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。

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。