基于有限元法的热采井套损机理研究

注汽井套管既受到注汽温度所产生的热应力的影响,又受到套管、水泥环和岩层等结构应力的影响。文章对注汽井套管的失效机理和原因进行分析,归纳总结影响失效的因素;然后利用ANSYS软件建立了套管、水泥环和岩层系统的热—结构耦合的二维平面有限元分析模型。研究了参数变化对热-结构耦合的套管强度的影响。分析结果表明,在小于14mm之前套管壁厚增加会明显降低套管最大峰值应力,此后套管壁厚增加套管最大峰值应力下降速度会减缓。仅从热膨胀角度来看,套管最大峰值应力随蒸汽温度增加而增加。310°C以后套管最大峰值应力随蒸汽温度增加会加剧。     

热采井半预热固井技术

在热力采油井中,注入蒸汽加热油层套管,油层套管受热产生压应力,当压应力达到套管钢材的屈服极限后,套管开始变形。计算表明,如果用常规方法固井,在通常的注汽温度下,套管都因热应力而产生屈服变形。目前现场采用的防止热破坏方法在理论上没有得到论证。热采井半预热固井技术是在注水泥完毕后,通过井口向油层套管内下入加热器,加热油层套管到预定的温度,使水泥在加热条件下凝固,水泥终凝后取出加热器。该技术可使套管在整个开采过程中一直处于弹性状态,不发生塑性变形,从而解决了套管热破坏问题。     

热采井井筒热应力耦合的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立了热采井井筒热应力耦合的瞬态分析模型。分析结果表明,注汽初始阶段套管内会产生较大的热应力;由于套管材料的膨胀系数大于水泥环的膨胀系数,在注汽过程中水泥环限制了套管的热膨胀,从而在套管外壁产生较大的热应力;经过几轮蒸汽吞吐,套管上会积累较高的残余应力。该分析为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供可靠的依据。     

热采井高温对套管强度的影响

注蒸汽热采技术已广泛应用于提高重质油的采收率。在注蒸汽期间, 井下高温使管柱产生附加热应力, 从而可能使其发生塑性屈服、 变形、 断裂或屈曲。热采井中套管的失效几率非常高, 研究套管柱在较高压力的高温蒸汽以及外围的地应力共同作用下的应力分布规律, 对于评估套管的服役状况, 提高套管设计的安全性, 从而减少套管的失效几率具有重要意义。文章根据套管 －水泥环 －地层体系受力情况建立了平面力学分析模型, 根据位移的连续条件求解了管柱与水泥环间的接触应力, 探讨了注气条件下井筒温度的分布情况, 分析了热采井中管柱所受三轴热应力的分布。算例分析结果表明, 三轴热应力值远大于管柱实际的屈服强度, 从而使管柱发生屈服破坏, 为减小热应力对套管寿命的影响, 应合理选择注气参数并合理设计管柱。     

热采井套管与水泥环胶结质量监测评价技术研究应用

通过研究热采井注汽后套管、水泥环的损坏程度,综合理论模拟,建立了一套热采井套管与水泥环胶结质量监测评价系统,为热采井套管与水泥环质量预防、监测、修复提供技术保障。     

稠油热采对套管强度的影响及对策

通过模拟井口不同注汽温度和环空隔热条件下的套管温度和强度 ,表明稠油热采井注汽温度对套管强度影响很大 ,随注汽温度升高 ,套管安全系数明显减小。注汽时环空用氮气隔热可明显提高套管的安全系数 ,建议对注汽井应采取隔热和提高套管温度识别等措施 ,提高套管使用寿命。     

