深水下套管激动压力控制工具研制与应用

深水井具有地层破裂压力低作业压力窗口窄的特点,与常规井相比下套管作业产生的激动压力更容
易压裂地层发生漏失。为了缓解下套管过程中激动压力的影响,降低下套管期间井漏的风险,自主设计了激动压
力控制工具。该工具连接在套管挂送入工具与送入管柱之间,当激动压力大于０．３１ＭＰａ时活动套向上运行,工具
本体旁通机构打开,压力可通过旁通孔释放;工具带破裂盘的阀板可以通过正循环向下打开;当反循环压力达到
５.１７ＭＰａ时阀板破裂盘击穿过流面积增大;当正向压力大于１５．１７ＭＰａ时工具销钉剪切,旁通孔处于永久关位。
功能试验及现场测试结果表明,该工具满足设计及加工要求,可降低深水井下套过程中激动压力过高引起井漏的
风险,对提高下套管速度、作业安全性和作业时效具有应用价值。     

深水套管环空圈闭压力计算及控制技术分析

针对深水井测试及生产过程中套管环空圈闭压力增加导致套管挤毁和破坏的问题,建立了环空圈闭压力计算模型,利用平面应变问题的基本方程和拉梅方程对环空圈闭段套管应力、应变和位移进行了求解,分析了油藏与海底温度、流体性质与生产流速、井身结构与套管材质以及固井水泥返高等因素对环空圈闭压力的影响。在此基础上,对目前国际上采取的环空圈闭压力控制技术进行了分析,认为安装破裂盘和使用可压缩泡沫材料这2种技术方案可有效控制深水套管环空圈闭压力,确保深水油气开发井筒完整性和作业安全性。     

油田生产装置泄压计算

通过泄压计算的设计原则、基本原理以及所使用的各种公式，介绍油田生产装置的整体泄压分析和计算。对ＡＰＩ公式以及ＨＹＳＩＭ公式进行分析研究，对如何选用ＨＹＳＩＭ中的３种操作模型计算泄压进行了探讨。着重介绍在使用ＨＹＳＩＭ软件进行泄压计算时数据的选取、内部公式的选用、计算结果的调试以及输出结果的打印各步骤的详细过程。最后以火灾情况为例说明泄压过程的实际计算方法和步骤，得到１５ｍｉｎ内Ｐ＆Ｔ和泄放速率随时间变化的结果。     

支撑式泄油装置的研制与应用

针对采油作业过程中油水对地面的污染和资源浪费等问题,研制了支撑式泄油装置。该装置主要由外滑管、支撑小筛管、内滑管、卡瓦牙套、啮合齿、限位销钉等组成,可与各类抽油泵固定阀连接。该装置连接在生产管柱抽油泵固定阀下面,不影响抽油泵的正常生产和抽油泵效率,具有使用可靠、结构简单、可重复使用等优点。现场应用表明,作业泄油成功率达100%,较好地解决了稠油开采过程中生产管柱的泄油难题,每年可减少稠油作业洗井费100万元,减少作业过程中污染损失费50万元以上。     

化工过程安全泄压装置的概念设计

分析了普通弹簧直接载荷式安全阀、压力自紧先导式安全阀及双作用先导式安全阀的工作原理和由此带来的性能差异,简述了爆破片的类型和各自的主要特点。在此基础上,考虑到操作压力、操作温度、介质特性和经济效益等因素,提出了化工过程安全泄压装置的概念设计树,可使设计者有步骤地确定安全泄压装置。     

加氢裂化装置紧急泄压过程分析

以某加氢裂化装置设计数据为基础,应用SIMSCI的Dynsim搭建动态模型。运用该动态模型对装置2.1 MPa/min紧急泄压过程进行模拟计算,主要分析了泄放量及反应系统各关键点压力和温度的变化。计算结果表明:紧急泄压阀开启后第一分钟泄压2.1 MPa,随后泄压速率逐渐降低,300 s后冷高压分离器操作压力降至原操作压力的50%,1 500 s后压力降至0.7 MPa以下,泄压过程结束。从反应流出物和热高分气温度变化曲线可以看出,紧急泄压过程中各点温度较原操作温度均有较大幅度升高;从反应系统各点压力变化曲线可以看出,紧急泄压开始后,各点压力逐渐降低,各点间压差迅速减小,泄压60 s后各点间压差降至0.5 MPa以内。通过对装置2.1MPa/min紧急泄压过程的模拟计算和数据分析,明确了反应系统各关键点压力和温度的变化规律,加强对紧急泄压过程的认识,一方面为相关设备设计条件的确定和材质的选择提供设计依据,另一方面也为装置操作提供理论依据。     

可控型循环压井钻孔装置的研制与应用

要重新恢复不规则封堵的老井或长停井时,现场施工中需要一种配套设备对油井进行泄压、压井,然后安装井口装置。为此,研制了可控型循环压井钻孔装置。该钻孔装置用卡箍与套管固定,用简易手动泵推动活塞向钻头加压,在油井套管钻孔建立压井通道后,可对油井进行有控制的泄压、压井施工。现场应用结果表明,可控型循环压井钻孔装置是一套安全、可靠、实用的工具,具有耐压高、操作简便和井口压力可控的特点,设计强度满足高压井口的要求,成功解决了老井和长停井恢复问题。     

