高速注采储气库井套管螺纹密封性研究

套管螺纹密封性是影响周期性高速注采作业的储库气井安全性的关键因素,因此保证储气库井的密封性完整极其重要。需要重点研究储气库井注采过程中对其套管柱密封性的影响,特别是循环注采过程中产生的交变载荷对储气库套管柱特殊螺纹接头密封结构性能的影响。基于有限元法理论,针对中国北部某储气库井所选用的特殊螺纹接头,结合储气库井实际工况和现场数据,建立套管接头螺纹有限元计算模型,研究了循环注采条件下,温度、注采压力、轴向载荷及点蚀对储气库套管螺纹密封状态的影响。结果表明,温度对套管螺纹接头的结构完整性和密封完整性影响较小,注采压力、轴向载荷和点蚀对其影响较大,需控制在一个较低值。研究可为储气库井套管柱密封失效判定及其套管柱设计提供参考。

储气库井在CO_(2)腐蚀作用下的环空带压安全管控

为加强储气库井在长期注采周期中的安全运行,考虑CO_(2)腐蚀对储气库井管柱的影响,建立管柱均匀腐蚀预测模型和剩余强度计算模型,在此基础上对储气库井A环空带压临界值进行计算,建立A环空带压临界控制图版。研究结果表明:在注采阶段,随着井深增大,油管柱腐蚀速率减小,而套管柱腐蚀速率先增大后减小;由于地层水和离子影响,采气阶段管柱衰减速率大于注气阶段;A环空带压临界值随油管的抗外挤强度减小而减小,油管的抗外挤强度为A环空带压临界值的主要影响因素;在储气库井正常运行时,选择初始壁厚更厚、初始强度更高的油管能够有效降低A环空带压临界值减小的速率。研究结果可为储气库井环空带压管理方案提供理论参考。

储气库井水泥环密封性失效试验研究

循环注采气会对储气库井水泥环产生周期性载荷作用,易导致水泥环密封失效。以H储气库井水泥环密封失效为背景,开展了水泥石循环加卸载及水泥石力学、孔渗测试,获得了水泥石循环加载后的微观结构CT形态,进行了全尺寸水泥环密封失效试验。试验结果表明:经过30轮次循环加载后水泥石力学性能降低、气体渗透能力增加,但依然能有效阻止气体从水泥基质泄漏;循环加卸载会造成水泥石微观结构损伤进而产生累积塑性应变,循环轮次越多累积塑性应变越大;循环加卸载后,水泥石CT扫描形态显示,水泥石中出现微观结构损伤,水泥石微观损伤程度由两端至中心逐步减弱;全尺寸试验证实水泥环一界面脱粘形成微环隙,底部气体沿着微环隙上窜导致上部B环空带压,水泥环本体及二界面在各组测试压力下均未出现破坏,不建议现场在现有基础上继续提高储气压力。研究结果可指导H储气库注采参数优化设计,并为国内外类似储气库运行制度的合理制定提供参考。

储气库井完整性管理关键要素研究

储气库作为我国天然气调峰及储备的重要设施,在能源战略中具有关键性意义。然而,当前储气库井的完整性管理面临着相关标准繁多、管理要素复杂等难题,限制了储气库井完整性管理的发展。针对上述问题,系统调研梳理了国内外储气库相关法律法规及标准规范,以储气库井完整性为研究目标,构建了储气库井完整性管理技术体系,并挖掘了储气库井完整性管理的关键要素。针对各关键要素,开展了标准规范的对标分析研究,制定了推荐执行标准,为储气库井完整性管理提供了理论和决策支持,从而保障储气库的安全运行。研究成果可为推动储气库井完整性管理的进一步发展提供借鉴与指引。

长庆气田储气库井大井眼钻井液技术

储气库是储备天然气战略资源和天然气生产调配的重要手段,具有良好的社会和经济效益。储气库钻井施工中,由于井眼尺寸大,会出现井眼清洁、井壁失稳、井下漏失等问题。针对上述问题,优化现有钻井液技术,有效减少井下复杂情况发生,形成了一套使储气库井大井眼井眼清洁、井壁稳定的超分子堵漏技术。现场应用表明,使用该技术钻井液动切力≥0.3 Pa,满足井眼清洁需求;完钻密度≤1.20 g/cm3,滤失量≤6 mL,保证了井壁稳定;使用超分子凝胶堵漏剂,地层承压能力可提至1.36 g/cm3以上当量密度;处理复杂情况损失时间占比由原先的10%下降至5.26%,满足储气库建设需求。

