高温油气引发套管附加载荷预防模型

在高温油气井生产过程中，由高温引起的套管附加载荷对套管的安全系数要求较高，其中套管密闭环空中流体受热膨胀，对套管环空两侧表面会施加一个热膨胀压力。这种由于井筒周围温度升高而产生的热膨胀应力可达到套管的抗内压或抗外挤强度极限。因此，在高温油气井中必须采取有效的措施来预防这种附加载荷，而这方面研究在国内还比较少。为此，采用向套管环空中注入可压缩流体来降低环空压力，根据体积相容性原理，建立套管密闭环空热膨胀预防模型，并依据所建模型分析给定工况下热膨胀应力变化。研究结果表明：在密闭套管环空中注入一定量的可压缩液体，可有效地预防热膨胀应力。据此可提前采取措施来预防环空流体热膨胀所引起的套管损坏，从而保障高温油气井中的套管安全。     

深水泡沫套管静水压载特性与压力控制机理

深水油气井生产测试阶段受地层高温流体的影响，会产生套管环空圈闭压力上升现象，严重威胁油气井管柱服役周期和井筒完整性。采用泡沫套管技术能有效减缓环空压力上升，保护管柱结构不受损坏，是一项经济可行的控压措施。首先通过实验测试得到了不同温度和不同微珠质量含量下的复合泡沫材料体积压缩率随静水压力的变化规律，并根据Gibson模型中的多孔材料力学行为理论，分析了泡沫套管控压过程中线弹性变形、屈服破坏和致密化压缩3个阶段的力学行为特征。同时根据弹性力学和热应力理论，结合多层圆筒受热变形原理，遵照体积相容性原则推导出密闭环空内压力增量、体积增量与温度变化之间的函数关系。针对泡沫材料体积压缩量进行分段计算处理，利用实验数据线性回归得到泡沫材料线弹性阶段和致密化阶段的压缩系数，建立了涵盖热膨胀效应和致密化效应的泡沫体积压缩计算模型。结果表明：泡沫材料的启动压力会随着温度的升高而降低，空心玻璃微珠含量越高，泡沫材料体积压缩率越大；深水井多层套管环空内压力增量、体积增量与温度变化呈线性关系，环空体积增量越大，环空压力增量越小；泡沫材料在致密化压缩阶段比线弹性压缩阶段更能有效地控制环空压力上涨幅度，计算时不可忽略；当环空压力增量达到泡沫套管启动压力时，环空内压力大幅降低，套管体积变化量减小。     

深水井筒环空压力计算模型适应性评价

深水井筒在生产阶段受地层高温产出液的影响,温度场重新分布引起环空密闭空间的压力急剧上升,威胁井筒安全。为向深水油气井的井身设计和套管强度校核提供一定的依据,结合现场实例对基于状态方程和胡克定律计算模型和基于状态方程和温度压力耦合作用的迭代计算模型进行对比,对模型机理和影响计算结果的因素进行了分析。深水井筒中的环空流体介质复杂,井底高温及异常压力使得深水井筒中的环空中流体热膨胀系数和压缩系数对套管体积的影响难以利用胡克定律简化计算。结果表明,基于状态方程和温度压力耦合作用的迭代计算模型更适用于深水井筒的环空压力分析。     

迭代法计算油气井密闭环空压力

在充分考虑压力和体积耦合变化的基础上,建立了计算密闭环空压力的数学模型,并简要阐述了用迭代法计算环空压力的思路。以文献1中的实例为例,计算了环空温度变化所引起的环空压力增加值。计算表明,同文献1的结果比较,用迭代法计算的环空压力平均小大约10%。文章方法对高温高压井井身结构设计、套管强度设计有一定的指导作用。     

多封隔器密闭环空热膨胀力学计算方法及应用

环空温度压力变化对高温高产气井多封隔器管柱力学行为和安全可靠性的影响较大。为此,基于动量守恒定律、能量守恒定律及各层环空流体瞬态传热机理,建立了单层和多层环空的温度、压力场计算模型,分析全井筒环空温度和热膨胀压力的变化规律;针对多封隔器完井管柱,综合考虑密闭环空温度效应和体积变化效应,建立了多封隔器间密闭环空热膨胀压力计算模型,研究双封隔器间密闭环空的热膨胀压力变化规律;以南海西部某高温高产气井作为实例开展分析。结果表明:(1)环空温度效应和体积效应共同作用使全井筒A环空热膨胀压力最小,C环空热膨胀压力最大;(2)双封隔器间密闭环空热膨胀压力与环空温差基本上呈线性关系,温度效应引起的压力增量占主导作用,体积效应对压力增量的贡献率随环空温差的增大而增大;(3)确定实例井最大产气量为212×10~4 m~3/d,在产量为160×10~4 m~3/d时,双封隔器最大坐封间距为312 m。结论认为:在强度允许的前提下,选择内径较大的生产套管有利于降低密闭环空热膨胀压力。     

双封隔器间环空压力计算模型研究

双封隔器分层密封结构的密闭环空较高的环空压力,可能造成油管抗外挤强度及生产套管抗内压强度不足,严重时可能造成油套管柱失效或封隔器的密封失效,影响气井的正常生产作业.为此,基于流体介质的热膨胀效应,并考虑油管的弹性变形和热膨胀对环空体积的影响,建立了双封隔器间环空压力计算模型.利用建立的计算模型进行了算例分析并研究了流体...     

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。     

深水气井环空带压模型的建立与研究

为了研究深水气井作业生产井密闭环空压力变化规律,基于典型深水作业井井身结构,分析了密闭环空组成和特点;根据井筒压力传递特点,建立了非泄露下多套管密闭环空压力预测模型、环空气柱体积变化模型,以及泄露下环空带压数学模型;结合现场作业井进行了环空压力变化研究.研究结果表明:环空密闭压力的快速上升主要集中在生产初期,生产20h...     

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文章根据高温高压油气井测试过程中存在的安全隐患，探讨了高温、高压对套管安全性的影响，提出了高温高压井井身结构设计需要特别考虑的事项。通过分析与计算发现，测试期间套管受到的威胁最大，开井流动期间高温油气引起井筒温度全面上升，密闭的套管环空流体受热膨胀，对套管内外表面施加附加压力，这种压力可以达到套管的抗内压或外挤强度极限；井筒温度升高将大幅度增加套管向压力，甚至出现上顶井口现象；高压油气泄漏会使油层套管乃至整个井筒的安全性受到威胁。在对高温高压井进行井身结构设计时必须考虑测试期间存在的隐患，和能保证套管安全。     

深水探井转开发井全过程环空压力预测与干预研究

深水探井转开发井是降低深水油气开发成本的重要手段,全过程包括探井钻井、弃井闲置、完井重入、生产4个阶段,各阶段热量传递模式有所区别。建立针对性温度计算模型,精确预测探井转开发井全过程温度变化,为环空压力预测提供基础参数。计算环空A和环空B从弃井闲置到生产10年后的全过程环空压力,结果表明环空压力与温度呈非线性相关性,表现出温度对压力影响的延时性。使用压缩材料进行环空压力干预,根据设定的临界环空压力,反算环空膨胀体积,获得所需冗余体积,设计可压缩体积,在环空压力达到临界值时激活材料压缩变形,为环空提供一个冗余空间,有效降低环空压力。