气井环空带压临界控制值研究

为了保证环空带压气井生产阶段的井筒完整性,确定气井环空压力安全运行范围,建立了基于API RP 90-2推荐做法的环空带压安全评价方法,重点研究了气井环空带压临界控制值计算方法,提出了1套方便现场应用的环空压力管控图版,针对某环空带压气井进行了现场应用研究。研究表明:API RP 90是针对海上油气井环空带压安全评价的推荐做法,在API RP 90-2推荐做法发布以后已不再继续适用于陆上油气井;基于API RP 90-2的推荐做法考虑因素更为全面,推荐在陆上油气井使用;环空带压临界控制值不再是1个固定值,而是随服役时间增长以及相邻和自身环空压力变化等因素不断变化的值。     

海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术

为了有效预测海上气井环空带压油套管柱潜在失效风险及安全管理环空压力，提出1种基于井口压力、温度和液位多参数监测的海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术。首先，结合气井生产状态参数和完井信息，建立气井井筒压力分布计算方法；然后，根据力学知识分析气井环空带压油套管柱应力场特点，进而提出利用环空带压井油套管柱安全系数作为油套管柱失效评价依据；最终，开发海上气井环空带压安全监测系统并开展现场案例井分析。研究结果表明:监测系统能够准确获取环空带压状态参数，通过环空压力状态变化分析阐述“A”环空带压机理为泄漏点处油套管之间压力平衡的保持；结合实际井口环空压力监测数据，井筒安全系数能够实时表征油套管柱安全状态。     

环空带压气井液位测试方法改进研究及应用

为了实时有效监测环空带压气井的液面位置,评价环空带压气井的风险,在传统回波定位技术基础上,提出了1种基于自相关分析的气井液位声波测试方法;建立了环空液位声波测试实验系统,开展了不同起爆压力下环空液位测试实验;对检测到声波信号进行平滑降噪和自相关分析,计算液面位置,并与真实液位进行对比分析;将该方法在现场含噪声的环空带压气井液位测试中进行了应用。结果表明:该方法能够对环空液位声波测试信号中的液面反射波进行有效提取;相比较现有在测试信号平滑降噪基础上提取的液面位置,降低了计算误差;同时,该方法能够在井下噪声环境中实现微弱液面反射声波的有效提取,其处理后的信号峰值指标更为突出,提高了测试系统对液位的识别能力,便于自动识别。     

海上气井环空带压地面监测诊断方法研究

为有效管理海上气井环空带压(SCP),建立海上气井安全屏障模型,分析得出引起SCP的23种气体泄漏途径;根据SCP特性及其形成原因,建立环空压力监测和组分分析结合的SCP诊断方法;针对油管失效泄漏这一最危险因素,建立利用环空保护液位置判断泄漏位置的方法,以及通过监测井口泄压速率诊断泄漏程度的方法。综合压力、流量、温度、液面及气体组分等监测指标,建立适合海上生产平台使用的SCP地面在线监测系统。结果表明:对于有SCP问题的天然气井,压力监测与组分分析结合能够排除热膨胀引起的环空压力;为准确判断引起SCP的泄漏量和泄漏位置,需要测量流量、温度和环空液位高度等参数。     

南海某深水高温高压气井SS-15型井口头系统薄弱点安全评价

为应对深水高温高压气井生产过程中井口系统复杂性、井口抬升等对整个井口系统完整性的破坏情况,研究环空压力、上顶力、温度、产量对井口头系统薄弱点的影响。基于数值模拟方法建立井口系统有限元力学模型,分析在不同环空压力与上顶力条件下,井口系统各部件的应力大小变化情况,为井口系统薄弱点位置的确定提供理论依据,进而提出深水高温高压井井口系统完整性的管控图版及方法。研究结果表明：环空密封本体与套管挂、锁环与限位槽的接触部位是薄弱点;同一环空压力下,上顶力越大,套管挂等效应力与锁环变形量越大;当上顶力超过700 t时,不论环空压力是否存在,均达到井口系统薄弱点屈服强度。因此,深水高温高压油气井应制定合理生产制度或管理措施,研究结果对保障井口系统完整性,降低深水高温高压井生产阶段风险具有一定参考意义。     

套管环空压力恢复与泄压预测模型研究

针对气井套管环空带压问题,通过研究气体在套管水泥环内的渗流规律,建立了气体渗流的连续性方程和运动方程,并求解出气体在水泥环中的渗流速率。通过分析井口泄压时针型阀处的气体流动状态,得出泄压时的气体泄放速率。以气体渗流速率和泄放速率为基础,结合井口的气体状态方程,分别建立了套管环空压力恢复与泄压预测模型。根据现场A气井实际数据进行实例计算,研究结果表明:所建模型计算的套管环空压力值与现场实测数据吻合,验证了模型的准确性。研究结果对套管环空带压的诊断评估和环空压力的控制具有重要意义。     

