一种快速计算溶解油气比的工程实用方法

天然气在原油中的溶解度是评价油气溶解性的重要参数之一,在工程上需查取图版而得到,结果不够准确、使用不太方便,不适于现场快速应用。为了便于在实际工程中快速准确地计算该参数,在雷萨特的模型上将美国石油协会相对密度与脱气原油摩尔质量的图版进行取点拟合成函数关系,结合原雷萨特关系式将其数学模型归纳推理得到一个新模型,只需要代入绝对压力、温度、脱气原油对水的相对密度以及天然气对空气的相对密度4个已知参数,通过计算机便可快速计算出溶解油气比。研究结果表明:①较之于雷萨特相关式,新模型简化了繁琐的迭代,不仅可以一步到位计算溶解油气比,而且还可以从公式中反映出各个参数是如何影响溶解油气比的;②油气比随着绝对压力的增大而增大、随着温度的增大而减小、随着脱气原油对水相对密度的增大先增大后减小、随着天然气对空气相对密度的增大而减小。结论认为,新模型可以快速、准确地计算出溶解油气比,其计算结果与原雷萨特模型符合度高;新方法提高了工程上计算溶解油气比的效率及准确性,可以推广使用。     

海洋非成岩天然气水合物原位快速制备实验及评价

我国的海洋天然气水合物（以下简称水合物）资源主要分布在沿海大陆架水深介于300～3 000 m的深水区，具有弱胶结、非成岩的特征，为了测试和研究该类型水合物必须原位、大量、快速制备样品，而目前常用的搅拌法、喷淋法、鼓泡法等制备技术却存在着生成速度慢、储气密度低等问题。为此，自主设计、研制了1 062 L非成岩水合物快速制备釜，针对我国南海非成岩水合物的物性特征，开展了搅拌法、鼓泡法、喷淋法单一制备方法及“三合一”法（上述3种方法相结合）水合物制备实验，测试了实验过程中温度、压力、电阻率及反应时间等数据，分析比较了几种不同制备方法的水合物生成情况与制备效率。实验结果表明：①搅拌法、鼓泡法、喷淋法制备水合物过程中，生成的水合物均缓慢增加并逐渐铺满整个液面；②搅拌法制备过程中可以观测到明显的诱导期，而喷淋法、鼓泡法及“三合一”法却无明显的诱导期；③单一制备方法及“三合一”法制备水合物过程中，电阻率均随反应时间的增加而增加，其变化趋势亦与水合物制备速率基本一致；④“三合一”法的制备周期明显短于单一制备方法（搅拌法、喷淋法、鼓泡法单一方法的制备时间分别约为“三合一”法的5.14倍、3.59倍、3.16倍）。结论认为，所研制的1 062 L水合物快速制备釜能够实现海洋非成岩水合物样品的原位、快速制备；较之于单一制备方法，“三合一”法大大提高了水合物的制备效率。     

碳达峰目标下中国深海天然气水合物开发战略

规模化开发海洋天然气水合物（以下简称水合物）是中国能源发展的重大战略之一。为明确碳达峰目标下中国深海水合物的开发战略,根据水合物相关论文、专利的聚类分析结果,将其开发技术划分为室内模拟测试、地质勘探、钻探取样、三气合采、环境风险监测5种技术类型,并系统研究了水合物的开发现状和深海水合物的开发方向。研究结果表明：(1)海洋水合物的开采技术具有意义重大和难度巨大的双重属性,在国家层面具有战略性和革命性特征,在技术层面则具有前沿性和竞争性特点;(2)中国海域水合物规模化开发仍面临储层热、流、力、空间、结构、多场时空演化不清,从储层、井筒到水下采油树、海底管道及下游工艺设施中气—液—砂—水合物四相复杂流动规律不清、水合物再生机制不明等理论与技术难题;(3)对于深水浅层水合物的开发,高精度探测技术、地球物理、地质及测井、钻探等立体化、综合探测技术是其未来主要发展方向;(4)水合物资源评价方法正在向精细化发展,水合物资源开发模式与试采工程趋向水合物和油气联合开发,新型合采技术和合采设备将是下一步研发的热点和前沿方向,并提出了中国深海水合物的开发路径及2020—2035年开发理论与技术路线图。结论认...     

钻井液液压作用下裂缝性定容封闭体地层压力的变化规律

裂缝性地层在钻进过程中经常出现漏喷同存的复杂情况,目前对其机理只能采用经验描述,缺乏基础理论研究和模型描述。为此,以伊朗雅达油气田大量现场实钻录井和测试资料为例,采用基于真实裂缝的液—液置换可视化实验装置对液—液定容置换行为进行了模拟实验和CFD单裂缝定容仿真验证,分析了钻井液密度、井口回压、裂缝宽度等参数对地层压力的影响规律。研究结果表明:(1)置换现象随钻井液密度的增大而变得更加明显且地层压力迅速下降,随着置换时间的推移,地层压力基本稳定;(2)地层压力随着回压升高而逐渐增大;(3)当高密度钻井液抵达缝板后,地层压力逐渐增加并达到最大值,随着置换的发生,地层压力重新建立起新的平衡;(4)裂缝越宽地层压力变化越大,置换形态越不易受裂缝面形态的影响,置换推进速度越大。结论认为,对于定容性油气藏地层压力与所用钻井液密度和回压呈正相关,现场宜采用封堵和井口控压结合的方式进行钻进,采用泄压法实施压井作业。     