辽河油田S6储气库井场一体化撬块应用

1.目的中国石油辽河油田S6储气库于2013年建成投产,目前采气管线采用大口径碳钢。近年来随着注入气源变化,双6区块井口采出气CO_(2)分压逐渐上升,2021年CO_(2)分压已达到0.021~0.028 MPa,需要在各井场增设注缓蚀剂撬块,向采气管线内加注缓蚀剂以防止CO_(2)造成管内腐蚀。但区块内1~6号井场面积有限,需要扩建才能满足撬块摆放需求。由于井场位于辽河口国家级自然保护区内,相关改建工程批复手续已暂缓。此外,新设备投资费用也较高。因此,笔者所在团队通过改造原有注甲醇撬块,增加注缓蚀剂功能,有效解决了以上问题。

大港储气库井固井与完井技术探索与实践

储气库注采井与常规天然气井相比,储气库井的井身寿命要求长,运行工况条件苛刻,保护储气层要求高。大港储气库井固井完井存在着地层压力系数低,封固段长,套管不举重,水泥浆易发生窜槽,水泥浆设计困难,灰量大、施工时间长,生产套管要求棋迷行好,完井工具准备难等特点。因此进行了室内研究和相应的施工准备。优选出了双密双凝水泥浆体系,并制定出了相应的技术措施。以大港储气库库311井φ177.8mm套管双级固井施工情况为例,介绍了该水泥浆体系和相应技术措施的应用。10口井施工作业表明,固井优质率达到90%。

板南储气库井承压堵漏技术

为了满足储气库井提高地层承压能力的需要,研究出了新型刚性嵌入多级封堵承压堵漏技术,该技术主要是利用不同级别目数的刚性架桥颗粒,以及各粒级的桥塞堵漏剂和可变形微粒封堵材料,在地层中架桥,楔入、填充裂缝中,提高地层的周向诱导应力,从而提高地层承压能力。室内实验针对板南储气库井的地层特点优选出一套承压堵漏浆配方:基浆+5%刚性颗粒A(150～250μm)+3%刚性颗粒B(40～60μm)+3%刚性颗粒C(10～30μm)+10%桥塞堵漏剂BZ-SPA+2%低渗透封堵剂BZ-DFT。该承压堵漏技术在板南储气库现场应用3口井,均一次完成承压堵漏,显著提高了堵漏效率,满足了固井施工对地层承压能力的要求。

苏20K-P1储气库井超低压砂岩地层随钻堵漏技术

苏20K-P1井是华北油田苏20储气库的一口四开水平井,目的层为砂泥岩互层,地层压力系数仅为0.18,而且为防止泥岩垮塌,钻井液设计密度为1.10 g/cm3,防漏、堵漏难度大。室内实验从邻井苏20井的地质资料出发,利用渗透率公式计算出目的层平均孔隙直径为18μm,根据"四球相接理论",选择粒径为0.125～0.180 mm的砂床进行堵漏模拟实验,优选出了随钻堵漏钻井液配方,用其污染苏20井岩心后渗透率降低率达76%,堵漏材料侵入深度为1 cm左右,可酸化解堵。现场应用表明,优选出的随钻堵漏材料,配合使用成膜防塌聚合物,可在封堵层表面形成致密的封堵层,阻隔液柱压力传导,达到防漏堵漏的目的,但应注意机械钻速不能过高,必须保证随钻堵漏材料有充足的时间形成封堵层;该随钻堵漏技术能够保证超低压砂岩地层的顺利钻进,具有推广应用前景。

中子测井在储气库井腔体试压密封检测中的应用

江苏金坛盐穴地下储气库井腔体试压密封检测需要精确监测套管和测试管柱之间的环形空间中气水界面位置的变化情况,为此选用了哈里伯顿公司生产的DDL-Ⅲ数控测井系统和直径111/16in的伽马中子测井仪以及配套的井口密封设备。此伽马中子测井仪由中子-中子、自然伽马和磁定位器3部分组成,以中子-中子曲线变化幅度的半幅点作为气水界面,用自然伽马和磁定位曲线校对深度,使深度测量值精确到1 cm。当每1 h监测1次,气水界面深度变化量逐渐变小且24 h累计变化量小于1.0 m,则认为腔体密封性合格。详细介绍了3口井的监测和评价过程。该方法取得了很好效果。

