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。     

高含硫高产气井环空带压安全评价研究

针对部分油气井环空带压的现状, 调研了国内外油气井环空带压的大小及分布, 发现大约有 ５ ０ ％环空带压是发生在生产套管和油管间的环空。为此, 研究了造成环空带压的原因, 认为作业施加的环空压力, 受温度、 压力变化使环空和流体膨胀引起的环空压力以及由于油气从地层经水泥封固井段和环空液柱向上窜流引起的环空压力, 是造成环空带压的主要原因。借鉴国际上知名油公司环空带压安全评价方法, 建立了高含硫高产气井环空允许最大带压值的计算方法, 结合某高产气井的实际井身结构（ 完钻井深为 ５２ ０ ０ｍ , 产层压力为 ７ ２ ． ８ＭＰ ａ ）井下管串组合、 实测的环空带压值, 对比计算了允许的环空带压值, 并评价了该井的安全状况, 评价结果表明, 虽然该井出现较高的环空带压情况, 但还可以正常开采。所建立的高含硫高产气井环空允许最大带压值的计算方法, 为高含硫高产气井环空带压安全评价奠定了基础。     

元坝高含硫气井环空起压诊断评价方法及应用

气井生产过程中,环空带压现象逐渐增多,特别是含硫化氢气井,已成为影响安全生产的潜在风险,
文章针对元坝高含硫气井特点,参照ＡＰＩ．ＲＰ９０及Ｂ－Ｂｔｅｓｔ,提出了开井初期环空起压快速诊断流程及放压漏点判
断流程,建立了套压增量预测图版,提出了在５０～７０×１０^４ｍ^３／ｄ的产量下,环空压力上涨在１５～２０ＭＰａ的规律;并
对ＡＰＩ．ＲＰ９０计算最大环空允许压力方法进行了修正,建立了多因素影响下的最大环空允许压力计算方法及五步
环空日常维护管理方法,现场应用验证了该方法可确保高含硫气井的长期安全生产。     

油气井环空允许带压值的计算方法探讨

油气井尤其是高温高压油气井的环空带压问题逐渐引起重视,需要开展系统性、较为准确的环空允许带压值的计算。通过耦合油管和套管自身强度因素、管材腐蚀因素、井筒温度因素、地层特征因素等,提出了确定油气井环空允许带压值范围的计算方法,计算值包括最大允许环空带压值、最小允许环空压力值,且均为动态值。利用该方法对西部某气田X井进行了环空压力值计算和预测。该井在投产初期A环空带压安全允许值范围为13.51 ~46.98 MPa,最大值比API RP90标准推荐方法计算出的值高达20%。预测结果表明,该井在井口油压和井底流压下降、套管腐蚀加重后,A环空允许带压最大值也逐渐下降。该方法可以实现油气井环空压力静态、动态计算和分析,对油气井环空压力的静态、动态管理具有一定的指导意义。     

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。     

南海深水高温高压气井最大环空压力允许值计算方法

深水高温高压气井普遍存在环空带压现象,而深水井通常采用水下井口,使得B、C环空无法进行泄压操作,导致深水高温高压气井在生产过程中存在安全风险。同时,现有的环空带压计算模型并未考虑腐蚀和温度对井下管柱强度的衰减作用,得到的环空带压计算值偏高,无法指导现场生产。因此,针对深水高温高压气井环空带压问题,基于深水环空带压管理推荐做法及深水井特殊情况,综合考虑地层压力衰减、产量调整、高温及腐蚀等因素对管柱强度的影响,分析环空各组件承压等级及管柱强度在深水高温高压气井实际生产过程中随服役年限的变化情况,建立了深水井高温高压气井最大环空压力允许值计算方法,同时基于最大环空压力允许值得到了环空压力管控图版,并开展了实例计算。计算结果表明：深水高温高压条件下,受地层高温影响,在早期生产过程中,最大环空压力允许值主要受生产套管强度影响,到后期生产过程中,由于地层压力衰减,封隔器上下压差增大,最大环空压力允许值主要受封隔器承压等级影响,随服役年限的延长,当环空压力出现异常时,应当通过环空泄压操作保持环空压力在最大环空压力允许值区间内,保证气井安全生产。本文研究成果可为深水高温高压气井环空带压管理方案制定提供...     

