压井动态过程的理论分析及模拟计算

文中的动态井控理论模型是以气体溢流进入井内同泥浆形成两相混合物并存于环空中为基础,考虑了气液两相流动不同流型下的气体滑脱速度以及气液两相流动摩阻的影响,用有限差分方法建立了求解动态井控理论模型的差分方程组,给出了求解的具体算法.通过模拟计算研究了地层压力、溢流时间、压井排量及环空尺寸等对压井操作及压井最大套压等的影响.经过与压井实际数据的对比表明动态井控理论的计算结果比纯气栓泵送模型更符合并控实际.     

同心双管分注CO2井筒流动模型及影响因素

针对CO₂ 笼统注入过程中效率低、效果差等问题,提出了同心双管分注CO₂技术。根据热量传递原理和流体流动理论,建立了考虑CO₂相态变化的同心双管井筒流动与传热的数学模型,利用该模型研究了CO₂沿内外管环空和内油管的温度和压力分布规律,分析了井口注入量、注入温度、注入压力、内外管组合、注入层间距对CO₂在内外管环空和内油管中的流动压力和温度的影响。结果表明,在内外管井口注入参数相同的条件下,外管直径越大,内外管环空温度越高;当外油管直径不变时,内油管直径减小,内外管环空压力增加,内油管直径大小对内外管环空温度影响小;当内外管直径一定时,井口注入量、注入温度、注入层间距对内外管环空和内油管的温度、压力分布影响较大,而井口注入压力影响幅度较小。     

裸眼封隔器完井注低密度液的井控风险及对策

近年来,随着裸眼封隔器完井工艺技术的推广应用,在低孔低渗非均质油气藏取得了很好的增产效果,但在实际注替钻井液施工中却时常遭遇溢流显示,也增加了作业过程中的井控风险。为此,以LG022-H2井在作业中连续发生的2次溢流情况为例,通过系统分析该工艺在注替钻井液工况的环空液柱压力变化,找到了引起溢流的地质工程原因:1下完管柱注入低密度KCl液体使环空液柱压力低于地层流体压力;2丢手后使用清水替出井内钻井液,封隔器管柱内外形成的负压差使井底单流阀失效;3封隔器提前坐封,可能封闭地层溢出的带压气体,敞井换装油管头作业处于无控状态等成为作业中的井控风险。进而提出了完善设计内容、严格审查核实并严密组织施工的针对性措施和进一步完善该项技术的建议。为类似作业方案制订及施工中的井控安全分析提供了重要依据。     

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 ,难以用压力计直接测取井底压力 ,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 ,此时 ,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。     

欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟

正举法气举作业的实施效果直接决定着欠平衡钻完井施工的成败,特别是气举过程中的井下压力动态演变,关系到整个作业过程中的井控安全。正举法气举作业的实质是在井下停止循环的初始条件下氮气连续气举作业,井下流体由静止状态到气体穿越液体滑脱至井口的不同于常规稳态流动的瞬态气液两相流动。针对这一特殊流动研究,完成了停止循环开井条件下气举时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法和数学求解模型的建立,通过实际井数值计算连续气举时井下瞬态气液两相流特征参数变化得出规律性认识,如氮气沿井眼滑脱上升运动速度逐步加大、顶出钻井液随时间的增多、井底流压瞬时波动在初始阶段最大等。研究成果丰富了欠平衡氮气钻完井施工正举法气举作业的井筒流动模型体系和压力控制方案,增强了该特殊流动规律的认识,为井控安全提供了理论保障。     

下倾型页岩气水平井连续油管排水采气工艺

页岩气井水平段采用?139.7 mm套管完井,受地层构造影响,部分气井B、A靶点垂深差大,呈现下倾型特征,水平段携液能力差,随地层能量衰竭,积液易堆积在油管鞋以下水平段,造成气井水淹,采用气举、柱塞、泡排等工艺难以复产。在原有生产管柱内,优选更小尺寸的连续油管下至水平段,增大气体流速,提高气井携液能力,同时可实现小直径管+气举+泡排复合排水采气,排出水平段积液。研究表明,?50.8 mm连续油管适用于水气比小于 1.5 m3/104 m3气井,?38.1 mm连续油管适用于水气比小于1 m3/104 m3的气井。现场应用表明,下倾型水平段积液气井下入连续油管至水平段中部后,油套压变化稳定,气井连续携液气量降低,井筒内气液分布均匀,滑脱损失降低。连续油管排水采气工艺能够有效解决下倾型页岩气水平段积液问题,实现页岩气井低产阶段连续稳定生产。     

