预防气体水合物堵塞的深水油气井测试安全阀下入位置研究

深水油气井测试过程中,容易发生气体水合物堵塞井下安全阀的问题,为避免出现该问题,研究了安全阀合理下入位置的确定方法。利用气体水合物相平衡微观试验装置,在室内模拟了地层水矿化度下多组分气体水合物在水中的相变过程,得到了温度和压力对气体水合物相平衡的影响规律;分析了气体组分、水深、地温梯度和井口压力对生成气体水合物的影响,预测了气体水合物的生成区域,从安全和成本2方面考虑给出了安全阀最小下入深度的确定方法。研究发现,气体组分、水深、地温梯度、井口压力均会影响安全阀的下入位置,产出气中乙烷、丙烷和丁烷含量增加更易生成气体水合物;同时,水深越深,地温梯度越小,井口压力越大,生成气体水合物的区域越大,安全阀需要下入到更深的位置。研究认为,上述研究成果可为深水油气井测试中安全阀下入位置的确定提供参考。      

深水气井测试过程水合物形成预测

深水气井测试过程中,水合物的形成会对测试作业造成很大影响,甚至导致整个测试作业的失败,进而引发重大事故。为保证深水气井测试的安全、顺利进行,有必要对测试期间水合物的形成规律进行分析,预测水合物可能形成的区域,加强水合物形成的预防工作。基于深水测试工况,针对开井流动与关井求压阶段,建立了温度压力的计算模型,并结合水合物生成条件,提出了深水气井测试不同施工阶段水合物生成区域的预测方法。对一口深水井的计算表明,开井流动期间,流量对水合物生成条件有很大影响,流量越低,水合物生成区域越大;关井阶段及初始流动阶段,管柱内压力较高,温度较低,形成水合物风险与区域较大,必须采取相应措施抑制其生成。     

海洋气水同产井井筒中天然气水合物非平衡生成风险预测

受海水低温环境的影响,气水同产井井筒中天然气水合物(以下简称水合物)非平衡生成问题突出,增加了井筒堵塞等安全事故发生的风险。为此,基于前人建立的甲烷水合物相平衡模型、水合物生成与分解动力学模型,建立了含水天然气采出过程中井筒温度和压力分布模型、海洋气水同产井水合物非平衡生成与分解理论模型;然后基于有限差分法进行数值模拟计算,形成了一套适用于海洋气水同产井生产过程中水合物非平衡生成风险预测方法(以下简称水合物生成风险预测方法);在此基础上,采用某陆上产气井LN-X的数据对该预测方法的可靠性进行了验证,进而研究了不同参数影响下海洋气水同产井井筒中水合物的非平衡生成与分解规律。研究结果表明:①随着日产气量增大或含水率升高,井筒中生成水合物的区域范围减小,同时水合物物质的量也减小,井筒越不易被堵塞,对海洋气水同产井的安全生产越有利;②井口油压越大,井筒中生成水合物的区域范围越大,同时水合物物质的量也越大,越容易堵塞井筒,对海洋气水同产井的安全生产越不利;③不同海面温度下水合物生成区域的范围一致,并且水合物分解区域的范围也一致,水合物物质的量仅在井口位置附近有差异,海面温度越高,水合物物质的量越低。结论认为,所形成的水合物生成风险预测方法可靠,可以为海上气藏的安全生产管理提供理论指导。     

深水气井测试过程中水合物相态曲线的研究与应用

针对深水气井测试过程中井筒温度场的变化带来水合物生成的巨大风险,易导致测试管柱堵塞、环空出现较大的带压值等严重问题,对水合物生成相态曲线在深水气井测试过程中的多方面应用进行了研究。首先在深水气井测试井筒温度场精确预测的基础上,结合水合物相态曲线,定量预测了测试期间管柱内水合物的生成区域,计算得出了测试管柱上的化学药剂注入阀的下入深度,并设计确定了测试期间井筒及地面油嘴处水合物抑制剂的注入量,形成了深水气井测试水合物相态曲线应用方法。该方法在南海深水某气井进行了综合应用,计算得出该井测试期间化学药剂注入阀下入深度为2 450 m,井筒及地面油嘴处水合物抑制剂注入分别为甲醇和（3%～5%）乙二醇,综合应用测试作业工作制度,测试期间井筒无水合物生成,地面油嘴处水合物生成注入抑制剂后压力下降约13.6%,保证了现场测试作业的成功实施,可为其他深水气田测试过程中天然气水合物的防治提供借鉴。      