深水油气井环空圈闭压力研究

深水油气井受限于水下井口,其密闭环空没有释放压力的通路,从而形成附加圈闭压力,威胁井筒安全,因此,对油气井测试和生产过程中套管环空圈闭压力的研究至关重要。基于深水井井身结构和井筒传热过程,通过计算深水钻完井套管环空温度分布,建立了套管环空压力的预测模型,提出了利用牛顿下山法求解环空压力的方法,并利用现场实例对模型进行了验证。分析结果表明:7口井套管环空温度和压力的预测值与监测值非常接近,其最大相对误差均在10%以内,精度满足工程要求,表明所建模型计算结果符合现场实际情况。所得结论可为深水油气井环空圈闭压力的计算提供理论指导。     

南海流花超大位移井井身结构设计方法

超大位移井井身结构复杂,为合理设计其井身结构,从垂直井井身结构设计的压力平衡原理出发,针对大斜度井段垂深变化小且裸眼井段很长、大斜度裸眼井段最容易在测深最大处被压裂的特点,通过计算钻井液的当量循环密度,研究了超大位移井大斜度裸眼井段的地层压力、破裂压力和环空压耗之间的关系,得出套管最大下深及允许最大环空压耗的计算公式。研究结果表明,在一定的地质条件下,超大位移井井身结构设计的重要可控因素是环空压耗。采用文中推导的公式分析一个超大位移井井身结构设计及当量循环密度监控的案例,验证了该公式的正确性,为大位移井的井身结构设计提供了理论依据。     

深水油气井非稳态测试环空压力预测模型

为了解决深水油气井测试时各环空压力上升而破坏井筒完整性的问题,针对气井测试的短期非稳态过程,建立了井筒非稳态传热模型;然后,根据流体等压膨胀系数、等温压缩系数与密度的函数关系,建立考虑流体性质非线性变化的环空压力预测模型;在此基础上,以南海西部某深水高温高压气井为例,采用所建立的模型预测了不同测试制度下的环空温度与压力,根据最小安全系数对井筒管柱强度进行校核,进而确定井筒各环空最大允许压力,并且绘制出不同测试制度下的安全诊断图版。研究结果表明：①环空温度随着测试产量和测试时间的增加而升高,但井口和井底的温度差减小,在同一测试产量和测试时间下,环空2温度始终高于环空3,并且环空之间的温度差较大;②环空2、3的压力随着测试产量和测试时间的增加而升高,但上升的趋势变缓,并且在同一测试产量和测试时间条件下,环空2的压力大于环空3;③若不考虑流体性质非线性变化的影响,将会低估环空压力值,并且随着测试产量和测试时间增加,相对误差会继续增大;④随着测试产量和时间的增加,环空2的压力值会率先超过环空最大允许压力,因而在深水高温高压井测试作业中应重点关注不同测试制度下环空2的压力变化情况。结论认为,基于所绘制的诊断图版,可以方便、快捷地判断深水气井测试制度的设计是否合理,最大限度地保证测试过程中的井筒完整性。     

35MPa环空放气阀设计及试验

环空放气阀是油气井中控制油管和套管环空通道的主要工具.研制了一种新型环空放气阀,密封面为球面金属密封.通过理论计算、有限元分析、室内试验,对环空放气阀进行设计分析和验证.结果表明,内部/外部压力产生的轴向力始终使金属密封面压紧,且内部/外部压力越大,密封面的压紧力越大;在额定工作压力35 MPa条件下,最大应力为193...     

压力容器最大允许工作压力的探讨

本文阐述了最大允许工作压力在国内外标准中的定义,说明了最大允许工作压力在压力容器设计中的作用。列举了计算最大允许工作压力的两种方法,并通过举例说明了两种不同计算方法的区别及应用。     

深水油气井全生命周期环空圈闭压力预测模型

准确预测环空圈闭压力对维持油气井井筒完整性、延长油气井生命周期具有十分重要的意义.基于P VT状态方程,结合井筒瞬态传热模型与环空体积计算模型,建立了耦合环空体积-温度变化的深水油气井全生命周期环空圈闭压力预测模型.模型计算结果与试验数据的误差约为6.6％.实例井计算结果表明:环空圈闭压力与环空流体压缩系数、地温梯度及...     