超声波成像法在多层环空井下漏点检测技术中的应用

目前,高温高压含硫气井在生产过程中环空带压现象普遍,井完整性面临巨大挑战.井筒泄漏是气井环空带压的主要原因,准确判断井筒泄漏途径及原因、找到泄漏点位置是科学制定环空带压治理措施的关键.介绍超声波成像井下漏点检测技术的基本原理,并在某高温高压含硫气井中开展多层环空带压井下漏点检测现场试验.结果表明,该井A、B环空均存在泄漏点,产层气通过油管丝扣进入A环空、并通过套管丝扣进入B环空,导致该井持续环空带压.采用超声波成像井下漏点检测技术能够在不动管柱的情况下,精准确定气体泄漏途径及原因,可为气井下步治理方案及制定相应的控制措施提供依据,具有良好的推广应用前景.     

欠平衡钻井多相流动理论与计算分析

把欠平衡钻井循环流动分为钻柱内向下流动和环空向上流动，按气、液两相流动问题研究该混合体系流动过程，建立新的理论模型。采用时间有限差分离散，空间有限体积离散的方法求问题的数值解。选取中国欠平衡钻井的常见井眼尺寸和常用的注入气、液速度范围，进行数值计算，分析得出，流动过程的流动型式主要为泡状流和段塞流，环空接近地面的井段有时为搅动流。举例分析在环空和钻柱内的稳定流动过程中，随井深增加，压力、含气率、多相流体密度等的变化规律；在环空流动过程中，随井深增加，斜井段与相应垂直井段的压力值不同。分析了在关小出口节流阀开度的不稳定流动过程中，环空流动压力值沿井深增加的变化过程；用实际井欠平衡钻进的随钻环空压力测量数据与本文理论模型及求解方法计算所得结果比较表明：计算结果能很好地反映钻进过程中环空压力的变化规律。图6表2参12     

欠平衡钻井多相流动模型研究

针对欠平衡钻井多相流动循环系统的难题，把欠平衡钻井循环流动分为钻柱内向下流动和环空向上流动来进行分析，按气、液两相流动问题研究该混合体系流动过程，建立了新的适用于钻柱内和环空的统一理论模型。采用时间有限差分离散，空间有限体积离散的方法求问题的数值解。举例分析了在环空和钻柱内的稳定流动过程中，沿井深增加的压力、含气率、多相流体密度等的变化规律；在环空流动过程中，沿井深增加斜井段与相应垂直井段的压力值不同；并分析了在关小出口节流阀开度的不稳定流动过程中，环空流动压力值沿井深增加的变化过程。该模型可以指导现场欠平衡钻井施工。     

海洋钻井井口承压保护装置的研制

海洋石油钻完井作业一般实行批钻批完模式,钻井作业结束后井口敞放,待一批井全部钻井结束后再转入完井作业。这种作业模式存在安全隐患,管内外都有可能有油气溢出,同时,由于没有安装油管四通、采油树或盲法兰,无法控制套管内的压力,有可能导致井涌、井喷等事故。针对上述情况,研制了海洋钻井井口承压保护装置,当钻井作业结束后,可直接将井口承压保护装置安装在套管头或油管四通上,能够方便快捷监测到井内压力变化情况;当发生溢流、井涌的情况下能够进行压井作业,恢复井下安全;此外还可防止井内落物,保证作业安全。海洋钻井井口承压保护装置结构紧凑、密封性能好、操作方便灵活、性能稳定可靠,填补了海洋油田井口保护空白,显著提高了批钻批完钻井模式的安全性。     

连续油管新型钻塞胶液在JY25-1HF井的应用

在连续油管钻磨桥塞施工中,由于连续油管设备及钻塞液的限制,钻屑难以返出井口,易出现憋泵、卡钻等复杂情况。为此,对现有连续油管钻塞液进行优化改性,引入多糖类高分子化合物为流型改性剂,通过材料优选及性能对比,研发出新型钻塞胶液。通过判别,该新型胶液属于幂律流体,计算得出,原钻塞胶液在管柱内和环空内均为紊流,循环压耗均为0,而新型钻塞胶液在管柱内为紊流,在环空内为层流,而循环压耗分别为1.7 MPa、0.116 MPa。新型钻塞胶液在涪陵JY25-1HF井连续油管钻磨桥塞施工中进行了试验应用,在注入10 m3时循环泵压最高,为1.80 MPa,与理论计算结果基本吻合,误差在1.80%。应用效果表明,新型钻塞胶液综合携带能力显著提高,携带量提高了2倍以上,值得进一步推广应用。      

