JY页岩气田水平井预防环空带压固井技术

随着页岩气大规模开发,针对提高页岩气水平井固井质量的研究逐渐增多,但同期页岩气井环空带压情况并未缓解,对页岩气田的安全生产提出了严峻挑战。为解决页岩气井环空带压难题,建立了水泥环密封完整性评价装置,针对JY页岩气田开展了水泥环密封完整性影响因素分析,并相应形成了预防环空带压固井技术。研究认为水泥石胶结差和体积收缩导致早期环空带压,而分段压裂及生产参数变化对水泥石胶结和本体的破坏是页岩气井环空带压的最主要原因。预防环空带压固井技术在JY页岩气田进行了推广应用,压裂投产后带压井比例下降了82%,有效解决了页岩气井环空带压难题,提高了页岩气井水泥环长期密封完整性,保障了页岩气田安全开发。     

普光高含硫气井环空带压风险诊断与治理

含硫气井的环空带压过高会造成井下油管、套管、封隔器超压或挤毁失效,舍H2S的气体还会造成井口套管及套管头腐蚀,降低气井生产安全系数,增大事故隐患。文中针对油管、套管、封隔器的承压强度,借鉴APIRP90（（海上油气井环空套压管理》,对环空气压来源进行了分析,探索了气井的环空压力许可值理论计算方法,指出套管高压异常井应采取环空卸压和环空保护液灌注等措施,使环空压力和环空保护液的pH值均在受控范围之内,以此指导高含硫气井服役期间的安全管理。该方法已经在普光气田进行了推广应用,对于环空压力异常井的安全管理具有重要意义。     

页岩气井环空带压防治难点分析及对策

页岩气开发越来越受到重视,国内页岩气已投产井环空带压现象严重,影响了页岩气井安全高效开采。根据气井环空带压形成原因,结合页岩气井施工工艺,分析了页岩气井环空带压防治难点,主要包括套管密封失效处理难度大、长水平段油基钻井液钻进固井质量难保证、固井后施工作业对水泥环和套管外加载荷复杂。由于页岩气井开发工艺的特殊性,若页岩气井采用常规油气井环空带压预防和控制技术,其不足之处主要是套管密封失效处理后承压能力不高、常规清洗液对油基钻井液清洗效率低、水泥石韧性不能满足压裂要求。针对页岩气井环空带压防治难点和常规防治方法在页岩气井的适用性,提出从套管密封失效修复、提高油基钻井液钻进水平井封固质量、水泥环完整性破坏后修复三个方面对环空带压进行防治,并提出了相应的技术措施和建议,为页岩气井环空带压的防治提供技术参考与指导。     

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。     

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...     

高压气井环空压力许可值确定方法及其应用

对于高压气井,在采气过程中环空带压现象非常普遍。环空压力过高可能导致潜在的安全生产事故;若环空压力过小,则井口处油套压差过大,安全系数过低,油管长期疲劳生产,也易发生事故。因此,针对高压气井,有必要给出环空压力安全范围,以指导安全生产。为此,借助ARP RP90海上油气井环空套压管理和NORSOK D-010 油气井钻井与作业时的完整性等2个公认的国际技术标准,将带压环空进行了分类：油管-生产套管环间、生产套管-技术套管环间、两层套管环间,然后用承压构件的强度、水泥环及保护液注柱压力对气井环空的安全性能进行综合评价,给出了适合塔里木油田的高压气井环空最大、最小压力许可值的确定方法,用以指导高压气井的方案设计和安全生产。该方法已经在该油田展开现场应用,对于高压气井的环空压力安全管理具有重要意义。     

深水气井环空带压模型的建立与研究

为了研究深水气井作业生产井密闭环空压力变化规律,基于典型深水作业井井身结构,分析了密闭环空组成和特点;根据井筒压力传递特点,建立了非泄露下多套管密闭环空压力预测模型、环空气柱体积变化模型,以及泄露下环空带压数学模型;结合现场作业井进行了环空压力变化研究.研究结果表明:环空密闭压力的快速上升主要集中在生产初期,生产20h...     

