川东北三高气井完井测试井口装置选型研究

针对川东北三高气井完井测试过程中高压、高产、高含硫对井口装置带来的安全问题,通过最高井口关井压力预测、井口流温预测、流体腐蚀分压预测,研究形成一套适合川东北河坝区块超高压、高产气井测试井口装置选型技术。该技术对取全、取准气藏测试评价资料,保证测试作业设备仪表完好,确保操作人员的健康和安全具有重要的现实意义。     

深层气井测试管柱结构探讨

深层气井测试具有高温、高压的特点,测试施工中要根据不同井况选择不同的测试工具。通过近几年的应用总结出了适合不同井况的管柱结构,使深层测试的成功率逐步提高,满足了深层气井的勘探需要。     

深层气井油管力学分析及软件开发

对深层气井的油管管柱建立了数学模型,对其受力与变形大小进行了分析计算。应用LabWindows/CVI 2009编制了深层气井油管的力学分析软件,并对徐深气田的典型深层气井开展了应用研究。通过对油管的应力分布及变形量的计算,可以进一步对油管的安全性进行评价分析,与实测资料比较,表明模型较为准确。     

高温高压气井测试管柱的横向振动与稳定性

从测试管柱内的气流流动诱发管柱横向振动与管柱稳定性的角度进行了分析。根据汉密尔顿(Ham ilton)原理推导了输送天然气的测试管柱横向振动方程,给出了测试管柱横向振动频率与失稳的临界速度计算方程,并讨论了管内流体流速对管柱的振动频率和稳定性的影响。结果表明,天然气在管柱内流动对管道的振动频率和稳定性有较大影响,管柱横向振动的固有频率取决于管道的抗弯刚度EI、管道的几何参数(跨距L、过流面积A)、管内流体密度ρ和流速v,且随着管内流速v、跨距L的增加,管柱横向振动频率呈下降趋势;高温高压气井高流速作用下的实际测试管柱在井筒中可能存在多处失稳,进而导致封隔器失封、测试管柱连接螺纹松扣甚至疲劳断裂等事故。     

高温高压深井天然气测试管柱力学分析

高温高压深井由于地层具有很大的不确定性,测试过程中油气产量、压力、温度等参数变化范围大,使得深井测试中易出现井下工具和管柱变形、断裂等问题。以测试井井筒压力、温度预测计算为基础,结合高温高压深井的特点,分析了压力、温度变化和流体流动引起的活塞效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应和温度效应对井下测试管柱受力和变形的影响,并建立了测试过程中井筒内温度、压力随井深变化的预测模型,编制了高温高压深井的测试管柱力学分析软件。该成果为高温高压深井测试管柱强度设计与校核、施工参数计算等提供了依据。     

深层气井带伸缩短接测试管柱设计与应用

伸缩短接能有效改善测试管柱的受力状况，提高测试作业成功率，越来越广泛地应用到深层气井作业中，但如何对带伸缩短接测试管柱进行力学分析和优化设计，已经成为困扰现场作业工程师而又急需解决的技术难题。为此，首先建立了伸缩短接力学分析模型，在此基础上建立了带伸缩短接测试管柱在封隔器内不能移动情况下管柱、封隔器以及封隔器处套管的受力分析数学模型，并针对深层气井特点建立了管柱强度校核方法，为伸缩短接启动载荷计算、安装位置确定、长度设计以及管柱优化设计提供了理论依据。将研究成果应用于川东北元坝2井，对测试管柱重新设计后，使原本无法满足施工要求的测试管柱满足了高温高压深层气井的施工要求。     

高压射孔测试管柱力学行为仿真

在高压深井中,测试管柱的损坏成为油气井测试失败的主要原因之一。管柱在下端受压会发生螺旋屈曲,受力变形比较复杂,难以应用理论公式直接进行准确的计算,无法正确反映井下复杂的实际情况。采用ABAQUS有限元分析软件建立中和点以下测试管柱三维仿真模型,综合考虑管柱轴向力、井壁摩擦力、内外压、管柱自身重力等影响因素,对其在不同危险工况下进行管柱力学行为模拟。形成了一套基于ABAQUS软件下研究测试管柱变形的分析方法,并在某地区A井的应用中取得了良好的效果。此方法能够真实地反映测试管柱的变形规律,可对深井勘探现场测试工作提供系统的技术指导。     