基于小波多尺度变换的储气库井管柱非线性振动特性研究

为探究储气库井注采过程管柱非线性振动特性,获得储气库井管柱在井筒内的动力特性和频域特征。根据储气库井筒结构特点建立储气库井管柱非线性振动分析方法,通过数值求解得到管柱非线性的数学方程;根据振动模型建立ANSYS仿真模型,模拟分析管柱的固有特性并与数学模型结果进行对比,同时对储气库井管柱进行瞬态动力学响应分析,得到管柱振动效果变化规律;结合现场工况搭建储气库井管柱振动实验研究装置,设计振动信号数据采集终端,通过注气过程管柱非线性振动实验得到振动特征数据。以实际储气库井J03-H1为例,分析注气过程管柱压力、管壁速度和幅值等振动效果变化规律。结果表明:同一生产条件下所建模型计算结果与ANSYS仿真结果基本一致;随着管柱设计的增长,环空约束对管柱固有特性影响作用较大;低频压力波动是诱发管柱振动的重要激励源;随着注气量的增加,各段管柱振动效果变化明显,呈周期性变化,其中近注气口段和井斜段是储气库井管柱产生振动的高发区域,在管柱安全生产设计和运行时应做出相应的安全措施。

长庆油田储气库井固井质量评价影响因素分析

本文介绍了长庆油田储气库井的特点,分析了影响储气库井声幅变密度固井质量评价的主要影响因素:仪器刻度、地层岩性、气侵、微间隙、仪器偏心、测井时间、薄水泥环、多层套管、套管型号以及仪器性能等。通过对以上影响因素逐一分析,明晰了影响储气库井固井质量评价结论机理与曲线特征,达到了提高评价储气库井固井质量的准确率,并且提出了长庆油田储气库井固井质量测井评价方法。

提高储气库井固井质量配套技术实践

介绍了大港油田驴驹河储气库新井固井过程中的典型做法。通过较高质量的井眼准备,应用弹性防气窜水泥浆体系,采取两级固井工艺和两凝水泥浆设计,并对水泥石韧性改造,防止了候凝过程中地层流体窜流,满足了储气库井周期性大吞吐注采气的运行要求。同时,通过采取配套的固井施工工艺、严格的过程管控、不断完善固井方案,为固井质量的提升提供了有效的技术保障和管理支撑。现场固井结果表明,驴驹河储气库井固井施工顺畅,固井质量优质,具备很好的推广应用价值。

金坛盐穴储气库井二开井壁稳定影响因素及其控制技术

通过对金坛盐穴储气库井二开井壁稳定性影响因素的分析,认为影响金坛盐穴储气库井二开井壁稳定性因素有钻遇地层本身因素和工程施工因素。地层因素是客观存在的,工程因素是人为可控的,并从工程角度采取相应的井壁稳定性控制技术,可为同类工程施工提供宝贵经验。

储气库井弹性自愈合水泥浆体系及其性能评价

储气库井作为强大的储存气体的容器,其产生的影响非常显著。虽然其造价有点高,但是持久耐用,做出的贡献巨大,目前应用也较为广泛。储气库历史悠久,加拿大建造了第一座储气库。由于其需要特定复杂的环境和条件,对储气库的要求更为严格。生产过程中难度系数比较大,对水泥浆的要求更为严格。本文针对储气库井弹性自愈合水泥浆体系的性能做一个评价论述。

枯竭油气藏储气库井双凝双密度水泥浆固井技术

枯竭油气藏储气库注采气井要求运行周期长,运行工况条件苛刻、储层和盖层封固质量要求高,储气库注采气井要求全井封固,要求水泥浆返至地面。分析了地质构造复杂、地层压力系数低、水泥浆设计困难等固井技术难点,提出了采用双密双凝固井水泥浆体系的固井技术,经现场施工应用,固井质量优质,满足封固质量要求。