气井A环空压力恢复与泄压实验

国内外多个气田生产气井出现了不同程度的环空带压现象,尤以A环空最为严重,严重影响气井正常生产。针对气井A环空带压开展了压力恢复与泄压实验测试,分析了采气过程中不同初始气窜流量和气顶体积对稳定后的环空压力值及环空压力恢复时间的影响规律。研究结果表明,稳定后的环空压力值随气顶体积增加而增大,且环空压力恢复时间也随之增长;而初始气窜流量对稳定后的环空压力值影响甚微,但气窜流量的增加会减小环空压力恢复时间;泄压时长与泄压前的气体总量和环空压力有关,气体总量越大或环空压力越小,泄压时长越长。基于量纲分析理论,利用数学优化软件1stOpt（First Optimization）拟合了环空压力恢复时间与初始气窜流量、气顶高度、油管外径、液体密度等参数的经验公式,为实际气井A环空带压管理与控制提供参考。     

调节阀在石油化工装置紧急泄压中的应用

高压加氢装置反应系统的紧急泄压是确保装置安全的关键环节之一,泄放流速过大及不稳定,对沸腾床反应器带来诸多不利,通过调节阀连续开度调节实现按期望的泄放流速进行反应系统紧急泄压可以有效地解决这一问题.介绍调节阀在石油化工装置紧急泄压中的方法,比较了采用限流孔板和调节阀在紧急泄压应用中的不同考虑,列举泄压模式、调节阀的分程控制,分析了调节阀Cv值的选用及调节阔气路、电磁阀的设置,描述了大致的泄压程序.通过实际应用说明了调节阀在石油化工装置中的应用为一种有效的方式.     

用止回阀组成库内管线自泄压装置

在油库的作业中,当油罐进油或发油完毕关闭泵的进出口阀和罐的进出油总阀后,泵与罐之间管线的油便留在管内,形成一个密闭的储油管段。而在油库库区内,输油管线一般都敷设在地面,当太阳不断地照射在这段输油管上时,管中油品温度便不断升高,引起油品的体积膨胀,从而造成管内油品压力的急剧升高。严重时将会压裂管线或阀门。这种现象一般称为管路的胀裂。为了防止库区输油管线发生胀裂事故,一般是在油罐进出油管的总阀前设置一个立式膨胀管。它由一根很细的管线和一个阀门组成,上端从罐顶边缘处伸入到罐内。这根小细管称     

深水油气井温度压力计算

井筒温度分布是深水油气井开发和生产动态分析的必需参数。由于深水油气井裸露在海水中的井段较长,其传热规律不同于地层段,海水温度又随其深度呈非线性分布并随季节呈周期性变化,使得其温度计算较陆上和浅海油田更复杂。根据传热学基本理论和海水、地层段井筒传热特点,建立了深水油气井井筒温压耦合数学模型,采用龙格库塔法求解。该模型考虑了变化的环境温度梯度、井身结构、管斜角、不同环空传热介质等。实例计算结果表明,所建立的模型与实例数据吻合较好,可满足开发工程需要。     

高温高压井套管多环空压力体积耦合分析

生产过程中,高温高压井套管环空温度上升,加热密闭环空液体,导致套管外载增大,威胁套管的安全。鉴于此,考虑多个套管环空压力体积耦合效应,基于Lame厚壁筒公式,建立了内外压作用下套管径向位移方程,分析了不同温差下套管径向热膨胀、套管径向压缩、环空流体热膨胀和环空流体压缩引起的环空体积变化量;依据PVT状态方程,建立了多环空的压力体积耦合计算模型,分析了典型高温高压井B、C密闭环空的压力。计算结果表明,随着温度的升高,B环空受热膨胀,引起C环空体积减小、压力升高;环空温度每升高10℃,B环空的压力上升5.3 MPa,C环空的压力上升5.7 MPa,与试验测量数据4.9 MPa较接近;随着温度升高,C环空压力增幅明显大于B环空。研究结果可以为套管环空压力管理提供依据,确保生产过程中井筒完整性。     

海上油田多管分注井环空压力防护装置研制

随着油田开发对采油注水安全级别的提高,海上油田作业对井控提出了更高要求,需要在注水和采油通道增加安全阀来提高作业的安全性。针对海上油田多管分注井工况,设计了一种环空压力防护装置,通过地面试验,验证了此装置的开关及密封等相关性能和功能试验,表明设计的环空压力防护装置既满足了现场作业需求,又实现了井控目的,有利于海上油田的稳产。     

