密闭环空热膨胀压力全尺寸模拟实验

为了验证多层密闭环空热膨胀压力预测模型的准确性和适用性,更深入地探究油气井筒传热与环空压力之间的关系,有必要开展全尺寸环空压力模拟实验研究.通过设计符合油气井身结构特点和现场工况的双环空井段实验装置,模拟高温热流体在不同循环温度、循环流量和循环时间的条件下对密闭环空温度和压力造成的影响,分析实验中环空压力随温度增量的变化关系,验证理论模型结果的适用性.结果表明:双环空升温阶段,A环空比B环空升温增压速率更快,温度压力峰值更高;由于环空流体中含有部分无法消除的可压缩溶解气体,导致环空压力上涨幅比环空温度要小;提出环空压温比的概念来评估环空流体产生压力的能力大小,其中纯水受热膨胀产生的环空压温比最高,自然散热前期环空压温比更能反映流体产生热膨胀压力大小;实验测试数据与模型计算结果偏差均在10％以内,满足理论和现场实际需求.可见在实际计算中应该参考实验数据,考虑环空流体特性和气体压缩性质,提高预测精度.     

考虑环空液体热力学特征的持续环空带压预测模型研究

气井持续环空带压已成为影响井筒完整性重要原因。为此,基于传热学及流体力学相关理论,充分考虑温压耦合作用对环空液体热膨胀系数、压缩系数影响,建立了持续环空带压预测模型。基于塔里木盆地克深气田高压气井-A井现场实测数据进行了模型对比分析,并利用所建模型对A井进行了环空压力诊断及可调控因素分析。结果表明：所建立模型预测数据更具参考价值,模型平均精度达96.06%;A井环空压力稳定值为82.22 MPa,漏点最大流量为1 931.23 m³/d,环空压力恢复过程中环空气柱高度随时间增加呈先增大后减小趋势;预留一定环空气柱高度、压力及降低环空温度有利于降低环空压力恢复速度,气柱高度变化量与初始气柱高度及压力呈负相关,与初始环空温度呈正相关。所建模型可为现场气井持续环空带压预测、管理提供有效指导。     

储气库井环空带压预测与影响因素分析

为了推进我国天然气产供储销产业链发展，保障储气库井在长期“大吞大吐”注采过程中的井筒完整性，基于动量和能量守恒定律、复合多层圆筒壁瞬态传热特性，构建了井筒温度场、压力场预测模型。结合管柱弹性力学、流体体积变化特点、气体状态方程等，建立了储气库井环空压力预测方法，并提出了基于环空带压临界控制值的管理方法。结果表明：①注气阶段，最大环空带压仅为3.93MPa；而采气阶段，最大环空带压达到了38.28MPa，超过了环空带压临界值28MPa；②随着流体热膨胀系数减小、流体压缩系数增大、油管壁厚增大、套管内径增大，环空带压会减小。可以通过优化这些参数，控制储气库井环空带压。     

页岩气井环空带压临界控制值计算方法

页岩气井由于大规模压裂导致井筒完整性破坏而引起大量环空带压问题，严重影响页岩气井的安全生产。针对页岩气井环空带压问题，基于API RP 90-2环空带压临界控制值计算方法，考虑页岩气井储层压力、产量变化、腐蚀以及磨损等因素，分析实际生产中环空各组件承压能力随服役时间的变化情况，建立了页岩气井环空带压临界控制值计算方法及环空带压控制图版，并进行了实例计算。研究结果表明，页岩气井环空带压临界控制值在服役早期主要受井口装置、技术套管承压能力影响，到服役后期时，随着腐蚀及地层压力降低，主要受油管薄弱点抗外挤强度影响，且随服役时间、腐蚀速率增加而不断降低，当环空带压控制值小于地层压力时，需要对环空压力值进行监测并采取相应措施，以保证现场安全生产。     

储气库注采井井筒温度场预测与影响因素分析

随着冬季对天然气需求的持续增加,对储气库的调峰能力提出了严峻的考验,注采井作为连接地面与地下的通道,井筒温度受注采周期的影响发生变化,如何准确的预测井筒内温度变化,对于预测环空压力、保证油管和套管安全、水泥环密封性和储气库运行安全至关重要。本文根据流体力学中质量守恒定律、能量守恒定律和动量定理,将气体的压强、温度、密度和流速进行耦合分析,利用显式四阶Runge-Kutta数值求解方法,输出油管内气体不同深度的流动参数,并对影响油管内气体温度的敏感性因素进行分析,得到了储气库注气过程、采气过程、关井阶段温度分布规律。结果表明注气过程井底处温度受注气量影响较大,注气时间和注气压力对井底温度影响较小;在采气过程,井口处气体温度随采气量的增加而增大,油管内气体压力由井底到井口逐渐减小,并且随着采气量的增加,减小趋势越明显;在关井初期,油管内气体温度变化速率较大,随着关井时间的持续增加,油管内气体温度逐渐趋于地层温度,并且越接近于井口气体温度变化速率越明显。     

衰竭气藏型地下储气库库存量动态预测研究?