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。     

气体钻井中气体携岩对钻杆的冲蚀机理研究

气体钻井中气体携岩冲蚀钻杆是引起钻杆快速失效的主要原因之一。基于此,文中采用计算流体动力学(CFD)方法建立了圆形规则井眼、钻杆居中情况下的高速气体携岩冲蚀钻杆的两相流模型。通过对环空气体流场、钻杆表面冲蚀速度和岩屑颗粒对钻杆的冲蚀过程及其运动轨迹的分析后发现,与钻杆接头斜坡碰撞的岩屑颗粒对钻杆有冲蚀作用,最大冲蚀速度发生在钻杆接头斜坡面上,其次在公接头以上0.2～1.8m长度范围内的钻杆本体表面上。这些区域可能形成严重的冲蚀坑,也可能出现微裂纹,在受到钻井过程中的弯、扭、拉等动载荷联合作用下可能发生裂纹扩展、失效现象。     

海上钻井井控期间液气分离器处理能力研究

钻井液气分离器是钻井过程中重要的井控设备，如果使用不当导致可燃气体到达平台，将威胁人员及设备的安全。针对目前钻井井喷期间井喷最大流量主要靠经验来估算，钻井所用分离器主要借鉴油气生产分离器的相关标准等问题，根据多相流理论，给出了钻井井控期间气体和液体的最大流量估算方法；通过对液气分离器的结构和工作原理的研究，考虑分离器的内径和高度、连接管线的尺寸、液封段的高度、钻井液性能、分离器内部气液流速以及分离器的冲蚀，得到钻井井控期间分离器失效的关键因素，指出分离器的失效存在4种形式:钻井液被气体携带排出，气体从排液管排出，钻井液从排气管排出和分离器冲蚀等，结合井喷条件给出了多因素融合的分离器评估方法，以案例的形式给出了老旧分离器改造的措施，保证钻井井控期间分离器的合理安全的使用。     

真空隔热油管内外管环焊搭接接头评价方法研究

为了评价真空隔热油管的内外管环焊缝性能,开发了一种新型环焊搭接试验方法。该方法以N80-1隔热管为试验材料,采用CO2气体保护焊进行环焊焊接,并对焊接接头进行了拉伸试验、DR检测以及金相分析。试验结果表明,在筛选出的最佳工艺下焊接的隔热油管内外管封焊缝的平均抗拉强度大于700 MPa,接近管体的抗拉强度;内外管封焊缝金属与母材熔合良好,表明所选工艺合理,且DR检测结果表明焊缝没有出现夹杂、气孔等缺陷。     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。     

深水钻井防喷器温度场数值模拟研究

深水防喷器所处环境为低温高压,如有气侵出现,容易在防喷器位置生成天然气水合物,阻塞防喷器,产生井口安全隐患。为此,结合深水钻井工况,建立了深水钻井条件下闸板防喷器与环形防喷器的三维空间模型,并利用Fluent软件进行了温度场数值模拟,得到了防喷器不同位置的温度场分布。在此基础上,结合天然气水合物生成条件分析了防喷器的温度场分布,以及加热管对防喷器温度场的影响规律,并优选了加热管的布置位置。结果表明,在模拟环境条件下,闸板防喷器横向位置依靠防喷器通径内壁加热即可满足天然气水合物预防要求,在纵向侧面1/4处布置加热管效果较好;管线数量对环形防喷器温度场的影响很大,为满足温度高于天然气水合物形成温度的要求,可以将优化加热管数量与保温措施结合起来进行。      

Casson流体轴向同心环空中速度及温度分布研究

将非牛顿流体动量方程、能量方程与Casson流体的本构方程相结合,推导出了Casson流体在轴向同心环空中的速度和温度分布公式.数值研究结果表明,由于Casson屈服应力的作用,轴向同心环空内存在柱塞流动,柱塞的大小与Casson屈服应力成正比,与压力梯度成反比.在其他相同的条件下,柱塞速度随环空尺寸的增大而增大.柱塞内温度呈对数曲线变化,柱塞外侧温度与内侧温度不同,从柱塞边界到管壁,温度逐渐减小.越靠近管壁,温度降低幅度越大.     

大斜度高液气比气井连续携液气流速预测方法

南堡油田天然气井液气比高,井型以定向井、大斜度井为主,现有携液液膜模型未充分考虑倾斜角的影响,导致临界携液气流速计算不精确。基于倾斜管环状流液膜厚度分布实验数据,提出了倾斜管底部液膜厚度与垂直管环状流液膜平均厚度之间的关系式,确定了垂直管液膜平均厚度以及界面摩擦因数的经验关系式,建立了大斜度高液气比气井临界携液气流速预测新模型。实验和生产数据表明,模型准确可靠,临界携液气流速平均误差?7.67%。该模型是对现有定向井携液理论的发展和完善,有助于提高气藏大斜度井的管柱设计水平、气井配产水平以及气井投产后的积液诊断能力。