煤层气废弃井封堵管柱三维非线性流固耦合振动特性分析

【目的】煤层气废弃井中水泥塞封堵质量是防止井内污染物泄漏的关键。现行煤层气废弃井处置标准中的注水泥塞方式为简单的泥浆泵注,该方法形成的水泥塞存在水泥颗粒团聚、气泡和微孔隙等问题,导致水泥塞强度降低,易失去密封性能。【方法】针对该问题,将振动技术应用于煤层气废弃井封堵作业中,通过专用工具带动管柱振动,依靠振动能量的传递,改变水泥浆流性以提高水泥塞封堵质量。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton变分原理,充分考虑非线性因素,建立了封堵作业中管柱-水泥浆系统三维非线性耦合振动控制模型,采用Lagrange函数和三次Hermite插值函数对管柱系统进行离散,利用Newmark-β法计算并分析了管柱在水泥浆条件下的振动特性;并搭建了机械振动试验测试平台,通过正交试验,研究了振动频率、振动时间以及振动幅值三因素在不同参数组合条件下对水泥石力学性能的影响,得到了最佳振动参数,并进一步研究了单因素对水泥石力学性能的影响规律。【结果和结论】结果表明:(1)考虑纵横耦合效应后,管柱自身由线性结构变为非线性结构,加载使其振动固有频率明显增大,并与振型一起实时变化,在一定时间后变化呈现周期性。(2)管柱长度与振动固有频率成反比,管柱越长其振动固有频率的变化量越小。(3)管柱-水泥浆耦合效应对振动固有频率的影响显著,在水泥浆存在的情况下,管柱系统的振动固有频率均降低,随着水泥浆密度的增加,管柱振动的固有频率降低。(4)机械振动可以使水泥浆体系更加均匀致密,表现为水泥石强度得到极大提升,当振动频率为15 Hz、振动时间为5 min,振动幅值为3 mm时,相比于未振动工况,水泥抗压强度提高38.45%、抗拉强度提高24.14%,胶结强度最大提高52.9%。研究结果可指导封堵工具振动参数的设计,为现场施工参数的确定提供参考,提高水泥浆性能以提高封堵质量,具有工程指导意义。

基于有限体积法的废弃井地热开采数值模拟研究

为分析不同工程参数对于地热井实际生产的影响,建立了地层-井筒三位全尺寸模型,并采用有限体积法进行数值模拟。通过对模型的分析得出入口流速,入口温度对于地热井出口温度及采热功率的影响。模型与实际工况的误差在5%以内。结果表明,在实际生产过程中,应当采用尽量低的入口温度,适中的入口流速,以保证地热井的效率最大化。

废弃井地热能开发工艺分析

为解决化石能源日渐短缺的问题,本文以地热能为例,对废弃井中地热能应用的可行性进行研究,从废弃井选取、地热能开发技术应用、地热能应用途径、废弃井地热能未来发展方向几方面,分析废弃井地热能开发工艺的应用方法,相较于太阳能、风能等能源,地热能有着分布广、稳定性强、利用途径广泛等优势,故需要结合废弃井实际情况,应用合适的工艺,开发地热能,以望借鉴。

废弃井“一井多用”瓦斯抽采关键技术及应用

煤矿区地面瓦斯废弃井改造再利用,可进行采动区瓦斯抽采,具有保障回采工作安全生产,瓦斯资源有效利用,减少瓦斯逸散对环境压力等经济环保多重效益。针对这一目的,结合采动区地面井和废弃井的特点,提出废弃井“一井多用”瓦斯抽采技术思路。通过分析试验工作面开采工艺、覆岩结构及废弃井的基本情况等条件,研究并提出了废弃井优选及判识、地面井改造工艺、防护装置安设、抽采系统布置及抽采控制技术等,改进了废弃井改造射孔造缝段长度确定方法。研发了基于油套环空动态调节、组合套管双重防护及筛管分级优化的安全防护方法,形成了废弃井“一井多用”地面井瓦斯抽采技术。选取晋城矿区岳城煤矿作为试验对象,完成了3口废弃井(井号为YC-50、YC-52、YC-54)再利用改造试验,其地面井瓦斯抽采量累计分别为257.88万、172.50万、129.60万m^(3)。YC-50井改造运行后,地面井抽采范围内工作面上隅角瓦斯体积分数最大值从0.77%降至0.40%,降幅48.05%;YC-52井改造运行后,采煤工作面上隅角瓦斯体积分数降幅为52.38%,有效保障了回采工作面安全生产,实现了废弃井“一井多用”目标,取得了良好的经济与社会效益。研究成果为其他区域废弃井改造利用提供了借鉴,建议今后从地面预抽井设计阶段便考虑“一井多用”方案,开展相关技术研发,以提升设计井质量和接续再利用问题,以降本增效。

