考虑井筒完整性的固井方案风险评价方法

在吉木萨尔页岩油藏开发过程中,压裂导致井筒完整性失效的问题严重,不同固井方案下的失效位置和比例差异较大。为研究固井方案对压裂时井筒完整性的影响,基于该地区固井现状构建了二开特征水平井Ⅰ井和Ⅱ井,分别选取这2口井在一开、二开井段的相同位置及Ⅰ井水泥环与钻井液的固液交界处作为关键节点进行研究。采用有限元软件模拟压裂施工对井筒的影响,明确了压裂时不同固井方案下井筒不同位置处套管和水泥环的应力分布规律,分析了全井筒多节点的失效风险,优选了固井方案。研究结果表明:B环空内是钻井液时油层套管的Mises应力明显大于是水泥环时,损伤风险更大;B环空中水泥环的受力大于C环空,且顶部有较高拉伸破坏风险,底部有较高压缩破坏风险;固井方案Ⅰ相较于方案Ⅱ完整性失效风险低。风险评价及优选结果可为拟压裂井的固完井方案设计提供指导,为优选安全经济的固完井方案提供参考。

油层保护策略下的井筒完整性分析

油层保护策略与井筒完整性分析的协同优化是提高油气田开发效益的关键。本研究探讨了两者之间的内在联系,提出了一套综合性的评估方法和保护措施。研究表明,有效的油层保护策略不仅能够提高油气采收率,还能维护井筒的长期完整性。通过分析井筒完整性面临的主要挑战,包括地层应力变化、腐蚀磨损、完井方式影响等,建立了一个多维度的评估体系。结果表明,通过优化完井设计、实施科学的修井作业和加强井筒技术管理,可以显著提高井筒的完整性,延长油气井的生产寿命。这种协同优化方法为油气田的可持续开发提供了新的思路和技术支撑。

页岩油气井筒完整性控制技术专题介绍

页岩油气是一种重要的非常规油气资源,其井筒服役完整性对油气开采的安全性与经济性有重大影响。自2012年页岩气进入工业开发以来,井筒失效模式及控制技术发生了重大变化,亟需开展针对性和系统性的攻关研究。我国页岩油气井主要特征是长距离水平井、复杂多级水力压裂以及地质工程一体化,服役环境主要特征是位移控制的地质运移难以有效阻挡,以西南地区页岩气最为典型。井筒完整性控制的难点除常规的强度与密封问题外,套管过量变形突出,给固井后压裂作业带来重大障碍。长距离水平井造成井筒应力分布的极端非对称性;复杂多级水力压裂导致井筒由传统的静载过渡为循环动载服役状态,对井筒设计中套管及水泥环的强度校核、密封设计提出了严苛要求;地质工程一体化与复杂裂缝、断层等地质运移活动密切相关,水力压裂造成的复杂地质缝网亟需更先进的井筒强度设计方法。

海上双油管气举井筒完整性风险评价研究

针对海上双油管气举生产过程中井筒完整性失效风险,建立了新的风险评价模型,将风险归结于设计难度、井筒失效、影响程度3个方面。利用Bow-Tie模型、肯特风险评价模型,结合双油管气举井筒屏障单元,构建了完整的风险评价指标体系,并分析得到风险因素35个。对风险因素建立量化评价标准,基于井筒完整性失效大数据,等比例确定各评价指标的权重,通过风险矩阵法评估风险发生的可能性和后果,实现对井筒完整性风险等级的划分。将以上方法应用于涠洲12-1油田双油管气举井,明确该井的风险等级,并结合主要风险因素分析,给出风险处理措施。研究结果表明:该方法可为海上双油管气举井筒完整性现场管理提供参考,以降低事故风险。