地层测试管柱力学分析

地层测试是油气田勘探和开发的重要过程。在地层测试过程中,测试管柱在多种载荷作用下,形成复杂的应力和应变,有时会引起管柱的屈服破坏、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈曲,造成较大的经济损失。根据地层测试作业过程,考虑井眼轨道、测试管柱的组成、井内流体的性能、管柱内外压强、管柱与井壁的摩擦系数、地温梯度、空气温度、油管温度、测试阀的类型、封隔器的类型、封隔器的活塞效应、管柱螺旋失稳效应等参数,建立了测试管柱在整个作业阶段的力学分析数学模型,并用差分法求解,给出沿整个管柱的拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性、伸长等参数。用Visual Basic 2008编制了计算软件,并进行了现场应用。     

支撑式跨隔测试管柱力学分析及其应用

与传统的单封隔器管柱相比,支撑式跨隔测试管柱受力状况更加复杂,测试风险加大,常常失利。为了解支撑式跨隔测试失败的原因,为管柱组合及施工参数选择提供依据,根据支撑式跨隔测试的特点和传统管柱力学研究的不足,用微元体分析法和能量法对有限长跨隔段、支撑段管柱的屈曲行为重新进行分析,求得了有限长管柱的屈曲临界载荷和屈曲构型。分析表明,有限长管柱有3种屈曲构型:1个半波弯曲、2个半波弯曲和螺旋弯曲。据此,可以计算有限长管柱的附加弯矩及附加弯曲应力,校核其强度安全性;可以合理组合管柱、合理确定测试压差。当井径一定时,可以作出跨距-测试压差安全施工界限图。该研究指导了塔中和轮南地区若干口井的跨隔测试,测试成功且没有发生管柱、工具损坏事故。     

油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

在油气井测试过程中,特别是高温高压气井、超深井、水平井的测试,测试管柱在轴向力、管内外压力、弯矩、扭矩及温度等因素的作用下,会形成复杂的应力和应变,有时会造成管柱断脱和屈服破坏。为此,开发了油气测试管柱力学分析与优化设计软件。该软件考虑井眼轨道、测试管柱结构、测试阀类型、井内外流体性能、管柱内外压力、管柱与井壁间的摩擦因数、管柱温度及地层温度,可计算出油气测试过程不同作业阶段管柱的受力状态,包含管柱的轴向拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性状态及伸长等参数,可以对多级管柱组合的各级长度进行优化。现场应用结果显示,软件的计算精度满足工程作业需要。     

川东北高压、高产、高含硫气井测试地面流程设计

川东北高压、高产、高含硫气井在测试过程中,由于地面流程设计不合理,地面管线、管汇设备刺漏以及天然气水合物堵塞等问题严重。目前关于这方面的研究很少,仅有的设计方法也只是针对一般气井,而用于高压、高产、高含硫气井地面流程设计结果偏差很大。因此,基于质量、动量、能量守恒原理和比焓梯度方程,建立了描述天然气管流压力、温度分布的预测模型。在此基础上进行管汇台选型及流程级数优化,考虑高压、高含硫气井的特点,针对含抑制剂和不含抑制剂两种工况建立了水合物形成条件预测模型,并进行水套炉的优化选型。以元坝1-侧1井为例进行地面流程设计,对不同产量下井筒温度分布以及水合物生成的压力、温度条件进行预测。现场应用表明,设计的地面流程完全能满足测试要求,设计方法可在高压、高产、高含硫气井测试中推广使用。     

某高温高压气井油管泄漏试验研究

某高压气井在酸化压裂后的试喷过程中发生特殊螺纹油管接头泄漏,起出后检查发现扭矩台肩部位有大量腐蚀。对该规格油管进行复合载荷条件下的气密封性能试验和耐腐蚀性评价试验。结果证明,在静态载荷作用下,油管气密封和耐腐蚀性能可满足工况要求。应用排除方法分析了台肩面处的摩振腐蚀和复杂应力状态是导致腐蚀的原因,可较好地解释实际腐蚀现象。提出了今后油管特殊接头设计与应用研究的方向,以解决该类腐蚀问题。     