基于有限元法和最优化方法建立了衰竭气藏型地下储气库库存量动态预测的多井约束优化反分析模型。该模型根据研究区域观察井实测压力资料进行反演,通过反复调整注采量使得观察井模拟压力值与实测压力值达到最优拟合,得到衰竭气藏型地下储气库真实库存量。最后以国内某拟建水驱气藏型地下储气库为例,以各时刻动态正分析计算结果作为“假想”的实测压力数据进行地下储气库库存量动态反演。计算结果表明：反演值与实测值吻合较好,算例证明了的多井约束优化反分析模型的计算精度和可靠性。     

深水环空圈闭压力的破裂盘泄压控制模型

井筒高温流体在生产过程中,向密闭环空传热引起的环空圈闭压力上升现象是深水油气开采面临的主要问题之一。为了保障井筒安全,结合深水油气井的生产实际,基于拟稳态传热以及耦合压力体积的环空压力计算方法,建立了多环空圈闭压力预测模型。根据破裂盘工作原理,建立了由内向外和由外向内的破裂盘打开阀值确定方法。以西非某井为例,对生产过程中井筒温度和环空压力进行预测。套管强度校核结果表明,正常生产过程中,表层套管和技术套管存在胀破风险;在生产套管的环空泄压或者掏空后,生产套管存在挤毁风险。采用破裂盘技术后,各层套管均满足校核的要求。因此,破裂盘技术可有效实现套管的保护,对深水油气资源安全开采具有重要意义。     

基于环空带压的地下储气库老井泄露量预测研究?

针对老井渗透率难以获得的难题,建立了求解老井渗透率的环空带压数学模型,并给出其解析解。在此基础上,根据渗流力学理论,建立了真实描述天然气沿老井泄露的气水两相渗流模型,并采用全隐式解法进行求解。基于该模型研究了储气库运行压力、井筒渗透率、天然气黏度和井眼尺寸等参数,对储气库天然气沿老井泄漏的影响。计算结果表明,天然气沿老井的泄漏量随着储气库运行压力、老井渗透率和井眼尺寸的增加近似线性增加,随着天然气黏度的增加而逐渐减小。     

注蒸汽井井筒两相流流动模型的选择

准确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽的压力、温度和干度等参数的变化,对注蒸汽热力采油来说非常重要。根据传热学和两相流原理,建立了井筒注蒸汽两相流动的数学模型。选择了四种方法来计算摩阻压降,并与现场测得的实际数据进行了比较。计算结果表明,采用分离模型的Ｆｒｉｅｄｅｌ方法和流型模型的ＢＢ方法均能得出比较理想的结果。     

小井眼钻井环空压耗计算与分析

环空水力学是小井眼钻井的关键技术,通过对钻井水力参数的分析和研究,结合小井眼钻井的实际情况,采用合适的流变模式来描述小间隙环空中的流动规律．并应用非牛顿流体力学的基本原理建立偏心环空螺旋流模型,对小井眼情况下的环空压耗进行了计算,进一步对小井眼环空中的压力损失进行了研究．所选择的模型层流时为偏心环空螺旋流模型,紊流时为考虑广义雷诺数、范宁摩阻系数、水力直径的模型．分别运用当量直径和水力直径,层流时通过迭代、积分,紊流时通过修正系数进行了求解,并与实验和现场数据相比较,经验证,此模型基本上满足现场需要．结果表明：①在小井眼钻井中,环空中的压力损失远大于常规井;②钻杆偏心及高转速对环空压耗的影响很明显;③在窄的环空间隙,需要建立准确的环空压耗模型来调整泥浆密度及钻井液的流变性能．     

深水井环空圈闭压力管理方案研究

除油套环空外,深水油气井套管环空圈闭压力无法释放,易造成套管挤毁等事故发生,需对环空圈闭压力进行管理,保障油气井生产安全。计算深水井在温度差下的环空圈闭压力,优化分析适用于深水的环空圈闭压力防治方法,结合管柱强度校核标准,建立深水井套管柱强度校核方法,最终形成环空圈闭压力管理设计方法。对于深水油气井,适用的圈闭压力防治方法为A环空压力释放、通过地层进行压力释放和套管外安装可压缩泡沫;考虑环空圈闭压力时,套管柱强度优选应同时采用平衡法和非平衡法进行套管强度校核;综合考虑防治方法和油套管强度校核结果,最终确定A环空圈闭压力控制范围,深水井环空圈闭压力管理方案研究对深水油气井安全高效开发提供技术支持。     

