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。     

海洋凝析气井关井井筒温度与压力的计算

凝析气井关井井筒温度分布模型属于非稳态传热问题,在压力恢复关井测试中,井筒温度分布对井底压力起着重要影响。考虑流体相变和海水段传热的影响,建立了海洋凝析气井井筒气体瞬变流动的非稳态传热温度、压力耦合的数学模型,采用解析解和数值解相结合的求解方法,实际计算时先将井筒分为若干微元段,求出该段温度,然后通过非稳态传热温度、压力耦合的分布模型再计算得到该段压力,再依次计算下一微元段的温度和压力,直到计算到井底。通过对海上某气田实例气井关井过程温度、压力分布的计算,结果表明所建立的模型能有效地对压力恢复测试过程中气井井口压力进行校正。     

考虑地层非稳态传热的井筒流体温度预测简化模型

井筒流体温度分布是进行油气井测试分析、生产优化设计及工况分析的重要基础,然而严格的温度 预测理论模型因过于复杂且依赖于部分无法准确给定的数据而难以应用。基于前人的研究,建立了考虑 地层非稳态传热的井筒流体温度预测简化模型,该模型可避免因难以计算总传热系数而无法确定井筒流 体温度的问题。实例表明,考虑地层非稳态传热的井筒流体温度预测模型能较好地预测不同生产时间井 筒流体温度的变化以及井筒流体温度达到稳定时所需的时间。     

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。     

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...     

深水钻井井筒全瞬态传热特征

深水钻井作业期间的井筒温度是深水钻井设计和安全钻井的重要基础数据。基于深水钻井液循环时井筒与地层和海水的传热机理,建立了全瞬态深水钻井液循环温度计算模型,模型与Holmes实验井实测温度吻合程度较高。利用一口深水模拟井数据,分析了水深、水温、隔水管保温层等因素对钻井液循环温度的影响。研究表明,深水井筒温度随井深变化幅度小,一般不超过30℃;水深相差500 m时,一般会使井底温度相差约5℃,但基本不影响钻井液出口温度;隔水管保温层对井筒温度影响大,而季节变化对深水钻井液的循环温度基本没有影响。     

深水钻井隔水管增压管线对井筒温度的影响

深水钻井中,井筒和地层温度分布对流体性质和压力控制具有重要的影响,为了研究其影响情况,考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动,基于质量和能量守恒原理,建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模型,并分析了增压管线排量和入口温度对井筒温度场的影响规律。研究结果表明:增压管线排量和入口温度仅对海水段的环空温度影响较大,且随着排量和入口温度的升高,海水段环空温度随之增加;随着距井口距离的减小,增压管线排量对环空温度的影响逐渐增大,而入口温度对环空温度的影响逐渐减小;由于钻柱和环空内流体流动方向相反,增压管线排量和入口温度对整个钻柱内流体温度的影响较大,且随着排量和入口温度的升高,钻柱内流体温度随之升高。研究结果可为深水钻井过程中井筒温度场的预测提供理论参考。     

海上油井井口温度计算方法探讨

渤海地区油田早期研究阶段井口温度预测结果与实测结果相对误差在1 5%～25%.利用PIPESIM软件,针对地层段、海水段和空气段分别建立模型,分析了海水段和空气段高度、总传热系数,以及海水、空气温度对井筒温降的影响;在此基础上,基于热力学、传热学理论,推导出了考虑海水和空气影响的井筒温降表达式,讨论了丛式井对井筒温度的影响.实例计算分析表明,本文方法计算结果与实测结果的相对误差值平均为7.7%.     

