基于积分原理的气井油套环空泄漏面积和泄漏速率计算方法研究

随着气井完整性理念的逐步推广,尤其是高温、高压、含酸气气井非常重视气井完整性管理与评价。环空泄漏速率是判断气井完整性是否失效最核心的参数。国外设备可测量环空泄漏速率,但高温、高压、含酸气气井现场作业风险高,成本高,如何安全有效地确定气井环空泄漏面积和泄漏速率是目前面临的难题。根据平衡原理,得出环空泄漏点位置,借鉴输气管道小孔泄漏模型,基于积分方法,确定环空泄漏面积,进而得出环空泄漏速率计算公式,可得出任意时刻环空泄漏速率。基于积分原理的气井油套环空泄漏速率计算方法在塔里木油田DN2气田现场吻合较好。     

生产管柱泄漏气井油套环空起压模式对比

生产管柱泄漏是诱发气井油套环空(以下简称环空)带压的主要原因之一.为了弄清典型环空起压模式的特征和风险,文中建立了基于气体PVT性质和体积相容性原则的环空压力计算模型.研究结果表明:因浅层生产管柱泄漏,气井环空压力呈现出上升速度快、上升周期长和压力高的特点;泄漏点孔径的增加将导致泄漏速率和压力上升速度大幅增加,大孔浅层泄漏具有压力高、速度快、气体体积大的特点,风险最高,而小孔深层泄漏风险最低;同一深度泄漏点,无因次环空压力上升周期与无因次泄漏点孔径呈幂函数关系,可用于快速判断泄漏程度;根据最大允许环空压力、关井状态下的生产管柱内及环空压力分布,可确定泄漏深度阈值,防止在该深度以浅发生泄漏,从而避免环空压力超过最大允许值.     

储气库井油套环空注保护液和氮气柱对比

为了有效解决地下储气库注采过程中管柱内外压力变化给管柱安全性带来的问题,针对地下储气库气井管柱注采过程中温度、压力的波动特征,采用热力学与传热学理论,根据环空注满保护液与环空注入一段氮气柱2种情况分别建立了储气库管柱内外压力平衡模型,分析计算了2种模型的管柱内外压力及变化差异,重点研究了环空注氮气柱的最佳长度,绘制了氮气柱长度与封隔器下入深度最佳组合图版。研究结果表明:相同条件下环空注氮气可将注采过程中环空压力减少50%~90%,最佳氮气柱长度为封隔器下深的1/20~1/15;氮气柱长度越长,环空压力值越低;油管流体温度、油管内压力的敏感性分析表明,温度对环空压力变化影响较大;油套环空里注入合理的氮气柱长度可以防止储气库井管柱破坏和封隔器失效。     

深层气井油套环空泄漏点关键参数地面诊断技术

深层气井开发过程中存在油管柱泄漏失效导致的油套环空异常带压现象,易造成气体泄漏、井口顶升和管柱损坏等事故,威胁井筒安全。与传统井下测井方法相比,采用地面诊断技术可快速判断油管泄漏程度,精准定位井下泄漏点,避免生产管柱扰动,实现对井筒潜在风险的“早发现,早识别”。首先根据压力平衡原理建立泄漏点深度求解模型,其次采用小孔模型描述气体泄漏过程,构建基于环空体积相容性原则的气体聚集增压模型,应用控制变量法对环空带压敏感性因素进行定量分析,并根据泄漏点深度和当量尺寸差异,结合环空泄压恢复测试曲线特征,将油套环空起压规律划分为4类典型模式。以案例井参数为例,油管柱泄漏失效条件下引发的油套环空带压按物理过程划分为管柱小孔泄漏、气液两相运移和气穴聚集增压3个阶段,随着时间推移,油套环空压力和气体体积逐步上升,泄漏速率逐渐降低,直至泄漏点内外侧压力平衡时趋于稳定,其中“浅部大孔、高压快升”的起压模型风险等级最高;经过反演计算,案例井油套环空压力值26.1 MPa,泄漏点当量尺寸2.1 mm,最大泄漏速率0.20 m3/min,井筒安全风险相对较高,建议采用机械修补、化学堵剂等方式进行密封堵漏。     