井筒完整性监测方法在CCUS中的应用探讨

实施碳捕集、利用和封存(CCUS)技术中,开展补能提效和地下埋存都需要通过井筒进行注入作业,管柱或固井水泥环失效导致CO_(2)窜漏,会极大影响动态埋存率和驱油效率。从目前多种井下油套管窜漏点测井方法入手,采用氧活化、多参数、噪声测井等综合测井方式,监测注CO_(2)井的可疑窜漏点,结合实际测井资料及应用效果形成一套准确、高效、可行的综合找漏测井方法。对CO_(2)封存井筒完整性前期测井评价到中后期泄露监测进行了技术适应性分析,提出了静态先导评估与动态时移监测阶段下的配套方法。经Y27井现场应用,监测出该井1700 m处为可疑漏点,通过对该点实施化学堵漏后恢复注气。该方法为油气田CCUS项目开展封存监测提供了思路。

某海上气田井筒完整性失效概率计算

某海上气田属于“中等-高含二氧化碳、微含硫化氢”凝析气藏,长期生产时套管易发生腐蚀失效,破坏井筒完整性,诱发环空带压,不仅严重影响经济效益,还会危及到海洋的生态环境和工作人员的人身安全。因此,识别该气田潜在的安全隐患,建立完备的完整性评价方法具有重要意义。为此,系统调研了井筒完整性相关标准的发展现状,结合渤中该气田的特点,基于故障树分析法识别了井筒完整性失效的3个主要模式和34个因素,并通过故障树分析法与贝叶斯网络的映射关系,得到了气田井筒完整性失效的贝叶斯网络模型。最后以井X进行了实例计算,得到了其井筒完整性失效概率,并通过敏感因素分析,反向推理了该井井筒完整性失效的关键因素,并通过对受时间影响的参数进行调整,最终实现了气井筒完整性失效概率的动态预测。研究结果表明:X井服役第3年的井筒完整性失效概率为0.051,在第8年达到0.167,主要影响因素为腐蚀、环空带压,在生产中应当加强管控。

一种井筒完整性检测工具

井筒完整性贯穿油田开发的整个过程,本文介绍了一种超声测井技术的井筒完整性检测工具,该工具利用超声反射原理对套管内、外壁进行检测,评价套管损伤和固井质量情况,已经在油田上多次使用,为油田工程作业提供了可靠的数据信息。

井筒完整性保护工作液的研究与应用

随着渤海油田的开发、补充地层能量及生产需求,注水井数量逐年增多。注水井井筒的腐蚀结垢问题,已成为影响油田安全生产因素之一。为提高井筒的完整性,本文通过对注水井井筒腐蚀的机理及原因分析,开发出了适用于降低注水井井筒腐蚀、结垢等问题的井筒完整性保护工作液,其适用范围广,配伍性强,在高矿化度盐水体系中仍具有良好的缓蚀性能。现场应用结果表明,作业井多年后其原井管柱外观良好,未见腐蚀现象,且未发生管柱结垢遇卡等复杂情况,表明该工作液可有效延长井筒使用寿命,降低作业频次。

页岩气水平井压裂对井筒完整性的影响

以弹塑性力学为基础,借助复变函数与应力场分解,对页岩气压裂过程中水平段套管-水泥环-地层系统的力学行为进行分析研究,通过接触面上位移连续条件得到了系统各接触表面的受力表达式;以Drucker-Prager岩土屈服条件为破坏准则,得到了水泥环达到屈服时的最大套管内压力,并讨论了套管及水泥环参数变化对系统受力行为的影响规律。计算结果表明:水泥环内表面比套管更容易达到屈服极限,水泥环厚度对水泥环内壁受力影响较小;增加套管壁厚,有利于保护井筒的完整性;套管内径和水泥环弹性模量对水泥环内壁受力影响较大,套管内径和水泥弹性模量越小,则水泥环越安全。研究结果对于页岩气压裂过程中井筒完整性设计控制具有一定的参考价值。

