排水采气井井底压力测试计算方法研究与应用—油套环空物质平衡测压方法研究（之一）

排水采气井,特别是油管产水,套管产气的工艺井（如机抽、电潜泵）,由于井下设备通常占据了油管通道,难以用压力计算接测取井底压力,而常规获取井底压力的方法大多采用回声仪探测法,在生产过程中,由于气体不断进入油套环空,环空中可能出现泡沫,失去明显的气液界面,此外,采用回声仪测探法确定气液界面进而推算井底压力遇到了很大的困难,因为不可能获取确切的气液界面深度,为了较为准确和方便地获得井底压力,首次把物质平衡法引入排水采气的环空测试中,文中对排水采气井油套环空物质平衡测压方法进行理论探讨,推导各种条件下拟液面长度的解析解,为测试计算井底压力作好理论准备。     

排水采气井井底压力测试计算方法研究与应用——油套环空计算井底压力的方法及现场应用(之三)

借鉴目前国内外多种计算抽油井井底压力的方法来获取排水采气工艺井井底流压。由于能够应用自己研制的仪器较准确地获得拟液面深度 ,那么油套环空中拟气柱所产生的压力和混气液柱所产生压力可以得到 ,若加上直接从井口读取的套压 ,就能得到井底流压。这里主要讨论各种方法计算拟气柱所产生的压力和混气液柱所产生压力的精度 ,并对测试计算结果与实测结果进行比较     

高温高压井油套环空早期圈闭压力研究

高温高压井生产初期,油套环空中由完井液热膨胀引起的环空圈闭压力会降低管柱、井口及封隔器的可靠性。为此,基于密闭空间能量传递理论、状态方程和弹塑性理论,建立了热膨胀影响下油套环空压力分布计算模型,分析了井底温度、井底压力、坐封深度及产量对油套环空圈闭压力的影响,并研究了气液共存状态下油套环空圈闭压力的变化规律。研究结果表明:井底温度能够大大提高环空圈闭压力,且油套环空距离油管最近,受到的影响最大;井底压力对油套环空圈闭压力影响较小,因为它不会直接改变环空的温压分布;气体的存在会大大降低油套环空圈闭压力,如果在气液共存状态下,油套环空仍存在较高的持续圈闭压力,则说明井筒完整性破坏,有窜流进入环空,现场作业时须采取注入气体的方式缓解环空圈闭压力。所得结果有助于提前预测井筒完整性状况并采取必要措施。     

川西积液水平井井筒压力及液位预测

正确预测积液水平井井筒压力与液位是优选排液工艺、制定排液参数的技术关键。基于U型管原理,结合流体静力学与动力学方程,建立了积液水平井油管与油套环空压力平衡模型。模型中油管压降来源于液位以上流动气体与液位以下的两相流动,其两相流持液率基于漂移模型得到;油套环空压降则来源于液位以上的静气柱压力和液位以下的静液柱压力;油管与油套环空压力在井下连通点处相等;模型计算采用了先借助地面回声仪获得油套环空中的液位,再利用模型求解油管液位及压力的方法。川西气田什邡6-1HF水平井的模型预测压力与实际测压数据的误差为3.75%,表明该方法能够正确预测川西气田积液水平井的井筒压力与积液液位,且预测时效优于传统的测压方法。影响因素分析表明,油管液位通常高于环空液位,油套压差的减少能够间接反映油管积液量的减少,为类似油田的开发提供技术指导。     

油套环空出油机采井采油机理分析

胜利埕岛油田部分机械采油井存在油套环空出油现象。文中对油套环空出油机采井采油机理进行了深入分析,认为机采井油套环空出油主要是因"油套环空气举"引起的。原油在泵底形成气液多相流,加上井底压力足够高,使油套环空出油成为可能。这种现象使机采井存在"动液面偏高假象"等问题。虽然由于气举造成油套环空出油是利用气体能量进行强采的一种方法,但实际上会加剧油层内原油脱气,加重地层出砂,而且还会对油井作业及安全产生不利影响,所以在实际生产中要尽可能做到油套环空只放气、不采油。     