高压压裂油套环空井压降计算

应用达西公式、伯努利方程等建立了数学模型,进行压降计算的数值模拟;编写了压降计算程序,实现软件编程模拟,并针对63.5mm(2英寸)油管和76.3mm(3英寸)油管进行压降分析。结果表明:随着管径的增大,流速增大,沿程水头损失与局部水头损失均显著增加,最终导致压降增大;此压降若超过运行条件允许的范围,会造成压裂施工停止、油井停产、管道停输等严重事故,影响正常生产,因此对流体在环空管道中的流动阻力以及压降进行准确的计算至关重要。     

超深井伸缩管启动瞬间油套环空压力变化分析

超深井作业过程常因将井下管柱伸缩管启动瞬间引起的环空压力骤变误判为管柱泄漏而中断施工,影响作业进度和措施效果。针对这一问题,基于伸缩管作用原理,在伸缩管启动瞬间状态变化分析的基础上,结合PVT状态方程,综合考虑伸缩管体积变化、管柱变形、环空流体体积变化和环空压力耦合影响,建立了伸缩管启动瞬间环空压力瞬变预测模型。经某酸压测试作业的超深井环空压力瞬变值预测和影响因素研究表明：预测值与实测值相对误差仅1.4%,满足现场生产要求;环空流体压缩性和伸缩管体积变化是影响环空压力瞬变的主要因素,油套管弹性模量影响较小。分析结果可为现场施工人员提供指导,避免因伸缩管启动过程的环空压力骤变而引起误判。     

高温高压井油套环空早期圈闭压力研究

高温高压井生产初期,油套环空中由完井液热膨胀引起的环空圈闭压力会降低管柱、井口及封隔器的可靠性.为此,基于密闭空间能量传递理论、状态方程和弹塑性理论,建立了热膨胀影响下油套环空压力分布计算模型,分析了井底温度、井底压力、坐封深度及产量对油套环空圈闭压力的影响,并研究了气液共存状态下油套环空圈闭压力的变化规律.研究结果表...     

带接箍水平油套环空流场特性模拟与试验

环空压耗的准确预测在深井、超深井钻完井中具有重要意义。环空流场特性研究是环空流动压耗预测的理论基础。为了揭示带接箍水平油套环空的流场特性及其影响规律,建立了不同结构的带接箍水平油套环空流动模型,采用Realizable k-ε湍流模型进行了流场的数值模拟,并开展了基于粒子图像测速技术(PIV)的流场可视化试验。对比分析了缩扩比和排量对环空流场流线分布、速度分布、压耗以及涡量分布的影响,得到了带接箍水平油套环空的流场特性及其影响规律,初步探索了压耗产生与涡旋之间的关系。搭建了可视化的带接箍水平油套环空流场测试试验装置,验证了数值模拟的准确性。研究结果表明：带接箍水平油套环空流场在突缩入口处、后向台阶处出现回流区;缩扩比、排量主要影响了后向台阶处的流场特性,对前向台阶处的流场特性影响较小;随着缩扩比的增大,环空流场的回流区范围减小,压耗减小,涡量值减小;随着排量的增加,环空流场的回流区范围增大,压耗增大,涡量值增大。研究结果可为变截面环空流场研究提供参考,为环空压耗预测提供理论基础。     

油套环空放空防止气井井筒生成水合物技术

基于气液两相流沿气井油管上升流动过程中质量和动量守恒及井筒传热机理,建立了压力和温度梯度耦合模型,并采用四阶龙格 库塔法数值求解。该模型中考虑了流体的焦耳 汤姆逊效应及环空介质和地层热物性沿井深的变化,分析了大牛地低渗低产D2-56气井环空介质换热系数和井筒总传热系数与套压的关系。计算结果表明：若井下安装封隔器,并将油套环空放空,可显著降低井筒总传热能力和油管内流体的热损失,提高油管内流体温度,可防止水合物在油管中生成。对于产量较高的气井,降低油套环空压力对防止水合物生成更具有实用性。     

含腐蚀介质的高压油气井完井工艺技术

含腐蚀介质的高压油气井的生产对井下管柱及井口采油装置性能要求很高,处理不当,将导致严重事故。采用高气密性、耐腐蚀的油管井下工具进行完井,将使高压油气井的免修期大大延长,安全性大大增强。本文介绍了一种塔里木盆地北部某高压气井的完井工艺技术方法。由于采用了该方法,使得气井的免修期由过去的一年提高到三年以上,降低了井的维护费用,大大提高了气井的生产时效和安全性。     