循环应力作用下水泥环密封性实验研究

利用自主研发的水泥环密封性实验装置研究了套管内加卸压循环作用下水泥环的密封性,根据实验结果得出了循环应力作用下水泥环密封性失效的机理。实验结果显示,在较低套管内压循环作用下,水泥环保持密封性所能承受的应力循环次数较多;在较高循环应力作用下,水泥环密封性失效时循环次数较少。表明在套管内较低压力作用下,水泥环所受的应力较低,应力水平处于弹性状态,在加卸载的循环作用下,水泥环可随之弹性变形和弹性恢复;在较高应力作用下,水泥环内部固有的微裂纹和缺陷逐渐扩展和连通,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;随着应力循环次数的增加,塑性变形也不断地累积。循环压力卸载时,套管弹性回缩而水泥环塑性变形不可完全恢复,2者在界面处的变形不协调而引起拉应力。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,导致水泥环密封性失效,水泥环发生循环应力作用的低周期密封性疲劳破坏。套管内压力越大,水泥环中产生的应力水平越高,产生的塑性变形越大,每次卸载时产生的残余应变和界面处拉应力也越大,因此引起密封性失效的应力循环次数越少。      

稠油热采对套管强度的影响及对策

通过模拟井口不同注汽温度和环空隔热条件下的套管温度和强度，表明稠油热采井注汽温度对套管强度影响很大，随注汽温度升高，套管安全系数明显减小。注汽时环空用氮气隔热可明显提高套管的安全系数，建议对注汽井应采取隔热和提高套管温度识别等措施，提高套管使用寿命。     

地层和水泥环弹性模量对套管强度的影响分析

以地层-水泥环-套管组合系统为研究对象,根据弹性力学理论,推导了热应力和非均匀地应力作用下套管壁上的三轴应力计算公式,并研究了热采井和常规非热采井中不同地层、水泥环弹性模量对套管强度的影响规律。研究结果表明,随着水泥环弹性模量的增加,套管内壁Mises应力先急剧增加,后呈缓慢下降趋势;在套管Mises应力达到最大值之前,降低水泥环的弹性模量,可以对套管起到明显的保护作用,这一点对于热采井注汽期间的套管保护效果更加显著;地层弹性模量越大,常规井中套管内壁的Mises应力值越小,而热采井注汽过程中套管内壁的Mi-ses应力值则越大。     

基于热固耦合的套管缺陷参数对其强度影响分析

针对高温高压热采井套管失效概率高的问题,建立了含缺陷套管、水泥环和地层耦合系统有限元模型。将温度场与结构场耦合,并考虑套管强度降低,利用CAE技术计算了完整套管及缺陷套管的Von Mises应力、变形位移和塑性变形。计算得出在缺陷深度、缺陷环向开度、缺陷数量和缺陷环向分布4个结构参数中,套管缺陷深度和环向开度为影响套管强度的最敏感性参数,进行套管安全评定时建议将缺陷深度和缺陷环向开度作为缺陷最敏感性参数。研究结果可为套管安全评定奠定基础,并为揭示套管失效机理提供依据,对预防套损具有指导意义。     

阿姆河右岸酸性气田井口冲蚀及对策

中亚土库曼斯坦阿姆河右岸气田群为高含H_2S和CO_2的碳酸盐岩气藏,单井产量高,井口设备均出现了不同程度的腐蚀。初步分析认为其原因是生产过程中仅考虑酸性介质对气井井口的化学腐蚀,而没有考虑气体流速对井口的冲蚀作用,极大地影响了气田的安全生产。为此,通过对节流阀上下游阀道、法兰面均出现明显坑状腐蚀的进一步分析,明确了化学腐蚀和气体冲蚀的交互作用是井口磨损的主要影响因素,气流冲刷腐蚀坑的化学腐蚀产物会加速冲蚀损害;进而借鉴冲蚀与腐蚀运行环境下的多相管流管道的磨损计算理论,计算了该运行环境下的冲蚀极限速度,得到了不同生产工况下节流阀的抗冲蚀流量;最后,根据气田生产情况,针对性地提出了按气井配产要求来选择采气树类型、节流阀通径及类型冲蚀的技术控制策略。此举为气田安全生产提供了工程技术保障。     