废弃井地热能开发工艺与数值模拟研究进展

利用废弃井开发地热能是当前国际研究热点之一,但目前中国对相关研究少有论及。针对这一问题,通过系统调研国内外废弃井地热能开发工艺与数值模拟研究现状,将现有开发工艺归为开环(EGS、“灌-采”取热)和闭环(换热器、“U型井”取热)取热两类并对其进行阐述。目前废弃井取热数值模拟主要研究对象为闭环取热工艺,同轴换热器和U型井取热均已有较完整的数学模型可供参考,但各模型相关结论还需结合更多现场试验进一步验证。分析现有研究成果与问题,认为数值模拟和试验结合、生产工艺开发与优化、配套装备与设施研发、人工智能筛选目标废弃井等将是以后的重要发展方向。

煤层气废弃井处置研究

中国煤层气井地面开发大部分集中在煤矿区,随着采煤的范围和区域逐年扩大,造成的煤层气井废弃数量逐渐增多。对于煤层气地面垂直井,通过分析总结煤层气废弃井的现状,研究了煤层气井套管对煤炭开采的影响,开展了对套管射孔、套管锻铣、套管封堵三种不同处理措施的试验及总结。通过介绍项目实际情况,找出消除煤层气废弃井不利影响的方法,并对煤层气废弃井处置进行研究,最终形成煤层气废弃井的处置方法和煤层气井改造方法。

储气库区废弃井封井工艺技术

板中北高点储气库位于天津市大港区板桥凝析油气田板中断块北部,板桥断层的上升盘。该储气库建设工程是陕京输气管道建设工程的重要组成部分,是为满足北京、天津两城市季节性调峰用气需要而修建的。库区内共有废弃井31口,对其封井的成功与否对今后地下储气库运营及其周边环境安全关系重大。针对库区内废弃井钻井完成时间早、井况条件复杂、射孔层位多,层间距离较短等特点,并根据储气库建设的总体要求,提出了储气库区废弃井“多级注水泥”封堵工艺方案,评价了相应的封堵材料,研究了现场施工工艺,并进行了现场应用。通过对已施工的15口井进行观察,目前没有1口井发现窜气现象,所有井均能满足储气库总体设计要求。

扶余油田废弃井处置技术研究与应用

扶余油田是吉林地区最早投入开发的油田,当前大量注采老井问题严重,对油田开发产生不良影响。为此,运用优化废弃井井下作业方案设计的方法,进行不同井况类型永久废弃封井工艺技术研究,形成了一整套适合该油田特点的废弃井处置工艺技术。现场实际作业效果表明,该技术能满足SY/T6646-2006废弃井作业标准对关键部位水泥封堵厚度的相关要求,有效隔离油水层段,并防止层间窜流,现场施工合格率达到98%以上。

全球CCUS废弃井法规现状及其对中国的启示

近年,CO2地质利用与封存技术(CCUS)逐渐成熟,相关工程项目逐渐增多,但世界范围内针对该技术的法律法规的制定尚处于摸索阶段,仅有少数几个发达国家,如荷兰、美国、加拿大和挪威等出台了相关法规。CCUS技术对于中国实现CO2减排将发挥重要作用。目前中国CCUS工程项目审批还处于"个案专办"的状态,阻碍其规模化发展。归纳总结和对比国内外公开发表的CO2废弃井相关法规或指令,包括封堵塞方案和检验方法的选定等,为以后CCUS工程项目的废弃井作业提供依据和指导,也为中国CO2地质封存或CO2利用环境下废弃井法规的制定提供参考。

煤矿废弃井巷可作为废物处置的安全场地

随着人口的增加和经济的高速发展，我国城市和乡村生活垃圾和工业废物产生量迅速增长，造成越来越严重的环境污染问题．根据国外的经验，将废物转运到地下处置可以成为解决环境问题的新出路．我国是采矿大国，特别是煤矿开采量很大，分布面积广泛，能否将煤矿开采形成的工作面、废弃井巷和其它地下空间利用起来，作为废物的永久处置场地，本文就此问题进行了较深入的探讨，提出了煤矿地下可利用的空间能力，可处置废物的种类，废物地下处置的技术要求，井上、下的安全技术措施和经济效益分析等一系列的技术问题．