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。     

海洋深水高温高压气井环空带压管理

中国南海高温高压油气藏开发过程中,井筒环空带压问题突出,一旦超过允许值将会影响安全生产。为了保证气井的正常生产,需要确定环空压力的合理范围,为此基于ISO 16530-1:2017标准和API RP 90-2的推荐做法,研究并建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水高温高压气井环空带压控制值计算模型以及一套环空压力管理图版。研究结果表明:(1)管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;(2)关键节点校核计算主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等;(3)建立了环空最小预留压力计算模型,以确保对深水高地层压力或井底高流压气井的环空施加一定的备压,保证井下管柱和工具在合理环空压力范围内正常工作;(4)以某深水气井为实例进行了计算与分析,得到了考虑和不考虑壁厚减薄情况下随投产时间变化的各环空带压控制值。结论认为,所建立的模型及图版应用于海上深水高温高压气井,使用简便、可操作性强,可以为深水高温高压气井及类似井的井筒环空压力管理提供借鉴。     

环空体积膨胀条件下的高压气井环空压力预测方法

针对高压气井生产过程中气窜引发的环空带压问题,重点考虑自由段和封固段套管柱变形引起的环空体积变化,建立了2层环空压力耦合分析模型与数值求解方法,并对该模型进行了验证与算例分析;在此基础上,讨论了综合渗透率、环空气柱温度及环空液体密度等因素对环空压力的影响规律。结果表明:由于气窜的影响,自由段和封固段的套管柱膨胀,使A环空(油管与油层套管之间的环空)体积减小,而使B环空(油层套管与技术套管之间的环空)体积增大;环空体积变化延长了稳定时间,但A,B环空的最大压力均保持不变;随着综合渗透率和环空气柱温度的增加,最大环空压力不变,稳定时间缩短;随着环空液体密度的增加,最大环空压力减小,稳定时间缩短。因此,防止水泥环损坏、降低环空气柱温度及提高环空液体密度,是缓解高压气井环空带压的有效措施。该研究对高压气井井筒完整性的评估与控制具有指导意义。     

高产酸性气井环空安全评价分析

高产酸性气井的环空安全是目前油气田普遍存在的问题,国内外均有大量气井存在环空带压问题,个别环空带压严重的井演变为井喷或地下井喷。环空带压过高会造成井下油管、套管、封隔器超压或挤毁失效,酸性气井中H_2S、CO_2、Cl~(-1)等还会腐蚀井口装置,直接影响气井后期的安全生产。针对高产酸性气井环空带压的问题,借鉴API RP90《海上油气井环空套压管理》标准,通过软件模拟计算了高产酸性气井的环空带压值和套管抗外挤安全系数,评价了气井的安全状况,从而为高产酸性气井的安全生产提供指导作用。     

气井A环空压力恢复与泄压实验

国内外多个气田生产气井出现了不同程度的环空带压现象,尤以A环空最为严重,严重影响气井正常生产。针对气井A环空带压开展了压力恢复与泄压实验测试,分析了采气过程中不同初始气窜流量和气顶体积对稳定后的环空压力值及环空压力恢复时间的影响规律。研究结果表明,稳定后的环空压力值随气顶体积增加而增大,且环空压力恢复时间也随之增长;而初始气窜流量对稳定后的环空压力值影响甚微,但气窜流量的增加会减小环空压力恢复时间;泄压时长与泄压前的气体总量和环空压力有关,气体总量越大或环空压力越小,泄压时长越长。基于量纲分析理论,利用数学优化软件1stOpt（First Optimization）拟合了环空压力恢复时间与初始气窜流量、气顶高度、油管外径、液体密度等参数的经验公式,为实际气井A环空带压管理与控制提供参考。     

页岩气井井筒完整性若干研究进展

在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题，主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果，总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入，认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中，压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注，并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的，通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系，对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性，还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果，对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。     