异常高压特高产气井井下管柱力学分析

对异常高压、特高产气井完井及生产过程中的管柱受力进行分析,是确保气井长期安全生产的重要课题之一。现有的管柱力学计算方法基本是建立在Lubinski模型的基础上,只能分析、计算封隔器坐封好后由于温度、压力的改变而产生的温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋弯曲效应,而对于封隔器坐封前后管柱受力的变化、浮力的转移、生产过程中气体的粘滞力则没有现成的计算模型。文章通过将管柱受力分解为管柱入井、假定工况不变且无位移情况下的封隔器坐封以及工况改变且有位移时的封隔器坐封三步,在逐步推理的过程中分析了克拉2气田3口异常高压、特高产气井在完井过程中的管柱受力问题,对封隔器坐封前后浮力的转移、坐封过程管柱受力的变化进行了分析计算。并且采用新方法对生产过程中气体的粘滞力进行计算,最终给出了针对异常高压、特高产气井完井及生产的安全建议。     

高产气井完井管柱横向振动分析

考虑完井管柱轴向激振力及自重力的影响,运用瑞利-里兹级数法描述了高产气井完井管柱挠曲变形方程.以此为基础,根据雷利(L.Rayleigh)法导出了高产气井完井管柱横向振动频率方程,进而得到了钻柱在管柱相应振动频率下的钻速方程.分析结果表明:该数学模型的精度较高,实用性较好.为揭示高产气井完井管柱横向振动规律提供了一种行之有效的方法.     

高压高产气井完井管柱振动特性及安全分析

目前针对油气井完井管柱振动的研究没有考虑气体诱发管柱横向和纵向耦合情况,而实际管柱与管内流体存在横向和纵向的相互影响。为此,对完井管柱系统流固耦合振动响应进行初步分析和探索,建立了气井完井管柱流固耦合模型,编制了相应的Fortran程序,并结合华北油田某完井管柱现场数据,讨论了产气量、井口压力和气体密度等参数对管柱振动特性的影响。研究结果表明:在开阀门的瞬间,完井管柱产生剧烈振动,随着产出气体压力逐渐稳定以及管柱自身的刚度具有抵抗变形的能力,管柱的振动呈现逐渐衰减的趋势;随着产气量的增加或井口压力的降低,气体对管柱的作用力增大,管柱振动产生的变形增大;当气体密度增加时,管柱与气体之间的摩擦耦合作用加剧,管柱振动增强。研究结果对于降低完井管柱的振动和保护管柱安全具有重要意义。     

高压高产气井试气求产过程中油管挤毁失效分析

某高压高产气井试气用油管在试提中发生管体断裂掉落,并有管体挤毁和严重刺穿现象。通过对油管进行宏观分析、理化性能分析、微观金相分析试验,以确定油管发生断裂掉落以及挤毁和刺穿的原因。结果表明:在放喷求产过程中油管内存在气、液、固等多相流,可能会形成瞬时负压,增加了油管被挤毁变形的可能性;随后造成流道堵塞,油管内冲蚀严重,壁厚变薄发生刺穿,最后因拉伸强度不足而发生断裂。     

高压气井进行APR测试工具串的优选

在常用的APR测试管串中，LPR－N阀、APR－M2阀、APR－A阀均通过环空压力级别操作，但在一些井深、产量大、温度高的油气井测试时，开井活动期内地层油气以大产量生产，会将地层温度迅速带出，导致环空压力在操作压力的基础上继续上升而打开APR－M2阀，造成测试失败。本文以YK2井为例，论证了高压气井优选APR测试管串的必要性。     

气井测试高压防喷盒的改进

对旧式防喷盒的设计缺陷进行分析，并指出实际应用中存在的问题。应用CAD软件设计制作的改进型防喷盒克服了原设计的不足。经室内实验和现场应用，新设计的防喷盒密封效果较好，有效防止了测试过程中油、气外泄现象，大大提高了现场施工中的安全系数和工作效率。     

川东北高含硫气井测试作业安全控制技术浅谈

川东北地区气井普遍具有储层压力高、测试产量大及硫化氢含量高等特点,气井安全测试面临巨大的挑战。通过对川东北地区测试井控难点进行分析,重点从气井井筒安全保护、地面安全控制及作业过程的安全管理等方面进行了介绍。通过川东北地区近几年现场实践证明,探索出川东北高含硫气井测试作业安全控制技术成功实现了超深高含硫气井的安全测试施工,为川气东送工程的安全实施提供了保证。