深层气井油套环空泄漏点关键参数地面诊断技术

深层气井开发过程中存在油管柱泄漏失效导致的油套环空异常带压现象,易造成气体泄漏、井口顶升和管柱损坏等事故,威胁井筒安全。与传统井下测井方法相比,采用地面诊断技术可快速判断油管泄漏程度,精准定位井下泄漏点,避免生产管柱扰动,实现对井筒潜在风险的“早发现,早识别”。首先根据压力平衡原理建立泄漏点深度求解模型,其次采用小孔模型描述气体泄漏过程,构建基于环空体积相容性原则的气体聚集增压模型,应用控制变量法对环空带压敏感性因素进行定量分析,并根据泄漏点深度和当量尺寸差异,结合环空泄压恢复测试曲线特征,将油套环空起压规律划分为4类典型模式。以案例井参数为例,油管柱泄漏失效条件下引发的油套环空带压按物理过程划分为管柱小孔泄漏、气液两相运移和气穴聚集增压3个阶段,随着时间推移,油套环空压力和气体体积逐步上升,泄漏速率逐渐降低,直至泄漏点内外侧压力平衡时趋于稳定,其中“浅部大孔、高压快升”的起压模型风险等级最高;经过反演计算,案例井油套环空压力值26.1 MPa,泄漏点当量尺寸2.1 mm,最大泄漏速率0.20 m3/min,井筒安全风险相对较高,建议采用机械修补、化学堵剂等方式进行密封堵漏。     

排水采气井井底压力测试计算方法研究与应用--油套环空物质平衡测压仪器研制及测试流程设计(之二)

应用套管物质平衡法测压时 ,需要通过环空测试计量套管压力变化、套管产气量和套管放空气量 ,从而计算环空拟气柱的长度。有了环空拟气柱长度这一关键参数 ,就能计算出井底压力。为此 ,从现场工程要求出发 ,通过对测试仪表的精度分析 ,研制了一套既满足现场工程要求又经济适用的地面测试装置 ,同时根据气井生产情况配套研制了一套测试流程以及测试方法。为现场生产提供了一种快捷、方便的测试计算井底压力手段     

应用物质平衡方法测试抽油井的环空拟液面

当抽油井流压低于原油饱和压力时，环空中由于气体从油中分离出来而产生泡沫段，从而失去明显的油气界面，无法采用回声仪测试油井的真实液面。根据物质平衡方法设计的拟液面测试仪，可通过测试油井环空排气量来确定油井的真实液面。现场测试表明，该方法比回声仪测试法减少误差１０％以上。     

控制地下储气库强采强注井环空超压的氮气柱长度计算方法

地下储气库(以下简称储气库)强采强注井在注气、采气工况下极易出现油套环空压力异常的现象,有可能威胁到现场生产过程的安全与储气库井井筒的完整性。为了给注氮气缓解强采强注储气库井环空带压问题提供指导,基于管柱弹性力学平面应变、流体热膨胀与压缩性质、理想气体状态方程等理论与方法,考虑不同工况下油管内压力与温度变化所带来的保护液热效应和套管鼓胀效应,建立起储气库井环空压力计算模型;探讨了储气库井A环空压力与各个主要影响因素(油管内压、井筒温度等)的关系,进而推荐了相应的氮气柱初始压力与长度。研究结果表明:(1)储气库井油套环空压力与油管内压、井筒温度成正相关,温度变化为环空压力变化的主要控制因素;(2)密闭环空压力对温度变化极为敏感,环空带压现象也十分明显;(3)初始氮气柱预留压力也会影响环空压力;(4)初始氮气柱长度越长,环空压力变化量越小,但过长的氮气柱对于环空压力控制的影响效果不明显,并且会降低环空保护液的防腐性能,因而考虑到实际生产的需求,建议选取封隔器下深的2%～4%作为预留氮气柱长度。     