进口天然气盈亏平衡定价对市场的影响——以广州市中亚天然气为例

2011年11月底土库曼斯坦天然气经过中亚—中国天然气管道和西气东输二线管道正式向位处华南的广州市供气。然而,由于中国天然气价格与国际气价脱节,天然气进口业务陷入进口越多亏损越多的尴尬境地,提高进口气入关后的价格将有助于缓解长期以来的进口气购销价格倒挂问题。为此,以广州市为例,测算了中亚天然气盈亏平衡时不同天然气用户的气价;采用天然气与可替代能源等热值直接成本对比法,按各类天然气用户实际支付可替代能源的现有价格等热值折算分析了对应的中亚天然气价格可承受能力。结果表明:从价格承受能力来看,居民用户和公共福利用户基本上是可以承受中亚天然气盈亏平衡定价;工商业用户也有一部分可以承受上述定价,但对燃料成本占总成本比重较大的用户,承受能力则较弱;天然气发电用户无法承受上述定价,中亚天然气发电只能扮演调峰角色。考虑到西气东输管道输送的既有国产气,也有进口气,为此提出:可以将国产气的出厂价与进口气的成本价加权平均,作为西气东输天然气的"出厂价"。     

稠油热采储层精细油藏描述研究进展

就稠油热采储层精细油藏描述的技术现状看:国外已经形成了完整的研究方法和技术体系,特别是在利用地震技术对油藏开发过程监测及剩余油分布规律的精细刻画等方面,具有相当高的研究水平;国内在储层单砂体的精细刻画、隔夹层研究以及储层在热采过程中的变化规律等方面,进行了大量的研究工作,取得了一定进步。稠油热采储层研究的关键问题为地层精细划分与对比、沉积微相研究、隔夹层发育规律描述、储层综合分类评价和地质建模研究等。在此基础上认为,稠油热采储层精细油藏描述研究的主要发展方向为井震结合断裂系统的精细刻画、地质体分类评价、稠油热采储层变化规律研究、剩余油分布规律的四维地震监测和隔夹层封隔能力的物理模拟与数值模拟验证等五大方面。     

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库的渗流规律

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏储层非均质性强,边底水选择性水侵,渗流规律复杂,为了提高地下储气库的建库效率,需要研究储层在改建地下储气库多周期强注强采过程中的多相流体渗流规律。在获取有代表性的裂缝发育碳酸盐岩岩心较为困难的条件下,通过对天然岩心进行剪切造缝和多轮次气水互驱实验,研究了地下储气库气水过渡带在注采过程中的多相渗流规律,分析了裂缝合气空间贡献率以及储气库含气空间动用效果。结果表明:裂缝模型的相渗曲线近似于"X"形,多次气水互驱后相渗曲线基本没有变化,基质岩心模型相渗曲线经多次气水互驱后气水两相共渗区间变窄,共渗点降低;微裂缝对储层含气空间贡献率较高,微裂缝发育储层的含气空间利用率保持在较高水平,徽裂缝不发育储层的含气空间利用率逐渐降低并趋向稳定。因此,在微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库过程中可以在徽裂缝不发育储层布置生产井,同时通过控制边底水运移范围降低注入气损失,从而提高地下储气库的建库效率。     

山前地区深井超深井套管防磨与减磨技术研究

针对山前地区深井超深井钻井过程中套管磨损严重的问题,在分析套管磨损机理的基础上,开展了山前地区套管防磨与减磨技术研究,基于技术研究成果及应用实践,得到如下结论:1应用Power V等垂直钻井系统控制井眼轨迹,特别是上部井段的狗腿度和井斜,可明显减小侧向力和磨损量,缩短套管磨损时间;2应综合考虑套管磨损率、磨损系数以及钻杆耐磨带本身的磨损量,优选出效果最优的耐磨带;在狗腿度严重的位置,可考虑采用一定数量的橡胶钻杆卡箍来减轻对套管的磨损;3山前地区钻井液采用CX-300减磨剂能够显著降低磨损速率,减轻套管磨损程度,但在不同钻井液体系使用之前应进行优化分析以确定最佳使用量;4在迪那204井使用高密度钻井液体系,全部采用优选的高密度重晶石粉代替铁矿粉作为加重剂,整个钻进过程中未出现钻具及套管磨损,迪那204井易损件消耗量仅为邻井迪那203井的左右,防磨减磨效果非常显著。     

