地下储气库注采管柱密封试验研究

为了研究注采管柱在交变载荷下的密封性能,评价注采管柱气密封螺纹对储气库井工况的适用性,通过研究储气库井工况下注采管柱所受载荷的变化情况,在实验室内进行注采管柱气密封循环试验。以177.80 mm×9.19 mm的气密封螺纹套管为例,按标准密封循环试验和多周次气密封循环试验分别进行。试验结果表明,依据API RP 5C5标准进行的套管气密封试验不满足储气库井多次注采作业和压力的变化需求;在拉伸-压缩载荷交变循环过程中,注采管柱在注采压力下的耐压缩能力较低,且经过多周次交变循环后其额定密封承载能力下降。     

拉压交变载荷下螺纹接头密封面接触压力分析

为了筛选出适用于拉压交变载荷工况下的注采管柱气密封螺纹接头,基于弹塑性接触非线性理论,采用有限元分析方法,考察了轴向拉压交变载荷作用下,储气库注采管柱接头密封面接触压力的分布特点。以2种密封形式(球面/柱面、锥面/锥面)的套管接头密封结构为例,重点研究了不同循环周次交变载荷作用下,主密封面和台肩面上的接触压力随接触长度的变化规律。分析结果表明:随着从拉伸到压缩状态的不断转变,2种密封结构主密封面最大接触压力和有效接触长度均发生不同程度增加,而锥面/锥面密封结构具有较小的相对增加量。锥面/锥面密封形式的有效接触长度相对较长,台肩面辅助密封效果较好,但应合理控制其台肩顶端的应力集中问题。建议储气库注采管柱采用锥面/锥面密封结构的螺纹接头。所得结论可为储气库管柱螺纹的优化选择和设计提供参考。     

气密封检测技术在储气库注采井中的应用

地下储气库具有天然气季节性调峰和能源战备的功用,其完井管柱长期承受交变压力,管柱的密封性将直接影响整座储气库的运行寿命。为了保证完井管柱的完整性,长庆油田储气库建设过程中首次引进了管柱气密封检测技术。介绍了新型气密封丝扣检测技术的设备和原理,叙述了长庆油田储气库两口水平注采井应用3SB扣油套管的检测试验概况。应用结果表明:油套管在试验压力下泄漏很难避免,泄漏率与套管上扣扭矩以及试验压力并无直接对应关系,也不能作为管柱泄漏判断的直接依据。而气密封丝扣检测技术检测灵敏度高,达到了0.000 1‰,可以准确检测出发生泄漏的问题套管,应用该技术可以保证管柱的完整性。     

交变载荷对苏4储气库注采管柱安全性影响研究

随着储气库的注采运行,注采管柱承受周期性的交变载荷。现有注采管柱安全性研究多未能考虑并模拟交变载荷工况。如何解决运行阶段注采管柱的强度校核与设计问题是亟待解决的问题。采用有限元仿真模拟技术,分别建立苏4储气库注采管柱和气密封扣三维模型;按照储气库的实际运行工况加载边界条件,模拟在多个运行周期内注采管柱本体强度和气密封扣的密封性变化;采用塑性应变疲劳理论,研究注采管柱的疲劳寿命。研究发现,在苏4储气库注采工况下,注采管柱强度和密封性能可满足要求;丝扣螺纹的齿根部位易产生塑性累积发生疲劳破坏;注采管柱的疲劳寿命大于注采周期,可满足要求。     

气密封检测技术在储气库井应用研究

国内油气田天然气井随着天然气开采出现大量环空带压现象,造成严重安全隐患,据资料统计环空带压现象90%左右由螺纹泄漏引起[1]。特殊扣油套管受到螺纹类型、加工误差、材质选择、运输磕碰、不规范操作、密封脂的选择等方面的影响,都可能导致螺纹出现气体泄漏[2]。在金坛盐穴储气库已投产注采井运行过程中,已经有4口井出现环空带压,给储气库的安全运行带来一定的安全隐患。利用气密封检测技术对金坛储气库注采完井管柱螺纹进行密封检测,有效剔除泄漏管柱入井,避免因螺纹泄漏引发环空带压。目前该技术在金坛储气库4口井注采完井作业中成功应用,为储气库的长期注采运行提供了安全保障。     