固态流化采掘海洋天然气水合物藏的水平管段固相颗粒运移特征

为了弄清在固态流化采掘条件下,海洋非成岩天然气水合物(以下简称水合物)藏固相颗粒在水平管段内的运移规律,基于液固两相流模型,采用Fluent软件耦合EDEM软件模拟了在水平管段不同液相速度、不同粒径、不同丰度下的水合物固相颗粒运移特征,并采用大型固态流化采掘物理实验模拟工具对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:(1)单颗粒水合物在水平管段中的运移方式以跃移和蠕移为主,水合物颗粒群在水平管段中的运移方式受水合物丰度、液相速度、管径、水合物固相颗粒粒径影响较大;(2)当水合物丰度较低、颗粒粒径较大、液相流速较低时,固相颗粒运移方式主要以跃移、蠕移为主;(3)当水合物丰度较高、颗粒粒径较小、液相流速较大时,固相颗粒运移方式主要以悬移为主;(4)提高液相进口速度是提高水平管内净化效果的有效手段。结论认为:(1)选取破碎效果较好的二级破碎工具可以提高水平管段固相颗粒群的净化效果;(2)水合物固态流化开采水平管段内压力降主要受液相流速影响较大,在满足举升泵设备负荷前提下,应调整注入排量来达到合适的液相流速。     

钻遇多压力系统气层溢漏同存规律研究

钻遇多压力系统气层,多个不同地层压力系数的漏层、喷层常同存于一个裸眼中,钻进过程极易发生溢漏同存的复杂情况.目前国内外对多压力系统气层溢漏同存的研究,往往局限于现场堵漏压井处理工艺技术.文中阐述了多压力系统气层溢漏同存时的物理规律,并根据井筒环空多相流的理论建立了数学模型,系统总结了气液两相流型转换准则和不同流型的压降计算公式,得出了不同工况下多压力系统气层溢漏同存时的井筒环空压力曲线,以及气液两相流型沿井深的分布.计算结果表明:溢漏同存时井筒环空压力迅速下降,溢流态势更加严重;井筒环空的液体流量急剧减少,气体迅速向上滑脱和运移,导致气液两相流型分布变化较大,模拟结果对现场溢漏同存处理技术具有重要的指导意义.     

气侵过程井筒压力演变规律实验和模型

储层钻进时,由于地层压力预测不准造成地层气体侵入井筒,形成不稳定气-液两相流并导致井筒内压力剧烈变化,产生巨大的井控风险.为了揭示气侵过程井筒压力的演变规律,利用大型实验架进行了可视化模拟实验,测量气侵过程井筒压力变化,观察管内流动物理特征.将该过程简化为液体循环条件下垂直同心环形管管底连续注气过程,并基于非稳态流动理论和漂移模型建立了井筒气-液两相流动瞬态预测模型.该模型具有跟踪气-液界面等流动参数的功能,可采用半隐式有限差分法数值求解.实验数据分析表明:随着管底开始注气,管内压力先增大再减小;管路下部比上部先达到压力峰值,压力波动程度随着管深的增加而减小.模型数值仿真结果与实验数据吻合程度较高,证明了模型可用于预测气侵过程井筒流体瞬态流动特征.研究成果深化了对气侵过程井筒压力演变规律的认识,丰富了复杂工况钻井的水力学模型.     

基于油水两相渗流的地层流体复合注水井试井模型

目前,注水井试井以单相渗流为基础,缺乏考虑含水率、水驱前缘半径等参数,以及缺乏分析地层性质与流体性质的变化对压力特征曲线影响。根据质量守恒原理,结合注水井岩心归一化相渗曲线,建立含水饱和度与相对渗透率关系,以油水两相流渗流理论为基础,建立地层流体复合注水井试井模型,通过Laplace变换,利用Stehfest数值反演得实空间解,绘制了压力和压力导数双对数样板曲线,分析水驱前缘半径、油水两相驱前半径缘、两相区含水率、两相区含水饱和度等注水油藏重要参数对试井曲线的影响,讨论流体性质与地层性质的变化对试井曲线的影响。研究结果对认识注水油藏的物性参数及注水情况起到重要作用,为注水油藏进一步合理注水开发提供依据。     

欠平衡钻水平井岩屑运移可视化实验

随着我国薄层低压油气藏的开发需求,充气欠平衡钻水平井技术成为国内外钻井界关注的热点,井眼净化不畅造成钻具摩阻扭矩的增大严重制约着水平井眼的延伸能力,气液固复杂多相流动,特别是认识固相运移规律是欠平衡条件下岩屑运移的核心内容。为此,在分析水平井与直井多相流条件下的岩屑受力与运移规律异同的基础上,根据气液固流动机理以及大平面沙丘颗粒运移理论,利用大型多相流实验台架开展了水平井段岩屑运移可视化实验,研究岩屑受力、运移形式及动态运移规律,获得了井眼净化注液量、注气量、液体流速、岩屑浓度等数据,进而对比找到了模拟携岩临界速度与实测携岩临界速度的误差,用实测速度修正了水平井井筒携岩临界速度预测数学模型,研究出了能够满足现场施工设计需要的钻进和循环工况的携岩速度模型和岩屑动态运移规律,对于优化钻井施工参数以及降低钻井安全风险均有重要意义。     

钻井灌注泵轴封失效分析及改进措施

文章通过分析现有离心式灌注泵难以解决泥浆泄漏的原因，指出了泵轴旋转中心线与轴封内孔中心线不重合以及泥浆内含有磨砺性固相硬颗粒是引起径向接触式软填料密封失效的主要原因，为进一步改进泥浆灌注泵的设计提供了科学依据。