深水气井测试流动保障研究

目前国内外对深水气井测试的研究工作主要集中在深水钻完井、管柱受力分析和水合物预测方面,对于深水气井测试流动保障这一领域还未深入开展研究。从渗流理论出发,结合井筒流动模型和井筒温度模型,将形成的气藏-井筒耦合模型与预测水合物的p-T图统一起来,预测深水情况下水合物生成的位置比单纯的井筒模型预测结果更为精确。通过分析影响水合物形成的影响因素,给出多种情况下相应的防治措施,从而保障测试的顺利进行。以南海荔湾的某口井资料进行测试验证了该方法的合理性。     

深水钻井井筒中天然气水合物生成风险评价方法

综合考虑天然气水合物相平衡条件、井筒温度-压力场和地温梯度,建立了深水浅部地层天然气水合物生成区域预测方法和深水钻井中井筒内天然气水合物生成区域预测方法。分析结果表明深水浅部地层钻井比深部地层钻井生成天然气水合物的风险更大。在此基础上引入过冷度密度对不同井深处的天然气水合物生成风险进行定量评价,同时基于施工参数的无因次化建立了重点区域天然气水合物生成风险定量评价方法。实例计算表明:深水钻井中海底井口附近和隔水管下部水合物生成风险等级最高;钻井液导热系数、入口温度、排量和NaCl浓度对井筒中天然气水合物生成风险影响最大,可以根据各施工参数的敏感因子并结合现场实际情况定量优化钻井设计和施工,从而降低或避免风险。     

深水气井测试初开井温度和压力模型及其在水合物预测中的应用北大核心CSCD

深水气井测试初开井阶段为典型的非稳态变化过程,采用稳态模型计算的温度和压力误差较大,导致水合物预防缺乏准确依据。综合考虑开井过程、海洋与地层环境差异、井身结构、测试管柱尺寸、产量以及气体上升过程中的膨胀做功等因素,建立了深水气井测试初期管柱内温度和压力模型;在此基础上,结合水合物相平衡条件,得到了深水气井从开井到稳定生产阶段的水合物生成区域预测方法。不同开井产量和开井时间对水合物生成区域影响规律分析结果表明,管柱内温度随着开井时间的增加而相应升高并逐渐趋于稳定,而水合物的生成区域会随着开井时间增加而逐渐减小,达到稳定后保持不变;初开井产量对水合物生成区域影响较大,适当提高开井产量有助于降低水合物生成风险。本文建立的预测方法可以为深水气井作业水合物防治方案设计提供依据。     

深水井筒海水聚合物钻井液水合物生成抑制与堵塞物处理方法

在南海西部深水钻井过程中对于水合物的防治过于保守,使用的水合物抑制钻井液——HEM钻井液成本高,钻速低。为了降低钻井液成本,缩短钻井周期,针对深水钻井过程中低成本聚合物钻井液下水合物生成堵塞风险与处理方法问题,结合南海莺琼盆地BD区块钻井情况,对聚合物钻井液下不同气体组分的水合物生成相平衡曲线,不同工况下水合物生成区域,井筒水合物堵塞处理等开展了研究,得到不同工况下井筒水合物生成风险区域,优选了动力学抑制剂聚M-乙烯基己内酰胺作为水合物生成抑制剂,热力学抑制剂乙二醇作为水合物堵塞解堵剂,并在室内设计形成10种新型动力学抑制剂,其中动力学抑制剂DS-A3对水合物的生成有良好的抑制效果。实验研究以及BD某井现场应用表明：(1)在正常钻井循环、压井、关井工况下没有水合物生成区域,不会有水合物生成堵塞风险;(2)综合考虑抑制效果与成本,0.8%聚M-乙烯基己内酰胺对井筒水合物的抑制效果最好,45%的乙二醇对于解除井筒水合物堵塞风险效果最好;(3)在没有特殊复杂井下工况情况下,只要停钻时间不超过15 h,可以直接使用聚合物钻井液进行深水钻井,平均单井钻井液成本下降50%～70%,创造良好的经济效...     