基于贝叶斯网络的气井井筒完整性风险评价

井筒完整性失效是气井生产中的主要风险,为有效评价井筒完整性风险,应用贝叶斯网络的推理与学习能力,建立了基于贝叶斯网络和Noisy-OR gate模型的井筒完整性失效概率计算方法和风险评价模型。由故障树分析将井筒分为管柱、水泥环密封性、井口装置、水力屏障和其他部件5个评价单元,确定了各单元的主要风险因素,建立了井筒完整性失效的贝叶斯网络拓扑结构;由Noisy-OR gate模型和历史数据,确定了贝叶斯网络的条件概率参数;将基于贝叶斯网络的失效概率与层次分析法相结合,确定了风险评价指标和等级划分标准;建立了气井井筒完整性风险评价方法。结果表明,该方法实现了井筒完整性失效概率的定量计算、风险的定量评价和主要风险因素的反向推理,可为预防和控制井筒完整性失效提供决策依据,有助于降低井筒完整性失效风险。     

含硫气井井筒完整性风险评价研究

针对含硫气井开发过程中井筒完整性失效风险,建立了含硫气井风险评价模型。采用Bow-tie模型将井筒完整性的失效形式分为水力屏障失效、实体屏障失效和操作管理屏障失效3个方面,确定了含硫气井井筒完整性失效的28个风险因素;基于层次分析法定量确定了各风险因素的权重,通过风险矩阵法评估了风险因素发生的可能性与严重程度,实现了对井筒完整性风险等级的划分。将以上方法对某含硫气井进行了应用,确定了该井的风险等级及主要风险因素。研究结果表明:建立的风险评价模型能够对含硫气井井筒完整性进行评价,确定风险等级。该方法的应用有助于降低含硫气井的事故风险,可为含硫气井完整性现场管理提供参考。     

多因素耦合作用下的气井持续环空压力预测模型

为了明确油管泄漏、温度效应及多环空相互作用等多重因素耦合作用对气井持续环空压力的影响，首先，基于传热学、工程流体力学及渗流力学理论，充分考虑油管泄漏、温度和压力对环空流体与管柱的影响及多环空相互作用等因素，建立多因素耦合作用下的气井持续环空压力预测模型；然后，基于某气井现场数据验证预测模型的准确性；最后，对比分析考虑多因素耦合作用与仅考虑油管泄漏2种情况的环空压力变化特征及参数敏感性。结果表明：所建立的预测模型具有更高的精度，与仅考虑油管泄漏因素的模型相比，其预测精度提高了3.87%;多因素耦合作用下环空压力出现压力拐点，且恢复过程可分为A高速增长、B缓慢下降和C压力平稳等3个阶段。油管漏点小、初始环空压力下、油管内壁压力小及漏点深度浅的情况下，更加需要考虑多因素耦合作用对环空压力的影响。     

高温高产气井自由套管热应力研究

高温高产天然气开采所诱导的环空流体热膨胀及套管所受的热应力对井筒安全带来严峻挑战,套管爆裂及井口装置密封失效事件时有发生,因此,研究井口热应力及套管头升高十分必要.综合考虑井筒温度场、各层套管水泥返深、套管强度与力学稳定性等因素,建立了未封固井段自由套管轴向载荷及变形的计算方法,研究了高温高产气井热应力对套管及井口装置安全的影响.最后,以我国南海某气田为例,进行了井口热应力与套管头升高值的计算.结果表明,自由套管段的温度变化与各层套管水泥返深是影响井口热应力和套管头升高值的主要因素,井口热应力随表层套管和导管的水泥返深增加而增大,优化各层套管的水泥返深可以减小井口热应力;同时,随日产量增大,井筒温度升高,井口热应力和套管头升高值增加.     

油气井井筒系统可靠性评价方法与应用

为了保障油气井尤其是高温高压含腐蚀性流体油气井的安全长效生产，针对油气井井筒结构设计的可靠性开展研究。利用可靠性原理，通过分类分析典型油气井井筒部件构成，开展井筒可靠性定量分析方法设计，建立了油气井井筒系统可靠性框图和井筒部件、系统可靠性定量分析数学模型；采用该分析方法对Y油田进行井筒系统可靠性定量估评，估评结果表明:如果采用针对性的措施工艺设计，该油田井筒系统可靠度在投产十年后为0.794 8，与常规设计相比可靠度提高165.64%；评估结果可为Y油田井筒系统设计提供参考；从应用情况来看，与预计情况相符。     