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。

高温含CO_2气井的井筒完整性设计

高温含CO2气井(特别是海洋及深水油气井)的井筒完整性备受关注,因它涉及太多的具体技术、材料和工具及装备。为此,在深入研究挪威石油工业协会和美国石油学会最新发布的井筒完整性技术标准的基础上,结合已经取得的经验和大量的实验评价成果,重点对投产期的井筒完整性设计框架进行了研究。提出了井筒完整性设计理念,推荐了井筒腐蚀完整性管理方法及技术流程,给出了井筒安全屏障系统划分方法,从实体屏障、水力屏障、操作屏障3个方面讨论了井筒安全屏障分类和功能,以及油管柱设计及完整性管理。同时,给出了固井水泥屏障设计要求及方法,强化了井筒水力屏障对井筒完整性的作用,重点阐述了井筒的腐蚀完整性评价和管理的"适用性"理念和方法。针对海洋气井,还提出了适合的油套环空保护液,将环空保护液和水泥面之上滞留流体按水力屏障对待。

套管段井筒完整性风险评价方法研究

井筒完整性评价的目的在于了解井筒风险状况,以便防止井筒结构产生失效破坏。影响井筒完整性的因素包括技术套管完整性、水泥环质量和地层因素3个环节,技术套管完整性是井筒完整性最重要的因素,而水泥环质量不好和地层条件差会增大井筒失效的风险,因此,整个井筒失效是3个环节失效综合的结果。利用层次分析法建立了套管井段井筒完整性的系统模型,给出了井筒完整性评价的整体思路,提出了利用套管监测、预测、测井等手段评价任意井段的井筒完整性方法,给出了对任意井深井筒完整性状态及全口井井筒完整性状态的风险评价模型。

页岩气井井筒完整性若干研究进展

在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题,主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果,总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入,认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中,压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注,并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的,通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系,对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性,还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果,对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。

变内压条件下井筒完整性的弹塑性分析

针对套管内压变化影响井筒完整性问题,将套管、水泥环和地层视为弹塑性材料,从微间隙的形成及水泥环周向拉伸破坏两方面综合分析井筒的完整性,采用有限元方法模拟研究水泥环和地层机械参数变化对井筒完整性的影响。结果表明:水泥环弹性模量越大,越易形成微间隙和发生水泥环拉伸破坏;水泥环泊松比越小,形成的微间隙尺寸越大,越易发生水泥环拉伸破坏,但泊松比的影响程度较弹性模量小。地层弹性模量越小,越易形成微间隙且间隙尺寸较大,越易发生水泥环拉伸破坏;地层泊松比越大,形成的微间隙尺寸越大,但其影响程度较弹性模量小;地层泊松比变化对水泥环拉伸破坏的影响较小。在形成微间隙之前就可能会发生水泥周向环拉伸破坏。

腐蚀环境下基于井筒完整性与流动保障的完井技术

为保证油井安全高效生产,研究了一套适合含H_2S、CO_2等腐蚀性气体的井筒完整性与流动保障的完井技术。根据研究区块油藏地质特征,基于油气井节点分析理论,优选了完井管柱尺寸及举升方式;考虑完井管柱和关键完井工具尺寸等因素,优选了研究区块油井完井井身结构及配套的完井管柱结构;根据材质选择图版及完井成本确定了完井管柱材质。在此基础上,对完井管柱在初始状态、下入管柱、稳定生产、气举生产及起出管柱等关键工况下的强度进行校核,并设计了配套的完井工艺。该完井技术在研究区块25口井应用效果良好,不仅能够满足油井正常生产,而且具有防腐、防沥青等特点,可推广应用于国内外同类油田。