盐层技术套管环空带压处置技术

YD1区块位于塔里木盆地塔北隆起轮台凸起,该区块施工的高密度盐下水平井,技术套管固井面临井斜大、密度高、盐层造斜导致固井时套管不居中等难题。由于盐层段发育高压饱和盐水,在实际钻完井过程中多口井出现双级固井施工后环空带压,个别井环空带压超过套管四通旁通阀额定工作压力。为保证生产井长期安全生产及井控安全,分析盐层套管环空带压的原因,在API RP90环空压力评估测试程序的基础上,进行了降压、升压测试,利用饱和盐水运移过程中的盐结晶作用,采取环空控压放水的方法,消除了盐层技术套管环空超压的安全风险。通过3口井现场实践,形成了盐层技术套管环空带压处置技术。     

基于贝叶斯网络的气井环空带压风险评价模型及应用分析

针对气井生产过程中环空带压日益严重导致井完整性失效风险上升这一问题,开展了环空带压风险评价研究。建立了基于贝叶斯网络和实际生产数据的环空带压风险预警模型,该模型将影响环空带压的因素分为油套管泄漏和水泥环失效两个单元,确定了各个单元的主要风险因素和风险失效概率,在此基础上,建立了环空带压风险量化评价指标,并进行了相应风险等级划分,形成了气井环空带压风险评价方法。统计了新疆采气一厂的191口井的失效概率,进行了实例应用,结果表明:该模型可对环空带压的潜在风险进行定量计算,可推理得出主要风险因素的逆向成因,为预防和控制环空压力提供决策依据,有助于降低气井环空带压风险的发生概率。     

涪陵页岩气井测试作业复杂情况分析及技术保障措施

重庆涪陵页岩气田是国家页岩气田示范基地,目前二期在建。气田目前有200余口井开井生产,通过对气井开展常规井下测试,获取井下压力,并根据压力的动态变化规律,了解气井的生产状况及地层压力的变化情况,为气田开发提供重要的分析资料。在保障测试安全及测试成功率的前提下,本文对目前页岩气井测试中的复杂情况进行分析,并提出安全有效的技术保障措施。     

页岩气井水泥环完整性研究

四川盆地内的几个国家级页岩气示范区气井环空带压、套管变形等问题较为突出。为此,通过分析页岩气钻完井过程井筒内压力变化的条件,建立了计算井筒压力变化全过程的应力—应变状态下的套管—水泥环—围岩体系弹塑性力学模型,应用该模型分析了变内压下第一界面、第二界面微环隙的产生和发展,进而结合实际现场数据进行计算。结果表明:(1)加载过程不会产生微环隙,但加载内压的大小决定了水泥环塑性变形的程度;(2)卸载时内压的降低将导致界面受拉,从而产生微环隙,破坏水泥环的完整性;(3)可以通过优选水泥浆配方,提高水泥环力学性能,结合施工工艺措施优化来保障页岩气井水泥环完整性。13口井的现场试验应用结果表明,水平段固井质量平均优质率达92.67%,其中已投产的11口井均未出现环空带压,有效地改善了页岩气示范区的气井环空带压问题。该项研究成果可为同类区块固井水泥环完整性管理提供帮助。     

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。     

基于压力恢复测试的气井油套环空泄漏程度评价

"三高"(高温、高压、高产)气井在开发过程中越来越多地出现环空带压问题,环空带压预示着井筒发生泄漏,井筒完整性受到削弱,威胁气井安全生产。气井井筒完整性失效最根本的原因就是管柱发生泄漏。在借鉴已有研究成果的基础上,利用平衡原理,计算环空泄漏点深度;基于环空压力现场诊断测试曲线,建立了一种环空泄漏程度评估方法。该方法通过拟合现场实测数据,可预测环空压力的发展趋势,评价环空井筒泄漏的速度和泄漏点的等效直径。该方法对环空异常带压的诊断评估、环空压力的控制具有重要意义。     

海上气井环空带压管理方案研究及应用

据统计目前大部分海上气井都存在环空带压问题,最高环空带压值超过18 MPa,如何管控环空带压气井的安全风险是亟待解决的问题。在研究API RP90和ISO 16530-2等国际标准的基础上,结合海上气井的井身结构、完井管柱和井下工具情况,针对海上环空带压气井,建立了一套适用于海上气井环空带压的管理方案,并通过在海上气田的应用分析证明了方案的可行性。本文研究成果对于海上环空带压气井的安全生产和管理具有指导意义。