华北储气库注采气井管柱优选研究

随着华北油田储气库群建设工作逐步展开,对注采井管柱优选是储气库安全运行的重要保证。通过对气藏注采方案下不同管径的注采能力、携液和冲蚀情况进行分析,优选出注采井管柱管径;同时,通过对比直井注/采过程油管的受力计算,和对丝扣连接强度校核\,抗内压强度和抗外挤强度校核,并考虑到温度和压力的作用,计算出管柱受力情况,进而优选出管柱级别。基于该方法优选的储气库注采管柱在储气库注采井得到采用,效果良好。     

砂岩储气库注采井完井工艺技术

砂岩储气库注采井必须满足安全和强注强采的要求,注采井射孔工艺推荐高孔密、深穿透以及油管传输一次负压射孔。注采井管柱采用永久封隔器或可取封隔器防止井流物对上部套管和井下安全系统的腐蚀,并采用气密封丝扣。注采井管材选择应考虑储存气体含腐蚀介质的情况,管柱尺寸应考虑最大采气量下的气体冲蚀和满足携带液体的能力,井口应耐高压和腐蚀,并装配井下安全阀。以我国已建成的第一座储气库——大张坨储气库为例,总结了砂岩储气库的完井工艺,可为后续储气库的完井设计提供借鉴。     

新疆某油田热采井套管接头密封脂评价试验研究

新疆某油田红003井区热采井工况为:井深500 m,注采井口压力13 MPa,注采井口温度不超过340℃,使用年限6年。针对其对套管接头耐高温密封螺纹脂的要求,对采用普通API螺纹脂和两种不同耐高温螺纹脂的套管接头进行了模拟热采井工况的系统实物对比评价试验,为红003井区热采井偏梯形螺纹套管接头优选适合的密封螺纹脂。结果表明:普通API螺纹脂(CS-3)、TP-2189螺纹脂和TRT-300耐高温螺纹脂经过试验后均结块破碎或呈粉末状,无法有效地堵塞泄漏通道,故无法达到套管密封要求。     

天然气储气库老井井身质量检测与再利用

长庆气田在某含硫气区储气库建设中,结合中石油储气库建设相关指导意见,采用MIT+MTT、声幅-变密度和超声波成像等技术,对G2×开发老井开展了管柱腐蚀和固井质量检测评价,为老井再利用和短期注采试验提供了依据;并对比分析了相关检测技术,为油(气)井井身质量检测提供参考性的意见和建议。同时在G2×井修井后进行的周期10个月注采试验表明:该井井筒状态良好,达到了注采平衡,满足短期注采试验要求。     

连续油管动态监测技术在相国寺储气库中的应用

储气库注采井注采能力是储气库工程设计中的关键参数,决定了储气库的最大应急调节能力,对已完钻的注采井开展准确的注采能力评价就显得尤为重要。针对相国寺储气库注采井大井斜角、长水平段、复杂注采管柱结构和强注强采等特点,开展动态监测技术适应性分析,优化连续油管动态监测工具及施工方案,并进行了2口注采井在高注气量条件下的连续油管动态测试现场施工作业,获取了动态监测数据。对现场施工工艺、配套工具及监测数据评价分析表明,连续油管动态监测技术可满足储气库注采井动态监测施工要求,录取的的数据真实可靠,能为注采井最大调峰能力的确定和注采井的调整提供充分的依据,对类似储气库注采井动态监测工作具有借鉴意义。     

适用于大注采气量水平井注采能力测试的连续油管测试技术——以重庆相国寺地下储气库为例

重庆相国寺地下储气库的注采井以大斜度井和水平井为主,完井管柱复杂且单井注采气量大,常规的测试工具、仪器和工艺都无法满足气井注采能力测试的需要,亟需研发与之相适应的测试技术。为此,通过工具配套、仪器改进、工艺优化,形成了适用于该储气库大注采气量水平井注采能力测试的连续油管测试技术,在现场成功进行了10口井12井次的注采能力测试,并对测试结果进行了对比分析。研究结果表明:①所形成的技术能够满足大注采气量水平井注采能力测试的要求,测试获得的气井最大注气量为260×10~4 m~3/d,最大采气量为225×10~4 m~3/d;②同一口井的注采能力存在着差异,因而有必要针对每口井在不同注采周期进行注采能力的测试与评价;③大注气量情况下,近井地带呈现高速非达西渗流状态,对注采安全有可能形成威胁,周期注气后近井地带储层温度降低将影响库容大小。结论认为,所形成的连续油管测试技术录取的数据真实可靠,为储气库注采井的注采能力评价、单井注采计划安排和库容盘点等提供了技术支撑。     