海上超高温高压钻井井筒温度压力场耦合研究

为研究海上超高温高压钻井井筒温度压力的变化规律,基于流体力学和传热学理论,考虑超高温高压井筒环境对钻井液密度以及钻井液流变参数的影响,建立海上超高温高压钻井井筒温度压力耦合预测模型,并利用实例井现场随钻数据进行模型验证,分析正常钻进期间井筒温度压力的变化规律。研究结果表明：对井筒温度而言,钻井液流变性变化的影响大于钻井液密度变化的影响,耦合计算温度结果要大于不耦合计算的温度值,且两者之间的温差随井深的增加越来越大;对井筒压力而言,钻井液密度变化对当量循环密度ECD(equivalent criculating density)的影响要大于流变性对ECD的影响,且耦合计算的ECD要小于不耦合计算的ECD值。该耦合模型可以提高井筒温度压力的预测与控制精度,并降低超高温高压地层窄密度窗口中的安全钻进风险,研究结果对超高温高压钻井精准的井筒温度压力预测及控制具有重要意义。     

中国南海高温高压井钻完井损失工时事件统计分析

为研究我国南海高温高压井钻完井、测试损失工时事件规律，对2009—2018年中国南海高温高压探井钻井日志进行分析，汇总501起海上高温高压井钻完井损失工时事件，并将其划分为复杂情况及事故停工、自然停工、修理停工3大类进行研究。结果表明:复杂情况及事故停工事件数与年份无明显关联，但与地质资料准确度关系密切，修理停工事件数随年份呈现震荡下降趋势；复杂情况及事故停工总损失工时最多，其中卡钻损失工时占比最高；修理停工总损失工时最少，其中钻井设备故障损失工时占比最高；灾难天气、洋流或地质活动是造成损失工时最多的原因，不安全行为是单起事件平均损失工时最多的原因，设备老化是修理停工最主要原因。研究结果可为后续高温高压井钻完井非生产时间成本估计模型提供数据基础。     

水平井油基钻井液气侵溶解气膨胀运移规律研究

天然气进入井筒并溶解于油基钻井液会对钻井安全产生潜在威胁,溶解气随钻井液运移到井口附近突然发生析出 并膨胀,使气侵早期监测及预警的难度显著增加。为了降低井喷发生概率和钻井作业风险,针对水平井油基钻井液溶解 气运移规律进行了研究。采用气液两相流模型,模拟了不同初始气侵速率情况下甲烷溶解气和游离气随钻井液在水平段 和垂直段的运移过程,得到环空中钻井液的流速变化、甲烷析出过程、井筒环空气液两相流流型变化、泥浆池增量随时 间变化和截面含气率沿程分布等规律。模拟结果表明,油基钻井液发生气侵时的初始进气率存在临界值;在小气侵速率 情况下,侵入环空的甲烷将以溶解气的形式运移到井口,在井口分离释放,对钻井安全构成的威胁较小;而当气侵量超 过临界值时,在环空上部发生气体分离,分离点迅速下移,如不及时控制,在极短时间内便可演化为井喷,危险性极大 。     

典型三床RTO设备燃爆危险性数值模拟研究*

为研究苯、甲苯、二甲苯混合废气在三床蓄热式废气焚烧炉内部的燃烧过程,基于FLUENT软件建立典型的三床蓄热式废气焚烧炉的物理模型和数值模型,重点分析进气风量和混合可燃气体-空气摩尔占比对其内部压力变化规律的影响,以期可为其安全设计提供借鉴。研究结果表明:燃烧室内的温度变化与燃烧速度变化保持一致,可通过监测RTO燃烧室内的温度来定性评估气体燃烧速度,随着进气风量的增加,混合废气燃烧速度先升高后下降后再升高;从能源损耗和安全生产2个方面综合考虑,得出RTO运行的最佳进气风量为15 000 m3/h到30 000 m3/h,最佳的混合可燃气体-空气摩尔占比为0.15~0.2,这与RTO实际工况相符合,解释RTO装置内废气积聚导致爆炸事故的原因,燃烧过程中压力出现2次峰值超压,实际生产中需在2个时间节点多加防范。     

防喷盒聚氨酯胶筒密封性能及其主控因素分析*

为使连续管防喷盒密封胶筒满足深井、高压气井等工况的密封需求,基于有限元方法建立胶筒密封模型,以胶筒密封面上的有效接触应力作为密封性能的评估指标,研究胶筒的结构、材料和工况等参数对防喷盒胶筒密封性能的影响,明确防喷盒胶筒密封性能的主控因素。结果表明:井筒介质压力、胶筒硬度、胶筒与连续管的间隙和摩擦系数是影响胶筒密封性能的主要因素,且井筒介质压力增大,防喷盒胶筒的密封性能增强,当胶筒硬度为75,85 HA、间隙为1.5 mm、摩擦系数为0.1时,胶筒的密封效果更好。连续管的运动方向对胶筒的密封性能有影响,连续管的运动速度对胶筒的密封性能基本无影响。