井筒气液流动数学模型及气井积液气识别技术

针对W气田气井积液状况,长庆油田广大科技人员开展了排水采气技术研究。首先建立了相应的物理和数学模型。之后根据气井不同的积液情况,研究确定了气井临界携液流量法、井筒流体动态分析法、静流压梯度测试法和回声仪探环空液面法四种判识积液的方法。最后依据井内积液的大小,研发了泡沫排水采气技术、柱塞气举排水采气技术、速度管柱排水采气技术和抽吸排水采气技术。这些技术在现场进行了广泛的应用,效果非常明显。     

塔里木油田连续油管压井探索与实践

塔里木油田塔中I号气田属于典型的高温深层高含硫碳酸盐岩气田,S井在下完井回插管柱过程中,完井管柱底部浮阀失效,储层圈闭压力瞬间释放,导致了溢流后的井口高套压。由于该井套压高、井内管柱少、正挤压井无法挤入等特殊情况,常规压井方式均无法实施。利用连续油管压井方案论证、现场连续油管流动测试、压井应急预案演练等方法,证实了连续油管在该井压井的可行性,通过现场连续油管压井过程中的精细施工,安全处理了溢流高套压问题并压井成功,为特殊情况下的压井作业提供了一种新的参考方法。     

涩北气田排水采气优选模式

针对柴达木盆地涩北气田所面临的气井井底积液、产水导致产量迅速递减的问题,从准确把握气井排水采气时机、优选经济有效的排水采气方式出发,结合涩北气田生产动态,综合考虑动能因子、积液高度、油压、日产水以及油压、套压压差等多种因素准确诊断了气井积液的状况;分析了涩北一号气田递减阶段气井日产气量和水气比等生产数据的变化规律,根据多项管流井底压力计算理论、临界流量计算模型及涩北气田实际的采气油管尺寸,研制出了排水采气方式选择控制图,并建立了涩北气田排水采气优选模式;回归出了相应的计算公式,预测了涩北一号气田大规模进入优选管柱排水及泡排排水采气时期的具体时机,由于涩北气田属于次活跃与不活跃水驱气藏,水气比上升缓慢,除少数离边水比较近的井外,在整个开发期内不会大规模进入气举排水开采期。     

水平井裸眼选择性分段压裂完井技术及工具

苏里格气田属低压、特低渗透气藏,由于完井方式的不同、井身轨迹弯曲和井眼尺寸等因素的限制,使得裸眼水平井与直井以及套管固井水平井的选择性压裂完井管串有很大区别。介绍了利用油管作为完井和压裂管串,一趟下入长水平裸眼段而不需要下套管固井、射孔等作业,实现了裸眼水平段选择性分段压裂工艺技术及该技术的管串结构、工艺原理、技术特点、配套工具和现场应用。研究及现场应用表明,采用该技术比其他低渗透气藏压裂增产技术开发效果更好,投入成本更低,具有显著经济及社会效益。     

苏里格气田气井产水分析及新型泡排剂试验

分析了苏里格气田气井的产水类型,主要有地层水、淡化地层水、凝析水、凝析油及陈发型出水;分析了气井的井底积液特征,通过压力峰值、油套压变化、产气量变化曲线等特征可以判断气井井底积液情况。介绍了三种产水气井排查方法:生产动态分析法、关井恢复压力排查法、井筒压力梯度测试法,这三种方法是苏里格气田产水气井排查常用且有效的方法。介绍了泡沫排水采气的泡排剂优选方法及优选原则,结合试验区所产地层水的水质分析情况,优选了ERD-05起泡剂和ERD-06泡排棒这两种泡排剂;优化了泡排剂的加注制度,进行了泡沫排水采气现场试验,试验井排水、增产效果明显。     

