水泥返高对气井持续环空压力的影响与分析

持续环空压力由气井井筒完整性遭到破坏引起,现有防治措施存在一定的局限性。为探究通过水泥返高调控持续环空压力的可行性,用一维不稳定渗流描述气体在水泥环中的运移过程,建立了基于物质守恒和体积守恒的含液环空持续环空压力计算模型,并给出了迭代求解方法。分析表明:持续环空压力随时间的增加而上升,降低水泥返高能够降低持续环空压力的上升速度和极限值;持续环空压力极限值与水泥返高呈线性关系,并且随着环空液体密度的增加而降低;可以通过降低水泥返高把环空压力极限值控制在环空最大允许压力以下。

持续套管环空压力风险预警与防治措施

针对气窜引起的套管持续环空压力,建立了基于气体不稳定渗流理论、气液两相流动理论及气体PVT状态方程的环空含液持续环空压力预测模型;通过与现场实测数据的对比,验证了模型的准确性,并对水泥环密封性进行了定量评价,提出了基于压力-时间关系的持续环空压力风险预测管理方法,并分析了各因素对环空压力的影响规律。结果表明:较大的初始环空气顶能有效延缓环空压力上升速度;环空压力上升速度随环空液体压缩性和黏度的增大而降低,环空压力极限值随环空液体密度的增大而减小;环空压力随着水泥环等效渗透率的增大而加快上升,环空压力极限值和上升速度随水泥返高的降低而减小。配置高压缩性高粘高密度的环空液体、注入堵漏材料形成环空气体封隔段、合理调控水泥返高以及注入热激活封隔物等措施能够防治持续环空压力。

体积压裂过程中固井界面微环隙扩展的数值模拟

射孔完井作业中射孔会对水泥环完整性造成破坏,尤其是固井界面微环隙的产生,导致后续压裂过程中出现环空带压与环空窜流的问题。针对此问题,建立压裂过程中水泥环界面微环隙扩展三维模型,通过Cohesive单元损伤模型模拟固井界面在体积压裂过程中微环隙的扩展,对界面微环隙的扩展长度进行分析计算,研究不同参数对压裂过程中固井界面失封长度的影响。结果表明:适当降低水泥环弹性模量,提高水泥石与套管、地层的胶结强度有利于减小水泥环界面微环隙扩展长度,保证水泥环有效封固;研究结果能够对体积压裂条件下的水泥环封固性能进行评价和预测。