基于破坏接近度的储气库井壁稳定性分析

为了研究储气库注采过程中井壁的稳定性,合理评价井壁危险程度或损伤程度,提出了基于破坏接近度的储气库井壁稳定性分析方法。结合H储气库的地质条件及注采参数,构建了三维模型,采用Abaqus有限元分析软件,计算了H储气库典型井在注采作用下井壁的破坏接近度,并考察注气温度、注气压力、地应力不均匀系数、套管水泥环刚度及围岩参数对井壁稳定性的影响。研究结果表明:①通过对比塑性区及破坏接近度等值云图,表明破坏接近度理论在储气库井壁稳定性分析中是可行且合理的;②破坏接近度不仅可以定性地给出井壁围岩的弹性区、塑性区及破坏区,也能定量地反映井壁未屈服区域的危险程度或屈服区域的损伤程度;③注采周期内采气阶段稳定性略小于注气及关井阶段,地应力不均匀系数和围岩参数对井壁稳定性影响最大,套管水泥环影响次之,注气温度会产生一定影响,在一定压差范围内注采压差对井壁稳定性影响较小。④在保持经济性下提高注气温度对于保护井壁围岩稳定是有益的,地应力不均匀系数的提升、套管水泥环刚度的降低、地层参数的降低对于保护井壁围岩稳定是不利的。本文提出了在经济性的前提下提高注气温度以保护井壁围岩稳定的建议。同时,指出了地应力不均匀系数的提升、套管水泥环刚度的降低以及地层参数的降低对井壁稳定性的潜在不利影响。这些发现对于储气库的工程设计和安全管理具有重要的指导意义。

大庆油田喇嘛甸储气库井套管腐蚀失效研究

针对大庆油田喇嘛甸储气库井油套管选材均未考虑长期防腐需求、套管经多年服役后腐蚀失效导致地表窜气的问题,开展了套管腐蚀失效研究。通过对套管螺纹断裂处进行宏观和微观形貌分析、理化性能、能谱及XRD检测等研究表明,套管螺纹断裂面沿外螺纹周向呈阶梯状开裂,断口整齐;断口附近化学成分、力学性能均符合相关标准要求,金相组织未见异常,无超尺寸夹杂物;断口微观形貌可见断裂起源于外螺纹齿底,源区呈典型沿晶+解理的脆性断裂特征;断口附近腐蚀产物主要为铁的氧化物,含硫化亚铁。结合套管服役工况,认为螺纹开裂原因是其密封性下降后套管内天然气与管外地层水在螺纹齿顶、齿底间隙处接触,并在拉伸载荷共同作用下导致的硫化氢应力腐蚀开裂。同时提出了针对性的储气库井腐蚀防护措施建议,为喇嘛甸储气库井安全生产提供指导。

储气库固井水泥石关键力学参数测试方法研究

为了测量储气库固井水泥石关键力学参数抗拉强度和胶结强度,分别设计了测量两个力学参数的新方法,通过对6套典型储气库固井水泥石的实验测量和对比分析,发现新方法对储气库固井水泥石测量效果更佳,测量值更具合理性。典型储气库固井水泥石的抗拉强度值大致分布在1.5～3.5 MPa,与抗压强度之比分布在7%～13%,水泥石力学改性对抗拉强度有明显的影响;低密度水泥石的纵向胶结强度大致为0.7～1.5 MPa,正常密度水泥石大致为1.5～2.5 MPa,强度远超过支撑套管重量的要求,水泥环受套管作用而破坏的危险点不在纵向上而是在横向上。

储气库井油套环空的合理氮气柱长度

针对储气库井的油-套环空异常带压问题,建立注入氮气柱的密闭环空数学模型,综合分析了在压力、温度影响下密闭环空的压力变化情况。对储气库井注气过程和采气过程中的环空压力进行分析计算,研究了环空氮气柱长度、注采过程中油管温度和压力等因素对油-套环空压力的影响规律。结果表明:环空注入一定长度的氮气能有效缓解储气库井环空带压问题;氮气柱越长,套压值越低,当氮气柱长度超过100m时,套压变化越来越小,环空氮气柱长度范围宜选取100～200m,初始氮气注入压力为2MPa;油管压力和温度变化影响环空套压值,其中温度是主要影响因素,使用隔热材料,有助于减小或防止注采过程中由于油管温度升高引起的环空压力升高。