CO_2驱注入井井筒完整性分析与风险评价

针对CO_2驱油藏开发过程中注入井井筒完整性进行分析,将CO_2驱注入井井筒完整性评价分为井口、管柱及井筒三大单元,给出了井筒完整性评价指标,并利用层次分析法确定各完整性风险影响因素的权重。在此基础上,利用风险矩阵法建立CO_2驱注入井井筒完整性风险评价模型,确定注入井井筒完整性风险值和风险等级。利用以上方法对吉林油田某CO_2驱注气井井筒完整性进行评价,确定了井筒完整性主要风险因素和风险等级。研究结果表明:CO_2驱注入井井筒完整性风险评价有助于降低注入井安全事故风险,能够有效指导CO_2驱安全施工和完整性风险管理。

顺南5-1井回接双级固井井筒完整性分析

塔河油田顺南5-1井设计采用?177.8 mm回接双级固井工艺,一级固井后未能建立二级循环通道,导致无法进行二级固井作业。为确保该井井筒完整性,基于机械式双级箍结构及工作原理,下两趟钻分别进行下压开孔及下压关孔作业,经过分析排除地面设备及双级箍原因造成无法建立二级固井循环通道的可能性,确定此复杂情况产生的原因是一级固井水泥浆领浆因长时间静止而稠化后失去流动性。基于分析结果对回接双级固井工艺进行改进,优化套管扶正器安放,固完井后先进行回接插入完成分级箍开孔后再进行芯轴式悬挂器坐挂,固井前做好水泥浆性能测试,可有效避免此类问题的再次发生,为此类井筒完整性问题的解决提供了有利借鉴。

利用分段固井方法提高页岩气井筒完整性

我国目前页岩气开发中,出现了严重的井筒完整性问题,部分区块的套管变形比例甚至达到了40%,导致分段压裂改造失效,已经严重制约了我国页岩气开发进程。文章在分析页岩气井筒完整性失效原因的基础上,针对分段压裂过程中套管承受严重非均匀载荷的难题,提出了分段固井方法,即针对容易产生井筒完整性失效的井段,其环空不固井,而是注入一段流体,在其相邻井段则进行正常固井作业。其优势是将分段压裂过程中可能产生的极端非均匀外挤载荷转化为均匀外挤载荷,从而达到防止套管变形,提高井筒完整性的目的。针对该方法的可行性及其对分段压裂与缝网体形成的影响等进行了讨论,认为总体上利大于弊。该方法有助于解决我国页岩气开发中面临的井筒完整性失效瓶颈问题。

川西高温高压气井井筒完整性优化设计及应用

川西须二气藏埋藏深,具有高温、高压、含CO_2的特点,恶劣工况导致井筒失效问题十分突出。统计分析表明导致川西须二气井井筒失效最主要的因素是套管磨损,其次为CO_2腐蚀,再次是井口失效,还有粘扣、套管质量缺陷等失效模式。根据井筒失效分析结果,结合井筒腐蚀预测、剩余强度计算、管柱力学分析,提出了从套管防磨、管柱防腐和井口装置优选三方面提高井筒完整性的优化设计方法,并在新场、大邑等区块进行了初步应用,取得明显的应用效果。

井筒完整性的定义、功能、应用及进展

国际石油界从石油天然气发展与许多事故中认识到建立和应用井筒完整性的必要性、重要性。挪威NORSOK D-010标准说明了井筒完整性的定义,被国际石油界推崇和应用,成为比较公认的井筒完整性标准。用完整性的"四个特性"和图解对井筒完整性进行了分析解释。井筒屏障是实现井筒完整性的关键,对井筒屏障及其组件的结构与功能进行了深入研究,主要功能:一是防止地层流体在未控制的情况下外泄或窜入另一个地层的风险;二是保护油气资源、地下水和环境。采用2幅典型图例说明了井筒屏障在作业中的功能与结构组成。指出了井筒完整性与井筒屏障在安全作业中容易发生的主要问题,对策是完善井筒完整性与井筒屏障标准化、规范化,并从技术上、作业与操作上、组织管理上加强对全生命周期各施工作业的一体化设计、提高技术水平和工程质量、实行全程全方位监测和组织措施等。