废弃井地热能开发技术现状与发展建议

地热能是替代石油等化石燃料的可再生能源之一,然而目前其开发成本高昂,难以大规模开发利用。石油行业每年都会产生大量废弃井,利用废弃井进行地热开发不仅可以缓解能源问题,节省钻井成本,还可以有效控制废弃井所造成的污染。为此,结合废弃井地热开发的研究现状,对废弃井改造的可行性进行了分析,对改造目标井的选取、利用途径等进行了阐述,对废弃井的改造和取热方式进行了讨论。整体而言,目前国内外废弃井地热能开发还处于理论研究和试验性研究阶段,与大规模工业应用还有较大差距。因此,对于废弃井地热能开发研究,建议从地热发展整体趋势出发,重点攻克多分支径向井关键技术、改善废弃井系统取热性能、建立智能决策与优化系统、加强地面配套设施研究。研究结果及发展建议对采用废弃井获取地热资源具有一定的指导作用。

油气藏型储气库废弃井封堵技术浅析

利用枯竭或处于开发中后期的油气藏改建成地下储气库时,对原油气藏上的老井进行有效封堵是关系到储气库安全的关键因素之一。针对油气藏型储气库废弃井封堵中存在的井筒状况复杂、地层压力低、漏失严重、非均质性强的难点,从封堵工艺、封堵堵剂、配套工具等方面进行了综合分析,并以大港储气库bs34井为例,对施工工艺进行了论述。经过160余口封堵井的现场实践,表明该封堵工艺适应国内储气库废弃井封堵的实际,封堵堵剂具有注入性强、强度高、封堵效果好的特点。

废弃井巷抽水储能技术构想及关键技术参数研究

结合煤矿井巷和采空区废弃过程及废弃矿井抽水储能研究现状,提出了废弃井巷抽水储能技术构想、技术方案及实现方法,对系统关键技术参数及其计算方法进行了介绍和推导,研究结果表明:完全地下的废弃井巷抽水蓄能系统、井上下联合的废弃井巷抽水蓄能系统、利用虹吸效应的废弃井巷抽水蓄能系统是三种可行的废弃井巷抽水储能技术方案;采空区涌水量、废弃井巷水库库容、系统电能储备量是废弃井巷抽水储能的三项重要技术参数;结合废弃井巷及采空区的空间资源特性,在废弃井巷水库库容计算中提出了阶梯式死水位的概念,提高了水库库容的计算精度。进一步厘清了废弃井巷抽水储能技术实现方式及关键技术参数,为废弃井巷抽水储能系统设计及技术推广应用提供了参考。

多层合采油藏废弃井网取热性能评价

油田地热是地热资源的重要组成部分,可进行发电、供暖等方面的开发与利用,其中多层砂岩油藏地热资源储量和产量均约占我国总量的50%,但由于层间非均质性影响,其注水开发地热过程中普遍存在层间干扰问题,亟需开展多层合采含油热储取热性能评价工作。为此,以枯竭油藏(可扩展至高、特高含水油藏)为研究对象,建立了多层合采油藏油水两相热流耦合数值模型,对比了不同孔隙度、渗透率和初始含油饱和度下层间干扰特征和温度、压力分布情况,分析了层间干扰对取热性能的影响。研究结果表明:①在本文的研究条件和模型设置下,生产20年后,不同渗透率储层高、低渗透层的注采压差和生产温度差值分别可达3.27 MPa和24.5 K,远大于含油均质储层各层位对应差值;②初始含油饱和度越小,储层生产温度和注采压差越低,20年后最大差值可达1.32 MPa;③层间干扰对渗透率敏感,高渗透层流体来自同层注入井和其他低渗透层,不同渗透率储层生产温度最高可提升5.33 K。结论认为:①渗透率是影响含油储层生产温度和注采压差的关键参数,而孔隙度对生产特征的影响较小;②注采压差对初始含油饱和度的变化较为敏感,油相存在可显著提高注入压力;③在有边界热源补充的情况下,层间干扰强烈的储层更易获得高取热量,在废弃井取热改造中可优先考虑此类储层。

油田废弃井探测定位技术研究

试验发现金属探测技术、磁应力检测技术、瞬变电磁检测技术等3种检测技术,对废弃井检测有较好的信号响应,探地雷达检测技术、PCM管道探测技术可以辅助排除金属管道等干扰信号。采用组合探测方案,应用标准化的探测流程成功定位了1201口废弃井,对其中的341口废弃井进行了开挖验证,312处井口定位准确,准确率达91.5%。