深水气井测试中天然气水合物的抑制和调控方法

深水气田完井测试过程中,井筒温度场的变化会使油气热量散失,导致生成天然气水合物、环空出现较大的带压值等严重后果,影响油气井的安全完井、测试及井筒的完整性。文中分析和对比研究了水合物热力学抑制剂注入、井下节流、保温油管和保温测试液等水合物抑制机理和调控方法,对研制成功的保温测试液进行了性能评价。用不同方法计算和模拟了深水测试过程中的井筒温度场,并对南海西部2口深水气井现场测试中水合物抑制剂注入和保温测试液进行了分析。现场应用表明,保温测试液能有效抑制水合物生成,且具有工艺简单、可控性好、危险程度低等优点,不仅填补了国内深水水基保温测试液技术的空白,还保障了深水测试作业安全顺利实施,有力地促进了深水测试关键技术的研发和应用。     

某深水油田集输管线水合物生成预测及防治*

深水油气钻井和开发过程中极易生成天然气水合物,对深水钻井和油气集输造成严重影响。某深水油田的伴生气组分复杂,现有水合物生成预测模型计算误差较大。为准确预测该油田伴生气的水合物生成风险,本文利用天然气水合物微观实验装置,模拟油田多组分气体,进行了水合物生成条件测定,并探索了乙二醇对多组分气体水合物生成的影响。研究表明,在温度低于15℃时,某深水油田的伴生气的相平衡条件低于甲烷和二氧化碳,高于乙烷和丙烷;在温度高于15℃时,其相平衡条件低于甲烷、乙烷和二氧化碳。这表明,与甲烷气体相比,该多组分气体由于乙烷、丙烷等的存在,更容易生成水合物,且水合物晶体呈针状生长,其针状结构会迅速发展成体型结构,极易造成管线堵塞。在集输管线流体平均压力为5 MPa时,40%的乙二醇溶液可使模拟气体的水合物相平衡温度降低5.3℃,为该油田水下油气集输过程中的水合物防治工作提供了理论依据。图10参19     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测北大核心CSCD

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

深水气井测试期间不同产量条件下水合物形成区域预测方法

水合物问题是深水测试必须考虑的问题,其关键影响因素是温度与压力。基于水力学与热力学理论,针对深水测试的特殊工况,建立了压力与温度计算模型。通过数值求解,得到了不同产量条件下测试管柱内的压力与温度分布。将计算结果与水合物形成条件相结合,对深水气井测试条件时不同产量条件下水合物生成区域进行了预测。结果表明,产量越低,管柱内压力越高,最低温度值越小,导致水合物生成区域越大。对于水深1500 m、测试管柱为114.3 mm条件下,产量低于20×104m3/d时,管柱内将出现水合物。因此,在低产量条件下,深水测试时必须采取措施抑制水合物生成。     

深水钻井井筒中天然气水合物生成区域预测

综合考虑天然气水合物生成热力学、温度和压力条件,预测深水钻井井筒中天然气水合物生成区域.针对深水钻井的特点,建立了多相流控制方程组(包括各相的连续性方程和动量守恒方程)、环空和钻杆内的温度场方程以及水合物生成热力学方程.针对不同的钻井工况给出了方程的定解条件、方程离散方法以及求解步骤.通过仿真算例讨论了在钻进、停钻和压井过程中相关参数对天然气水合物生成区域的影响规律.结果表明:循环流量越高,抑制剂浓度越大,停钻时间越短,节流管线尺寸越大,水合物的生成区域就越小.算例研究还表明,多因素相结合抑制水合物生成的效果比单因素抑制水合物生成的效果更好.依据此计算方法还可对各参数进行优化.图7参16     

深水气井测试管柱内水合物沉积动态研究

针对深水气井测试管柱内水合物沉积及其对测试作业的影响程度研究不足的问题,在深水气井测试管柱内水合物生成风险区域预测的基础上,建立测试管柱内水合物生成计算模型和沉积预测模型,并以陵水深水气田S2井为例,进行了不同测试工况下测试管柱内水合物沉积厚度定量预测。研究结果表明,所建立的预测模型计算结果与室内环路实验数据的误差小于10%。现场实例应用表明,通过管柱内水合物沉积厚度判断井筒缩径率,理论计算测试2h后水合物沉积导致井筒缩径率为11%,导致井口回压下降1.78MPa,实际测得回压下降约1.86MPa,误差仅为4.5%。现场通过观察井口回压变化情况,及时调整水合物抑制剂注入参数,确保了测试作业的安全顺利进行。该研究对气井测试管柱内水合物沉积的防治具有一定的指导意义。     

深水气井天然气水合物生成、沉积特性与防治方法

井筒中天然气水合物生成和沉积形成的流动障碍是影响深水气井安全高效开发的重要因素。在深水气井不同工况下多相流动特性研究的基础上,考虑不同工况下的水合物生成和沉积特点及影响因素,建立了不同工况下的水合物流动障碍预测模型,揭示了不同工况下的水合物流动障碍形成机制,探讨了不同工况下的水合物流动障碍风险及防治方法。研究结果表明：初开井、测试、关井和冷启动工况下井筒中均存在水合物生成区域,但初开井和短时间关井工况下井筒中发生水合物流动障碍的风险较小,而测试和冷启动工况下井筒中可能会发生水合物流动障碍。上述工况下井筒中的水合物沉积层生长均是非均匀分布的,水合物沉积层厚度最大的位置是发生水合物流动障碍最危险的部位。针对深水气井不同工况的具体特点,提出了不同工况下的水合物流动障碍防治措施,并探讨了一些其他可能适用于深水气井的水合物防治方法。     