酸性气藏地下储气库采出气组分变化规律研究——以鄂尔多斯盆地陕224储气库为例

在酸性气藏改建地下储气库方面,国内外尚无相关成熟经验可供借鉴,研究酸性气体在地下储气库注采生产过程中的组分变化规律对指导该类储气库生产运行具有重要意义。为此,以鄂尔多斯盆地陕224储气库为例,简要阐述了研究区块内酸性气体的成因,建立了酸性气体组分模型,预测了酸性气体在注采过程中的组分变化规律,并通过直井和水平井注采试验对组分预测结果进行验证。结果表明:①直井和水平井注采试验验证了组分模型预测酸性气体含量的变化趋势,注采试验对研究区块酸性气体进行淘洗,使该区块酸性气体含量整体下降,在今后的注采周期内采出气酸性气体含量会越来越少,最终能达到国家二类商品气标准;②同一周期采气初期,酸性气体含量较低,随着采气量的增加,酸性气体含量也会增加;③在第1个注采周期酸性气体含量下降较多,在不同注采周期采气初期会有一定时间的安全生产期;④注采气量的差异导致了酸性气体分布的不均衡性,注气量多的地方采出气酸性气体含量较低,注气量少的地方,采出气酸性气体含量高。     

气藏型储气库注采运行物理模拟研究与应用

气藏型地下储气库运行过程中常出现实际库容量小于设计库容量及运行效率低等问题。为此,研发了物理模拟实验系统,定量研究了气藏型储气库建库与注采运行机理。以水侵砂岩气藏储气库为例,采用该系统针对储气库高速反复注采的工况,研究了建库气驱机理、多周期注采过程气水渗流规律及其对库容量和注采能力的影响,确定了影响气库运行效率的主控因素;并与矿场生产实际运行效果进行了对比分析。结果表明:1储层受边水运移影响,孔隙空间可利用程度逐步降低,气相渗流阻力逐步增加,从而影响气库扩容及注采效果;2储层的可动含气孔隙空间比例随注采周期增加呈上升趋势,由于受储层孔喉分布非均质性、驱替压力梯度限制以及细小孔喉较强的毛细管力作用,扩容所增加的可动孔隙空间有限,使可动孔隙空间利用效率较低,约为45%;3物理模拟孔隙空间利用率与储气库实际运行过程变化趋势相同,误差在5%以内。结论认为:该物理模拟实验系统所得结果的可靠度较高,有助于制定合理的运行制度,最大限度地提高储气库运行效率。     

盐穴地下储气库排卤管柱盐结晶影响因素实验研究

在盐穴地下储气库注采井注气排卤阶段,常因排卤管柱内部饱和卤水析出晶体而导致排卤管内壁结晶、排卤流量减小、注气排卤时间及成本增加,严重时甚至还可能导致排卤管柱被盐结晶堵死,无法继续注采作业。为此,通过分析研究卤水盐结晶成因,发现过饱和度、温度、卤水流速及排卤管内壁表面粗糙度是影响排卤管柱内卤水盐结晶的主要因素,据此设计了相应的实验。研究结果表明:①卤水盐结晶受温度影响,卤水在排卤管中低速流动且温度降低1℃时,管内壁即会结晶;②排卤流量越小,流体剪切力越小,生成的盐结晶结构不易被破坏,结晶现象越明显;③相同条件下,排卤管内壁表面越光滑,新生成的晶核不易附着、生长,排卤管内壁生成的盐结晶量越少。结论认为:盐穴地下储气库注气排卤过程中,采用高温淡水低流量反冲洗、升高注气温度以及排卤管内壁加涂油漆等措施,均有助于预防和解决因盐结晶而带来的堵管问题。     

龙王庙组气藏高温高压酸性大产量气井完井难点及其对策

为了实现对四川盆地安岳气田下寒武统龙王庙组气藏的安全高效开发,减少因冲蚀、腐蚀、丝扣渗漏和完井工艺不合理等因素所导致的安全屏障失效和环空异常带压等问题,在分析该气藏完井主要技术难点的基础上,重点进行了完井方式优选、管柱材质实验评价与优选、管柱丝扣密封性能评价、井下管柱结构优化设计以及管柱抗冲蚀性能评价等方面的研究与现场试验。形成了一套适合于高温、高压、含酸性介质、大产量气井的配套完井技术:(1)优选了适合的完井方式、管柱材质和扣型;(2)形成了不同配产条件下的管柱结构;(3)制订了针对直井和斜井的完井工艺及完井过程施工质量控制措施。现场应用效果表明,该配套技术有效降低了大产量生产对管柱和井下工具的冲蚀以及射孔作业对生产封隔器密封性能的影响,提高了完井施工质量,对于减少后期生产过程中环空异常带压具有较好的效果。可为类似气田的开发提供参考。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