枯竭油气田中废弃井密封性研究

利用X粉晶衍射技术进行板新803井中泥岩盖层成分测试,通过室内常规力学与蠕变实验,分析泥岩的力学性质与蠕变变形特征。利用FLAC3D软件对钻孔周边围岩进行数值模拟计算,分析不同时间时泥岩的蠕变变形,研究泥岩层段缩径变化规律,在此基础上分析废弃井的密封性。通过以上研究获得如下主要结论:(1)泥岩中含有较多的伊利石、高岭石与绿蒙混层等黏土矿物,易产生井壁垮塌;(2)泥岩在长期围压作用下,将会产生较大的蠕变变形,在有钻井液作用时,变形更明显;(3)钻具周围泥岩通过蠕变变形向环空内挤压,经过30 a产生的变形会使井壁与落鱼之间的环空由下而上充填满;在考虑泥岩遇水后产生的掉块与扩径作用时,35 a后环空也将被充填满,原有泥岩盖层被密封,从而产生较好的密封效果。

川渝地区东部废弃井挖潜方法探讨

川渝地区东部目前已完钻井中,废弃井有400多口,占总井数的47.6%。这些井分布广泛,有的位于构造轴部,有的位于构造翼部或边部,也有的处在单独裂缝系统。为有效合理地开采地下天然气资源,提高气田采收率。针对川渝地区东部废弃井,开展了再利用的研究工作。将这些废弃井分别进行报废原因归类,潜力分析,潜力层评价。在此基础上,制定潜力层挖潜方法,优选可供挖潜层位的潜力井,分期分批实施。3年来,先后对15口废弃井进行了挖潜实施,成功率100%,新增井口产能30.5×104m3/d,新增各类储量20.8×108m3。对废弃井挖潜有所突破,为今后川渝地区东部废弃井再利用,提供了重要的参考价值。

油田废弃井井口钻塞工艺技术研究

钻塞是常规修井作业工序之一,其目的是通过钻除井筒内的堵塞物,为油、气、水井生产和维护建立必要的通道。在钻塞施工过程中,由于废弃井井筒内充填物和井内压力都存在较大的不确定性,导致井口钻塞施工时效低,且存在较大安全隐患。本文分析了废弃井井口塞处理现状及存在问题,配套研制了钻塞管柱井口控制装置,在现场应用50余井次,取得了良好应用效果。装置不仅降低了工人的劳动强度,提高了作业时效,还消除了钻塞过程中异常高压导致管柱上顶问题,为油田同类型钻塞施工提供了科学依据,有效保障了油田的安全生产。

废弃井改造为地热井工艺技术研究

中原油田区域内废弃井共2090口,经筛选可利用井有355口。根据这些废弃井不同的井身结构、水层位置、水泥返高等条件,确定了针对性的选井选层方法和废弃井改造工艺方案。配套研发优选了新型套管端部密封止水工具、套管鱼顶修复专用工具、套管切割方案和热储层酸洗方案,形成了废弃井改造的完井工艺系列技术和产能测试工艺技术。开展了马古6井现场改造实验,成功实施了井口恢复、储层解堵和试水测试,验证了改造方案和工艺配套技术的可行性和可靠性。

煤矿废弃井巷抽水储能理论与技术框架

废弃井巷抽水储能能够实现废弃矿井资源化利用及可再生能源电力的消纳,但煤矿废弃井巷抽水储能的理论及技术体系仍需进一步完善。通过分析我国主要产煤省份煤炭开采空间分布情况,揭示了我国煤矿废弃井巷抽水储能发展的巨大潜力;从工程背景、科学问题、关键技术和工程实践等方面阐述了废弃井巷抽水储能的理论与技术框架。研究结果表明:采空水赋存规律及资源化利用方法、人工坝体及煤柱多场耦合变形机理、废弃井巷抽水储能技术经济原理及煤矿回采与废弃井巷抽水储能过渡机制是废弃井巷抽水储能开发的亟需解决的科学问题;采空水资源评估及生态利用技术、煤柱防渗改造技术、人工坝体设计建设技术及底板防渗改造技术等技术是废弃井巷抽水储能需要攻关的关键技术。进一步厘清了废弃井巷抽水储能开发的理论研究体系,并为废弃井巷抽水储能技术研发及推广应用提供了参考。