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。     

Calculation analysis of sustained casing pressure in gas wells

Sustained casing pressure (SCP) in gas wells brings a serious threat to worker safety and environmental protection. According to geological conditions, wellbore structure and cement data of gas wells in the Sichuan-Chongqing region, China, the position, time, environmental condition and the value of SCP have been analyzed. On this basis, the shape of the pressure bleed-down plot and pressure buildup plot were diagnosed and the mechanism of SCP has been clarified. Based on generalized annular Darcy percolation theory and gas-liquid two-phase fluid dynamics theory, a coupled mathematical model of gas migration in a cemented annulus with a mud column above the cement has been developed. The volume of gas migrated in the annulus and the value of SCP changing with time in a gas well in Sichuan have been calculated by this model. Calculation results coincided well with the actual field data, which provide some reference for the following security evaluation and solution measures of SCP.     

盐穴储气库井注采外环空带压问题探讨

盐穴储气库在注气排卤阶段和生产运行阶段,由于管柱本身或工艺方面原因,注采管柱外环空有时会出现带压现象,该问题若处理不善有导致安全生产事故发生的可能。本文针对环空带压这一问题进行了简要分析,并阐述了一种环空泄漏速率的计算思路,最后结合现场工艺提出了关于环空带压问题的处理方法与防治措施,为环空带压问题的最终解决提供了一定的参考与借鉴。     

渤海油田高温高压井套管优化设计

在海洋钻井作业过程中,套管强度对于钻完井作业安全及作业成本具有重要意义.文中介绍了高温对套管材料屈服强度、弹性模量及热膨胀系数的影响,建立了温度影响下的套管强度计算方法.以渤海油田探井BZ21-2-1井为例,对该井在不同深度的套管温度进行了预测.地质油藏部门预测BZ21-2-1并的井底温度将超过160℃.以此为基础,计...     

高压气井二项式产能方程

在高压气藏产能试井中,用常规的二项式方程分析产能常常得出错误的结果.通过引进m次非达西流方程,建立m次二项式产能方程.通过实例分析证明,建立的方程能有效地应用到高压气藏产能试井中,从而为气井的产能测试和产能预测提供了方法指导,使气藏生产方案的编制变得更为合理.     

Analysis of gas well late-time pressure and rate data

This work presents new methods for estimating average pressure, reservoir pore volume (initial gas in place) and drainage area from pressure and rate data obtained at a gas well during boundary-dominated flow. The methods, which utilize a combination of a material balance equation and approximations for the wellbore pseudopressure or flow rate obtained during boundary-dominated flow, represent an improvement over previous methods in that the new methods are direct procedures which do not require iteration.     

凝析气井井简压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足.为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、Hagedorn&Brown、Orkiszewski、Gray、Mukherjee&Brill、Hasan&Kabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力.井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和Hagedorn&Brown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5～5 m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大.该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义.     

凝析气井井筒压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足。为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、HagedornBrown、Orkiszewski、Gray、MukherjeeBrill、HasanKabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力。井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和HagedornBrown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5~5m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大。该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义。     

高压气井环空压力管理图版设计与应用

环空带压是国内外气田普遍存在的气井完整性管理技术难题,科学的环空压力管理能够有效缓解环空带压问题的恶化,保证油气井的长期完整性。但目前国际上应用广泛的几种环空压力管理技术均无法满足中国石油塔里木油田公司(以下简称塔里木油田)超深层高压气井的管理要求,急需一套适合于该公司超深层高压气井的环空压力管理技术。为此,基于国内外现有的气井环空压力管理技术,综合考虑超深层高压气井A环空对应所有井屏障部件在不同生产和关井工况下的安全性,创新了一套A环空最大允许压力曲线和A环空最小预留压力曲线的计算方法 ;同时,兼顾安全性和可操作,通过进一步优化B、C、D环空最大允许压力计算的考虑因素和安全系数取值,提出了一套B、C、D环空最大允许压力计算新方法 ;进而设计完成了一套高压气井环空压力管理标准化图版。该项技术已在该公司所有高压气井进行了推广应用,有效地支撑了塔里木油田超深层高压气井的安全高效开发。