Biodiesel Projects Helpful to Ease Energy Shortage

Nearly 7,000 hectares of biodiesel forest will take shape in the northern province of Hebei in 2008, part of a national campaign to fuel the fast growing economy in a green way. In no more than five years, the Pistacia chinensis Bunge, whose seeds have an oil content of up to 40 percent, will yield five tons of fruit and contribute about two tons of high-quality biological diesel oil, according to the provincial forestry administration.     

State Energy Base Proposed in Inner Mongolia

Experts recently suggested China set up a state energy base in lnner Mongolia Autonomous Region to ease its energy thirst. The survey was co-conducted by senior researchers from the National Development and Reform Commission, Development Research Center of the State Council, Chinese Academy of Sciences and the Ministry of Finance. To plan and establish strategic energy bases at state level is in line with the principle of ＂giving priority to energy saving and diversifying energy consumption with the utility of coal at the core.＂     

烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的气相色谱研究

利用气相色谱法测定了不同色谱柱温度和不同载气流速下,C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的保留时间,并利用相关公式对测试结果进行了线性回归分析,测得了吸附热力学参数和扩散系数;考察了色谱柱温度、烷烃碳链长度和载气流速对烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的影响。实验结果表明,回归分析的线性相关性良好,色谱柱温度越高,孔道对吸附质的吸附能力越弱;在不同载气流速下,轴向扩散系数不同;随烷烃碳链长度的增加,吸附焓变呈先增大后减小的趋势,轴向扩散系数呈线性增长;C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的吸附焓变在-1.264~-42.975 k J/mol之间;当载气流速为2.654~4.246 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.328 8~0.551 7 cm2/s之间;当载气流速为5.308~13.270 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.430 2~1.456 4 cm2/s之间。     

普光气田高含硫气井带压更换采气树工艺技术

采气树在使用过程中如出现腐蚀、泄露、机械故障等而又无法在线修复的情况,则需要进行整体更换。但像四川盆地普光气田这样孔、洞、缝较发育的酸性碳酸盐岩气藏,若采用先压井再整体换装采气树的方法会造成储层的二次污染,很难再恢复到修井前的气井产能。为此,考虑作业安全和生产实际,研究形成了"两封堵一隔离"带压更换采气树工艺:①安装地面泄压放喷流程,进行整体更换采气树演练,准确测算所需的时间;②关闭井下安全阀,通过泄压放喷管线排放井下安全阀以上通道内气体,进入放喷池点火燃烧,将井口油管压力泄至0;③连接液氮泵车按照测算量向井筒顶替液氮;④安装双向背压阀,利用送取工具,将背压阀安装在油管悬挂器内的背压阀座面,封堵油管;⑤整体更换采气树,试压合格后按照操作规程取出双向背压阀。现场成功应用2口井,很好地解决了高含硫气井不压井更换采气树的技术和安全控制难题。     

基于洛伦茨曲线评价水驱油藏驱替均衡程度

针对水驱油藏开发过程中无法有效定量描述驱替均衡程度的问题,利用高台子油层各井动态指标和小层纵向上的注采关系占总体的比重情况,绘制相应的洛伦茨分布曲线,得到用于量化评价油藏平面、纵向驱替均衡程度的“开发均衡指数”,该值小于0.4时驱替程度相对均衡。将研究成果应用于评价二次开发前后水驱油藏的驱替均衡程度,研究结果表明：目标区采出情况均衡指数降低了0.1615,含水情况均衡指数降低了0.0950,整体驱替均衡程度达到了相对均衡的水平,但纵向上仍差异悬殊。建立的洛伦茨曲线评价驱替均衡程度的方法,充分考虑了单井产能差异所造成的驱替不均衡情况,准确度高。研究成果为二次开发水驱油藏的驱替均衡程度评价提供了定量标准。