深井欠平衡环空岩屑对井底压力影响的研究

大庆油田在长垣东部利用深井欠平衡钻井技术进行深层气勘探，取得了较好的勘探效果，及时发现和保护了气层，但许多欠平衡井都是在接单根后效才能点火成功，表明在钻进过程中井底未能达到欠平衡状态。通过对井底压力影响因素和深层欠平衡钻井情况的分析，提出了环空岩屑影响井底压力的计算方法并编制计算软件，计算表明实际钻井过程中环空岩屑对井底压力的影响很大，在5000 m左右的深井低密度欠平衡钻井中，环空岩屑影响井底压力高达3~4 MPa，甚至更高，比大庆油田深井欠平衡钻井动负压值控制范围0~2 MPa要高很多，造成井底过平衡，影响勘探效果，对储层产生伤害。因此，在深井欠平衡钻井设计以及现场施工中应充分考虑环空岩屑对井底压力的影响，以提高欠平衡钻井井下负压控制水平。     

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。     

套铣穿越打捞一体化技术的研究和应用

塔里木油田的油气水井大多属深井超深井,高温、高压差、高含硫化氢、酸化压裂腐蚀对井下机具和套管造成很大损伤,井下机具、管串落井事故频发。随着开发的深入,套管渗漏、变形、破裂、错断的现象不断增多。通过技术改进和常规工具改装,实现套铣穿越打捞一体。该技术缩短了事故处理周期、降低了事故处理成本,提高了事故处理的成功率,为井下复杂事故处理积累了经验。     

高温高压超深气井油管柱屈曲行为研究

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并以塔里木油田某超深井为例,针对管柱屈曲行为开展了油管柱屈曲形态与其横向位移、油管—套管接触压力分析。结果表明:(1)所建立的高温高压深井超深井油管柱屈曲分析有限元模型可以对油管柱屈曲形态进行全井段分析,复杂力学工况下的油管柱中和点到封隔器处的油管柱处于非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲;(2)油管柱底部轴向压力为205 k N时,油管柱接触段的顶部和底部分别发生正弦屈曲、螺旋屈曲自锁现象,该自锁现象可能导致油管柱处于永久性的屈曲状态。结论认为,所建立的模型可用于分析油管—套管屈曲过程中的屈曲形态、接触压力及其摩擦力,为油管柱屈曲形态、摩擦损伤失效分析及预防措施制定等提供了方法和依据。还提出了延长管柱使用寿命的措施建议:油管柱坐封前在井口施加适当的提拉力、增加底部油管柱结构尺寸、提高井口油压或适当降低产量等。     

水平井预置管柱完井与连续油管带底封分段压裂一体化技术

在大牛地气田致密气藏开发中,常规水平井预置管柱分段压裂为其主体技术,但该技术存在分级滑套逐级缩径、不能全部返出的分级球滞留井底的问题,不利于压后排水采气、地层测试及后期措施改造等作业。预置管柱与连续油管带底封压裂相结合的完井压裂工艺可以达到全通径的工程技术要求,通过压裂材料优选和压裂施工参数优化,在A井进行了现场试验,压后获得无阻流量6.07×104m3/d。同邻井应用效果对比来看,采用预置管柱完井与连续油管带底封分段压裂工艺施工效果明显好于固井完井压裂效果,与采用常规预置管柱裸眼封隔器压裂工艺效果持平,可进一步推广应用。     

基于井下作业载荷的A环空带压值计算研究

当前气井环空带压现象日趋普遍,部分井已严重影响其安全生产。环空带压机理较为复杂,大致可以分为温度效应诱发的环空带压、鼓胀效应诱发的环空带压、泄漏或密封失效等因素诱发的环空带压等,文章主要讨论鼓胀效应诱发的环空带压机理及相应的计算模型。对于两端固定且封闭的油管柱,当油管内压力大于油管外挤力时,油管柱的外径发生鼓胀(即鼓胀效应),导致油管和套管之间的环空体积减小,从而诱发环空带压。笔者运用弹塑性力学基本理论,将油管柱简化为薄壁圆筒,推导出了油管柱内压力与其膨胀量、A环空带压值之间的关系模型,为环空带压安全评价和下一步治理方案提供理论依据。