水泥返高对气井持续环空压力的影响与分析

持续环空压力由气井井筒完整性遭到破坏引起,现有防治措施存在一定的局限性。为探究通过水泥返高调控持续环空压力的可行性,用一维不稳定渗流描述气体在水泥环中的运移过程,建立了基于物质守恒和体积守恒的含液环空持续环空压力计算模型,并给出了迭代求解方法。分析表明:持续环空压力随时间的增加而上升,降低水泥返高能够降低持续环空压力的上升速度和极限值;持续环空压力极限值与水泥返高呈线性关系,并且随着环空液体密度的增加而降低;可以通过降低水泥返高把环空压力极限值控制在环空最大允许压力以下。     

考虑腐蚀的环空带压井生产套管安全评价

对于含腐蚀性流体（CO2、H2S 等）高温高压高产气井,一旦油套环空出现环空带压现象,封隔器以上生产套管
将暴露在腐蚀环境中。受腐蚀、环空带压的相互作用,生产套管的服役寿命面临巨大挑战。研究了最大允许环空带压
值的计算方法,结合实验室套管材质腐蚀速率测试数据,开展了考虑腐蚀缺陷的套管安全服役寿命评估。同时,研究
了环空带压、环空带压与腐蚀相互叠加工况下套管的安全服役寿命。通过服役寿命设计,评估给定开采周期油套管剩
余强度及安全状况,在有限的开采周期内,既要保证井筒本质安全,又降低开采成本。对于高温高压含腐蚀性气体的
气井,一旦油层套管采用碳钢材质,则需要关注环空保护液的腐蚀测试,优选环空保护液体系,强化环空保护液的安全
监管,避免由于套管的过度腐蚀而遗留安全隐患。     

高压气井修井挤压井井筒流动模型

塔里木油田克深气田超深、高温、高压,部分气井在生产过程中环空异常带压,若长期监控生产,井控风险大,需要进行压井以便开展修井作业。高压气井修井挤压井作业过程井筒流动规律复杂,压井风险高。考虑压井过程井筒-地层复杂耦合流动,建立了高压气井挤压井数学模型,模型预测结果与实测数据吻合较好,能够满足高压气井挤压井施工设计的需要。通过数值计算,分析了高压气井挤压井作业井筒流动规律及影响因素。研究表明,挤压井过程中井底压力和油压对地层渗透率、储层厚度、地层压力、压井液排量等参数较为敏感,储层渗透率和厚度越低,地层压力越高,压井井底压力和油压越高。压井液排量越大,压井持续时间越短,产生的井底压力越高。挤压井作业需根据储层渗透率、厚度及地层压力等参数,确定合理的压力液排量等施工参数,在保证压井成功高效的前提下,避免压漏地层。     

环空间歇气侵时压井套压变化规律的研究

基于钻井作业的不稳定性会导致不连续的气侵,为了提高压井套压的安全控制,以工程师法为代表,运用二段气柱推导间歇气侵模型。建立了二段气柱时常规压井的套压计算模型。模拟了压井过程中井口套压的变化情况。结果表明,随环空气液的交替排出,套压会呈现阶梯式的增减;得到了压井准备阶段和压井时的井控理论以及套压波动缘由的判别方法,对现场的压井工作有一定的指导意义。     

高温高压油气藏试产期间固井水泥环力学完整性——以准噶尔盆地南缘高探1井为例

准噶尔盆地南缘超深层勘探已成为中国石油天然气勘探的重点领域,钻完井工程面临诸多高温高压环境的挑战.在完井试产期间,井筒温度和压力的大幅度且快速下降会改变水泥环应力,易导致套管和水泥环收缩不平衡,产生微间隙.为此,采用厚壁圆筒弹性力学理论,建立了套管-水泥环-地层组合体弹性力学模型,利用有限差分程序求解.研究认为,高温高压油气藏试产期间,水泥环的主要失效形式为收缩微间隙失效.以准噶尔盆地南缘高泉背斜高探1井试产为例,评价试产过程中水泥环失效时井筒压降及温度变化临界值,以及两者与水泥石力学参数的相互关系.该力学评价方法的研究对于高温高压油气藏试产期间水泥环完整性评价具有较高的应用价值.