储气库注采管柱静、动力学安全性评价及软件开发

在储气库高速交变注采的特殊工况下,注采管柱的力学强度安全性将变得非常复杂。为了准确方便地评价注采管柱的力学强度的安全性问题,开展了储气库注采管柱静、动力学安全性评价研究,并开发了相应的评价软件。首先,根据注采管柱的实际结构和受力特点,建立了封隔器对管柱作用力的计算模型和注采管柱振动的有限元模型,通过模态分析,研究了带封隔器管柱的固有频率和振型;在模态分析的基础上,对储气库注采管柱进行了瞬态动力学研究,分析了距封隔器不同距离管柱的振动位移、速度和加速度的变化规律;根据不同时刻管柱的轴向力和应力分析,计算得到了注采管柱的动力学安全系数;最后,开发了储气库注采管柱静、动力学强度安全性评价软件,该软件包括数据库模块、管柱静力学分析模块、管柱动力学分析模块和管柱安全性评价模块,为储气井注采参数的优化或优选以及注采管柱安全的运行提供参考。     

基于正交试验的气密特殊螺纹油管接头密封性能研究

开发深海油气需要钻探大量超深井、大位移井,井下油管需要承受水下复合载荷的综合作用,这对气密特殊螺纹油管接头的密封性能提出挑战。以?99.25 mm×6.45 mm气密油管特殊螺纹接头为研究对象,以密封面最大接触压力为考核指标,依据ISO 13679标准A系试验载荷包络线对正交优化试验结果进行密封性能分析。分析结果表明：密封面最大接触压力影响因素敏感性由大至小的顺序为：密封面角度>扭矩台肩角度>螺纹承载面角度>螺纹锥度>螺纹螺距;气密特殊螺纹油管接头参数最优组合为密封面角度10°、扭矩台肩角度-12°、螺纹承载面角度12°、螺纹锥度1∶18、螺纹螺距4.8 mm;优组后油管接头在ISO 13679标准A系试验载荷下各加载点密封性能良好。所得结果对气密特殊螺纹油管结构的进一步优化设计具有指导意义。     

酸性气田气井采用组合油管柱的优越性

在高含H₂S和CO₂共存的气田深井中,为了既保证生产气井井底不积水,又要保证气井在生产过程中管柱不发生冲蚀;实现低成本高效地开发酸性气田,保证气井安全生产,必须对气井井下管柱进行优化。以徐深气田气井为例,在给定的生产条件下,采用73.0 mm×850 m+60.3 mm×2 880 m组合油管柱和73.0 mm单级油管柱都不会有天然气水合物生成;采用组合油管柱比采用73.0 mm单级油管柱更不容易生成天然气水合物,说明采用两级或两级以上不同尺寸的组合油管柱在高含二氧化碳和高含硫化氢气田气井中具有更大的优越性。该方法对低成本高效地开发酸性气田具有重要的参考价值。     

呼图壁地下储气库气井冲蚀产量模型及其应用

气井临界冲蚀产量是地下储气库气井配产的重要参考因素之一。为此,根据经典计算模型,结合气藏工程原理,详细研究并推导了适合于准噶尔盆地呼图壁地下储气库气井冲蚀产量的模型公式;并据此公式分析了影响冲蚀产量大小的主要因素（管柱内径、流动压力和气体温度等）与影响规律（冲蚀产量与管柱内径、流动压力呈正比关系,与气体温度呈反比关系,且受管柱内径变化的影响较大）;在调研大量文献的基础上,参考国内其他地下储气库的资料,结合呼图壁地下储气库的实际情况,确定了该储气库气井的经验常数C值大小;从气井冲蚀产量大小的角度人手,计算并优选出Φ１１４．３ ｍｍ管柱为该储气库的直井管柱;还研究了安全阀部位的冲蚀规律,认为在实际采气阶段Φ８８．９ ｍｍ安全阀存在阶段性的冲蚀,应定期检查并及时更换安全阀,确保其正常使用。