深水钻井井简中天然气水合物生成区域预测

综合考虑天然气水合物生成热力学、温度和压力条件，预测深水钻井井筒中天然气水合物生成区域。针对深水钻井的特点，建立了多相流控制方程组（包括各相的连续性方程和动量守恒方程）、环空和钻杆内的温度场方程以及水合物生成热力学方程。针对不同的钻井工况给出了方程的定解条件、方程离散方法以及求解步骤。通过仿真算例讨论了在钻进、停钻和压井过程中相关参数对天然气水合物生成区域的影响规律。结果表明：循环流量越高，抑制剂浓度越大，停钻时间越短，节流管线尺寸越大，水合物的生成区域就越小。算例研究还表明，多因素相结合抑制水台物生成的效果比单因素抑制水合物生成的效果更好。依据此计算方法还可对各参数进行优化。图7参16     

深水气井测试井筒温度场预测模型的建立及应用

目前对深水测试井筒温度场预测模型的研究较少,且现有模型存在预测精度误差大等缺陷。在深水气井测试井筒温度场预测难点分析的基础上,建立了深水气井测试井筒温度场预测模型,利用建立的井筒温度场预测模型对测试期间水基测试液性能参数进行了敏感性分析,得到了影响井口温度的水基测试液最优性能参数值,进而指导开发了一套深水气井测试保温测试液体系。模型验证及应用结果表明,本文建立的井筒温度场预测模型所预测的井口温度与现场实测井口温度最大绝对误差仅为3.4℃,使用本文研制的深水气井测试保温测试液后不同测试产量下的井口温度提升效果和水合物生成抑制效果均十分明显,本文研究成果对于深水气井测试具有重要指导意义。     

深水井控的七组分多相流动模型

针对深水井控的特点,考虑深水钻井外部的多温度梯度环境和天然气水合物相变,将井筒内流体分为7种不同组分,建立了七组分井筒多相流控制方程。利用全尺寸实验井对井筒多相流动规律和井筒压力计算精度进行了验证。以墨西哥湾Mississippi Canyon井钻井工况为例,应用所建立的七组分多相流动模型算法,从溢流和井喷过程模拟、压井过程模拟及天然气水合物相变对井控参数影响等几个方面对深水井筒多相流动规律进行了分析。模拟发现,气体在沿井筒上升初期膨胀量比较小,进入隔水管内后开始明显膨胀,越靠近井口膨胀越剧烈。从溢流发展到井喷可分为3个阶段：井涌发展阶段、井喷阶段和井内喷空阶段。在井涌阶段末期,井底压力、泥浆池增量、隔水管内的气体体积分数等会发生剧烈变化,在极短的时间内演化为井喷。在深水压井过程中,由于节流管线内气体交换效应,节流压力的调节速度要高于陆地井控。由于水合物的生成,减小了泥浆池增量,降低了关井套压,给溢流的检测及气侵程度判断带来困难。     

深水油气井关井期间井筒含天然气水合物相变的气泡上升规律研究

深水油气井关井期间天然气水合物的生成会导致气泡迁移滞后,影响钻井安全作业周期,为此利用室内垂直圆筒模拟深水井筒环境,实验研究了甲烷气泡表面水合物膜生长特性,提出了考虑自然对流传热的水合物横向生长模型及水合物膜厚度预测方法;分析了水合物气泡变形率与莫顿数、拖曳力系数及雷诺数之间的相关性,据此建立了关井条件下井筒中含水合物相变的气泡上升速度综合预测模型,并对南海某井的安全作业周期进行了预测和分析。通过实验和模拟分析发现,建立的自然对流传热模型对水合物膜横向生长速率和厚度具有较高的预测精度;水合物气泡的变形率随莫顿数增大而减小,拖曳力系数随雷诺数增大先减小然后逐渐增大,并拟合得到了气泡变形率、拖曳力系数计算公式。研究表明,气泡表面水合物的生成显著降低了气泡的上升速度,延长了安全作业周期,但气体到达海底井口后水合物堵塞风险增加,现场应根据关井时间采取针对性的井控措施。