幂律流体偏心环空流动中的波动压力修正模型

在石油钻井过程中,井眼环空中的流动多为幂律流体偏心环空流动.Burkhardt公式仅适用于同心环空流动,用来计算偏心环空流动中的波动压力时存在较大误差.通过CFD数值计算,分析了环空比和偏心度对幂律流体偏心环空中波动压力的影响.结果表明:在大环空比的情况下,波动压力随偏心度增大而减小;在小环空比时波动压力随着偏心度增大而出现先增大后减小的趋势.建立了Burkhardt公式中的常系数和泥浆粘附系数与环空比和偏心度之间的函数关系,从而扩展了Burkhardt公式的适用范围,使之可以计算幂律流体偏心环空紊流流动的波动压力.将扩展型Burkhardt公式的计算结果与文献中的数据进行了对比,误差＜9％.     

偏心环空中牛顿流体稳态波动压力近似解

波动压力的大小与环空见何形状密切相关。在建立同心环空波动压力的精确模式基础上,求解了偏心环空稳态波动压力的近似解。利用多元参数回归的方法,建立了求解偏心环空波动压力的经验模式。计算结果表明:随钻柱与井眼间偏心度增大,波动压力减小。全偏心情况下的波动压力大约只有同心情况下的一半。     

套管放气油井环空多相流动计算方法研究

为了研究套管放气油井环空多相流的流动形式,以泰勒气泡在粘滞流体中的上升流速作为主要依据,建立不同原油粘度下套管环空放气流动的截面含气体积分数计算模型和压降计算模型。模型适用于泡状流和段塞流,不适用于过渡流、环空流和雾状流。据计算模型编制了套管放气井环空流动计算软件,用该计算软件计算输出环空压力分布,将计算得到的参考点压力与实测的参考点压力对比40井次。结果表明,建立的计算模型正确、可靠,可为套管环空放气工艺提供多相流计算手段,也可为套管环空压降计算、压力估算和沉没度估算提供依据。     

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。研究结果表明:井底温度能够大大提高环空圈闭压力,且油套环空距离油管最近,受到的影响最大;井底压力对油套环空圈闭压力影响较小,因为它不会直接改变环空的温压分布;气体的存在会大大降低油套环空圈闭压力,如果在气液共存状态下,油套环空仍存在较高的持续圈闭压力,则说明井筒完整性破坏,有窜流进入环空,现场作业时须采取注入气体的方式缓解环空圈闭压力。所得结果有助于提前预测井筒完整性状况并采取必要措施。     

深水油气井开采过程环空压力预测与分析

深水油气井投入生产后受到地层高温流体的影响,井筒内温度场会重新分布引起环空压力上升,威胁油气井管柱的安全服役和井筒完整性。为确保深水油气井井身结构和管柱强度符合长期安全稳产的要求,建立了基于能量守恒定律和多层圆筒壁传热原理的深水油气井井筒温度分布计算模型,根据深水油气井井身结构复杂、环空层次多的特点,遵照体积相容性原则提出了计算环空压力的迭代方法,实现了对井筒内温度分布和环空压力的预测与分析。利用温度预测模型和压力计算方法对相关影响因素进行了分析。结果表明:环空温度、压力的上升主要集中在油气井投入生产的初期,随生产时间的增加变化逐渐变缓;产量较低时,井口产出流体的温度与环空温度、压力随产量的上升迅速增加,当产量到达一定数值以后井口产出流体的温度与环空温度、压力趋于稳定;环空温度和压力随着地温梯度的增加线性上升。     

高温高压小间隙固井摩擦阻力的分析计算

以南海西部油田一口高温高压井为例,研究了温度、压力对水泥浆流变参数及密度的影响,计算了环空摩阻、静液柱压力以及井底有效压力等参数,并与常规的固井计算进行比较。认为小间隙、高温高压井在注水泥过程中,环空摩阻大,注水泥时井底压力高,在不压裂地层的条件下,有可能导致顶替效率不高。为此,提出分段计算方法来解决该问题。     

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。     

偏心环空中幂律流体轴向层流压降的计算

根据非牛顿流体力学原理,本文首先求得同心环空中幂律流体轴向层流压降精确解,在此基础上,引进当量间距的概念,提出偏心环空中轴向层流压降的计算方法。此外,文中还就固井工程和环空携屑计算中偏心环空极值速度问题进行了探讨,得到偏心环空中幂律流体轴向层流的最大和最小速度精确解。