深水油气井环空带压预防弹性隔离液体系

深水油气开发过程中,套管圈闭环空内流体温度升高会引起环空带压的现象,严重时会挤毁或胀裂套管,给生产作业带来严重的安全隐患。为解决这一问题,室内研究了一套预防环空带压的弹性隔离液体系,并采用自制的"高温高压弹性流体评价仪"和"弹性材料往复压缩试验仪"对隔离液的性能进行评价。研发的弹性隔离液体系配方为:海水+0.4%悬浮剂HX+6%弹性剂+超细铁矿粉,密度在1.10~1.90 g/cm3内可调。评价结果表明:①该弹性隔离液体系具有高弹性、抗压缩性强的特点,弹性恢复率为100%;②在不同温度条件下能够稳定地保持弹性,缓解压力效果稳定;③与钻井液和水泥浆配伍性较好,不影响弹性隔离液和固井水泥浆施工作业。研发的弹性隔离液体系应用在深水油气井可以缓解和控制环空带压现象。      

变内压条件下膨胀水泥性能对井筒完整性的影响

以膨胀水泥作为研究对象,利用弹性力学理论,采用有限元方法研究了变内压条件下膨胀水泥性能对井筒完整性的影响。研究表明,合适的水泥膨胀率可以降低套管内的最大米塞斯（Mises）应力;水泥膨胀率越大,水泥环内最大Mises应力越大,最大周向应力越小;有套管内压时,膨胀水泥弹性模量越大,套管内最大Mises应力越小,水泥环内最大Mises应力越大;套管内压较小时,水泥弹性模量越大,水泥环内最大周向应力越小,套管内压较大时则与之相反;膨胀水泥泊松比对套管内最大Mises应力的影响较小,水泥泊松比越大,水泥环内最大Mises应力和最大周向应力越小。对于弹性地层和蠕变地层情况,膨胀水泥性能对井筒完整性的影响规律相似。变内压条件下,膨胀水泥性能对水泥环的挤压破坏和周向拉伸破坏影响较为显著,使用膨胀水泥时应根据实际情况优选膨胀水泥石的各项性能。      

深层油气井井筒完整性检测方法

为解决深层油气井井筒“完整性失效部位不唯一、失效形式多样化”、定位识别难度大的问题,基于现有检测方法,集成优化相关设备和工艺,形成了以“声波+电磁”特征为核心的深层油气井井筒完整性检测方法,能够准确定位并识别油管泄漏、丝扣渗漏、套管泄漏、套后水泥环窜流、液面下泄漏和多重泄漏。采用该方法检测了试验井的井筒完整性,成功确定了生产管柱两泄漏点的位置和泄漏类型。研究和现场试验结果表明,研究形成的检测方法可准确识别深油气井井筒完整性失效类型和确定失效位置,可为深层油气井建井、修井和井筒完整性管理提供技术支撑。      

环空压力控制阀的研究与应用

塔河油田部分区块为特稠、超稠油藏,大多采用掺稀降黏生产方式,在完井作业时需要考虑掺稀通道的问题。对稠油井中带有封隔器的完井生产管柱,通常下入掺稀滑套;常规滑套需要对管柱进行正加压打开循环通道,滑套内部存在明显的缩径机构,对酸压施工的泵压和排量有一定的限制;影响了储层改造的效果。环空压力控制阀不需投球,只需对环空进行加压即可打开阀孔,不会对酸压和生产造成影响,能够更好地满足现场施工的要求。     

深水救援井井眼轨道设计探讨

国内深水救援井井眼轨道设计既无标准可供参考,也无实际设计经验可供借鉴,为此,从救援井实施限定条件着手,制定了深水救援井井口位置选择图版和连通点（目标点）位置选择原则,对“J”形、平行接近连通形、直接连通形以及穿越（pass-by）形等4种救援井常用井眼轨道进行了对比分析,认为穿越（pass-by）形轨道在扩大探测范围和提高定位精度方面有很大的优势,因而将其作为深水救援井井眼轨道的首先,并将其划分为接近、测距定位、追踪跟随和连通4个阶段,研究了各阶段的切入角、井间距等关键设计要素,确定救援井井眼轨道最大井斜角小于60°,狗腿度不超过3°/30m,形成了深水救援井井眼轨道设计基本方法,并利用该方法对中国海油海外区块一口深水救援井的井眼轨道进行了设计。研究结果表明,研究形成的深水救援井井眼轨道设计基本方法可为国内深水救援井井眼轨道设计提供指导。      

煤层气井合理放气套压的确定及其应用

煤层气井提产阶段和稳产阶段需要确定合理放气套压,才能够获得稳定的气流补给。根据煤储层启动压力梯度、渗流理论和煤层气开发地质理论,构建了煤层气井憋压阶段套压变化的数学模型;利用沁水盆地大宁区块的煤层气勘探开发资料验证了该模型的准确性,并分析了放气套压差值对平均日产气量的影响规律。模型计算结果与现场数据吻合较好时,煤层气井的产气量较高;当计算出的放气套压与实际放气套压的差值小于等于0.15 MPa时,煤层气井稳产期的产气量能达到1 000 m3/d以上;大于0.15 MPa时,需要降低产气量来维持其稳定性。研究结果表明,日产气量随实际放气套压与计算值之间差值的增大呈幂函数减小,建立的煤层气井憋压阶段合理放气套压数学模型可为现场排采控制提供理论依据。