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在气井的日常管理及气井设计、动态分析中,井筒压力、温度分布是两个重要的参数。文章克服了以往文献在压力、温度计算上的不足,综合考虑了压力、温度之间的相互影响,建立了气井井筒压力、温度耦合分析模型。该模型包括压力计算模型和温度计算模型,在压力计算模型中考虑了动能变化的影响,在建立温度分布模型时,假设井筒中的传热为稳态传热,井筒周围地层中的传热为非稳态传热,并考虑了摩擦生热对井筒温度分布的影响。在求解压力、温度分布之前,先将井筒分成若干段,然后求出相应段的物性参数。然而这些参数又是压力、温度的函数,而此时压力和温度却又是计算中需要求的未知数,由此可见压力和温度之间相互耦合,需采用迭代法求解,给出了进行迭代运算时计算温度初始值的方法。最后用四川气田６ 口井的实测数据进行了验证,算例表明本模型计算方法简单,使用十分方便,且具有较高的精度,用于生产井及测试井井筒压力、温度分布的分析与计算,能够满足工程要求。     

海洋深水井钻井过程中井筒温度的变化规律

海洋深水油气井钻井过程中,现有的井筒循环温度场计算模型虽然综合考虑了钻井液在循环过程中诸如海水对流换热、隔水管及钻井液、地层导热等多种因素对井筒温度的影响,但却忽略了钻进导致的温度差异,与实际情况不符。为了给深水钻井的钻井液密度设计、井壁稳定性分析等相关工作提供更加准确可靠的依据,在不钻进只循环钻井液过程的温度模型求解温度场的基础上,对补充钻进工况的计算模型应用有限差分法和高斯迭代法进行求解,进而通过节点更新的算法,分析了不同机械钻速的钻进过程对深水钻井井筒温度纵向变化规律的影响。研究结果表明:①同一深度,不同机械钻速下全井温度场的计算结果有明显差异,1 000 m水深的井底随钻温度差异接近10℃;②钻进过程的循环温度场对时间的敏感性远高于机械钻速,与不考虑机械钻速的井筒温度场相比,考虑机械钻速情况下的井筒温度场呈整体增大的变化规律。结论认为,利用该方法可以更好地分析海洋深水钻井过程中井壁稳定性和管柱工况等实际问题,其结果更加符合生产实际。     

深水压井井筒瞬态传热及复杂流动行为研究

在深水压井循环期间,随着压井液的循环,井筒瞬态温度场不断变化,导致环空多相流动行为变化复杂,进而影响压井过程中的井筒压力分布.为快速准确地预测深水压井过程中不同循环时间和压井排量下的井筒瞬态温度分布,基于能量守恒原理,综合考虑压井液、钻杆、环空、地层、海水以及隔水管之间的热传递,建立了深水压井过程中井筒瞬态温度场解析模...     

模拟深水井筒中流速对传热影响的实验研究

为研究深水低温环境下油气开发过程中井筒内的传热规律,提高深水低温环境井筒内温度的计算精度,以深水油气流动模拟实验系统中的低温冷却传热实验装置为平台,进行了模拟深水低温环境下的冷却传热实验和气液两相流传热实验。根据对流传热准则方程,数据回归得到深水低温情况下的模拟井筒内对流传热关系式。实验结果表明,在模拟深水低温环境下,流体管内对流传热系数主要受流速的影响,且层流时流速对传热的影响更明显;气液两相流时,不同流型管内对流传热系数不同的根本原因是各流型流动结构不同,液体流速是影响传热的主要因素。     

Numerical Simulation on Deepwater Drilling Wellbore Temperature and Pressure Distribution

Abstract

Considering the effect of temperature and pressure on the characteristics of drilling fluid, a coupled model of deepwater drilling wellbore temperature and pressure was established. By numerical simulation, the wellbore temperature and pressure distribution were obtained. Studies have shown that minimum temperature appears in the position slightly upward of the mud line, and maximum temperature appears in the position slightly upward of the bottom hole. Maximum equivalent circulation density (ECD) appears in the shallow layer. In order to accurately predict wellbore temperature and pressure, the effect of temperature and pressure on mud should be coupled; moreover, the variation of convection heat transfer coefficient should be considered.     

