漏,杜绝事故发生。对于待建拟建新集输管道,强化防腐概念,在工程设计阶段就将腐蚀防护工作一并考虑;强化安全环保意识,注重防腐技术的应用效果。     

高温高压高含硫气井固井水泥环封隔能力评价技术

随着中海油海上及海外复杂油气田大力开发,高温高压高含硫井开采数量不断增多,固井水泥环封隔性能失效引起的环空带压或酸性气体泄漏问题,已经成为制约高温高压高含硫气田安全作业和生产的瓶颈。从分析固井水泥环封隔能力影响因素、失效机理等方面出发,总结了高温高压高含硫固井水泥环封隔能力失效的主要原因,分析认为在高温高压高含硫条件下水泥石力学性能和结构变化是影响水泥环封隔能力的重要因素之一;结合高温高压高含硫井特点,设计了固井水泥环封隔能力评价思路,建立了固井水泥环层间封隔能力评价方法,提出了改善水泥环长期封隔能力的技术措施,为提高高温高压高含硫固井水泥环密封完整特性和延长油气井生产寿命,提供了新的工程技术发展方向与解决途径。     

海底管道完整性管理技术

海底管道是海上油气田的生命线,其运行状况直接关系到海上油气输送的安全。论述了完整性管理技术与海底管道安全的逻辑关系;建立了海底管道完整性管理的体系框架;阐述了海底管道完整性管理的6个环节和5个层次内容;提出国内海底管道完整性管理的研究重点。明确了开展海底管道完整性管理工作的实施路径,为我国海底管道完整性管理提供参考。     

长距离油、气、水混输管道内壁流动腐蚀的研究进展

就近几十年来，多相流管线的流动腐蚀（CO2腐蚀，H2S腐蚀，腐蚀/冲蚀协同作用），腐蚀/冲蚀数学模型和设计准则，腐蚀检测，腐蚀防护与控制技术等方面的研究进展进行了综述。指出了当前研究中所存在的一些问题，就多相流的研究方向提出了相应的建议。     

海底管道损伤悬跨段磁记忆检测研究

海底管道是保障海上油气田持续开发的重要运输手段,海底管道在生产运行过程中容易受到腐蚀及外力作用产生缺陷而导致失效,因此定期对海底管道进行内检测是保障管道安全运行的必然需求。鉴于此,对试验管道损伤部位进行了力磁耦合仿真,仿真结果显示在管道的受力部位产生了磁场强度的变化。又以磁记忆检测技术为基础并结合已有的管道漏磁内检测技术,研制开发了海底管道内检测器,同时开展了海底管道悬跨段损伤磁记忆现场检测试验研究。试验结果表明:管道磁场强度整体呈现两端高、中间低的规律,并且在损伤部位磁场信号产生畸变;依托磁记忆检测技术研制的海底管道内检测器能有效检测出海底悬跨管道损伤段,伴随着管道损伤程度增加,检测信号梯度值显著增大。研究成果为磁记忆检测技术应用于海底管道损伤检测提供了技术支撑。     

考虑气体溶解效应的持续套管压力预测与分析

水泥环失效是导致持续套管压力的重要原因之一,严重威胁油气井的安全生产。基于气体渗流方程,利用水泥环综合渗透率表征水泥环失效程度,建立了考虑气体溶解的持续环空压力预测模型,通过与现场实测数据的对比表明模型具有较高的预测精度。考虑气体溶解可准确预测进入环空的气体泄漏量,溶解效应对于压力早期建立过程具有重要影响,随着溶解度的增加预测误差增大,适当增加压力测试数据有利于减小预测误差。利用建立的模型对陵水气田进行了持续套管压力预测,结果表明,随着水泥环综合渗透率的增加,持续套管环空压力上升速度明显加快,环空流体密度减小会导致持续最大环空压力升高,预置环空体积可以延缓环空压力的上升。从工程角度,保证气井整个服役期水泥环的完整性和考虑钻井液沉降的影响对于环空压力管理具有重要意义。     

高含硫气田腐蚀特征及腐蚀控制技术

我国高含硫气藏H₂S、CO₂含量高,还伴随有大量的气田水,开发过程中腐蚀问题非常突出。为此,分析了高含硫气田的腐蚀特征,展示了该类气田开发在材料选择与评价、缓蚀剂防腐技术、腐蚀监测与检测技术等方面的进展：①提出了镍基合金评价方法、双金属复合管及其焊缝抗环境应力开裂试验方法和耐蚀性能评价程序、缓蚀剂筛选评价程序;②研发的专利缓蚀剂CT2- 4水溶性环空保护液体系能实现对套管内壁和油管外壁的有效保护,CT2-19缓蚀剂、地面管线清管器预膜技术和缓蚀剂连续加注技术较好地控制了湿气密闭输送系统内的腐蚀;③FSM、氢探针技术、电化学噪声技术等腐蚀监测新技术在研究点蚀、缝隙腐蚀和氢致开裂等方面具有独特的优势。最后提出在高含硫气田开发设计时,就应全面引入腐蚀控制设计和腐蚀监测体系,从腐蚀控制技术的集成与优化入手,形成高含硫气田整体防腐方案,建立数字化腐蚀数据管理系统和数据库,全面跟踪评价缓蚀剂效果,从而实现腐蚀控制的整体设计和完整性管理。     

基于自适应模糊神经网络的管道剩余强度评价

油气长输管道的腐蚀剩余强度评价一直是管道完整性管理的重要内容,国外对腐蚀管道的剩余强度评价取得了很大的成就。也建立了比较成熟的油气管道腐蚀评价规范。但由于油气管道腐蚀的机理复杂,腐蚀的分类很难详细界定,各种腐蚀评价标准对不同使用年限、不同等级钢材管道有其各自适应性,利用神经网络的“黑箱”原理、在不能详细了解管道腐蚀原理、不能对腐蚀进行分类的情况下,根据收集的爆破实验数据对神经网络进行模拟,通过学习好的神经网络对管道腐蚀剩余强度进行评价,与RsTRENG软件的计算结果进行了比较,取得了较好的效果。