深水钻井增压管线开启判别及参数优化研究

深水钻井过程中钻井液从套管环空返至隔水管段时,由于隔水管段环空尺寸突然增大,钻井液流速降低,携岩效率下降,从而导致钻井事故的产生,而深水区域目的层压力窗口非常小,难以通过增大海上平台钻井泵排量的方法来提高隔水管段携岩效率.鉴于此,基于井筒流动与传热理论,考虑钻井液流变性随温度变化特性,提出了深水钻井增压管线开启判别方法...     

深水钻井气体沿井筒上升的膨胀规律

深水钻井井筒温度场与陆地钻井井筒温度场不同,而气体沿井筒上升的膨胀规律与温度密切相关,为了更好地进行深水钻井井控,需要求出深水钻井井筒温度场,并在此基础上分析深水钻井过程中气体沿井筒上升的膨胀规律。根据能量守恒定律和真实气体状态方程建立了深水钻井井筒温度场和气体膨胀计算模型,并利用所建立的模型分析了深水钻井时气体沿井筒上升的膨胀规律:气侵发生在井底时,循环期间的气体膨胀明显大于非循环期间的气体膨胀,井深越深两种工况的差别越明显;无论是循环期间还是非循环期间,钻井液密度越小,气体膨胀越明显;气侵发生在隔水管底部时,非循环期间的气体膨胀大于循环期间的气体膨胀,与气侵发生在井底情况相反;气侵速度一定,溢流到达某井深时,非循环期间的溢流体积比循环期间的大。     

深水超深井钻井井筒温度剖面预测

在深水海域进行超深井钻井时,钻井液温度变化幅度较大,温度剖面的准确预测对于深水超深井的安全钻进至关重要。为了准确预测深水超深井钻井温度剖面,为深水超深井钻井设计提供借鉴,通过能量守恒原理建立了钻井温度剖面的计算模型,考虑不同井段的传热方式不同,将井身结构分为海水段、套管段、裸眼段进行分析,并通过数值法求解。通过实例计算对影响温度剖面的因素进行了分析。结果表明,钻井液循环300 min后,钻井液温度剖面趋于稳定;钻井液在整个循环过程中,温度差可达150 ℃;排量对井壁温度的影响较小,对井底钻井液温度的影响较大,且排量越大,井底温度越高;由于目的层较深,入口温度对于井底温度的影响较小。研究结果可为我国深水超深井安全钻井提供参考。     

海上非凝结气与过热蒸汽混注井筒传热特征研究

为了优化海上稠油油藏"非凝结气与过热蒸汽"（简称为"混合汽/气"）混注过程中的注汽参数,根据质量、能量和动量守恒方程,建立了井筒内非等温流动数学模型,结合海水中传热模型、地层内瞬态导热模型,建立了完整的海上稠油油藏注混合汽/气井筒传热模型,利用有限差分法和迭代法计算得到井筒内的压力和温度分布。研究结果表明:海水流动能明显增加井筒热损失,降低混合汽/气的温度;随着非凝结气含量增加,混合汽/气的温度和过热度均下降;随着注汽压力增加,过热度不断下降。海上稠油油藏注混合汽/气井筒传热模型为优选注汽参数和分析海水对井筒热损失的影响提供了理论依据。      

深水天然气井水合物预测研究

为了抑制深水天然气井生产测试时生成水合物,针对深水环境海底高压低温特性,研究水合物生成与井筒压力、温度分布和含液量的关系,通过井筒分段方式建立井筒温度分布预测模型,考虑冷凝水和凝析油的影响,建立含液天然气井井筒压力分布模型.实例计算表明,低产气量、低井口压力状态生产测试时和开关井过程中,靠近海床的井筒及以上部分温度下降显著,有利于水合物生成.理论计算和实测值吻合较好,说明建立的模型和理论计算结果能很好地指导实际生产.