环空体积膨胀条件下的高压气井环空压力预测方法

针对高压气井生产过程中气窜引发的环空带压问题,重点考虑自由段和封固段套管柱变形引起的环空体积变化,建立了2层环空压力耦合分析模型与数值求解方法,并对该模型进行了验证与算例分析;在此基础上,讨论了综合渗透率、环空气柱温度及环空液体密度等因素对环空压力的影响规律。结果表明:由于气窜的影响,自由段和封固段的套管柱膨胀,使A环空(油管与油层套管之间的环空)体积减小,而使B环空(油层套管与技术套管之间的环空)体积增大;环空体积变化延长了稳定时间,但A,B环空的最大压力均保持不变;随着综合渗透率和环空气柱温度的增加,最大环空压力不变,稳定时间缩短;随着环空液体密度的增加,最大环空压力减小,稳定时间缩短。因此,防止水泥环损坏、降低环空气柱温度及提高环空液体密度,是缓解高压气井环空带压的有效措施。该研究对高压气井井筒完整性的评估与控制具有指导意义。

深水油气井全生命周期环空圈闭压力预测模型

准确预测环空圈闭压力对维持油气井井筒完整性、延长油气井生命周期具有十分重要的意义。基于PVT状态方程,结合井筒瞬态传热模型与环空体积计算模型,建立了耦合环空体积-温度变化的深水油气井全生命周期环空圈闭压力预测模型。模型计算结果与试验数据的误差约为6.6%。实例井计算结果表明:环空圈闭压力与环空流体压缩系数、地温梯度及环空段长度等成正比关系,上述参数越大,则圈闭压力越高;圈闭压力与环空流体膨胀系数、套管的弹性模量与泊松比等呈负相关关系;圈闭压力随着生产时间与产量的增加,呈现先迅速增加后趋于稳定的趋势。因此,环空圈闭压力上升主要集中在油气井投产初期,应优选低膨胀系数的高压缩性环空流体、减小环空段高度,并尽可能采用弹性模量和泊松比较大的套管,以降低环空圈闭压力。研究结果可为深水油气井安全高效生产提供参考。

套管封固段变形对高温高压井环空圈闭压力影响规律

高温高压井在钻井及生产过程中,由于密闭环空流体受热膨胀产生的环空圈闭压力严重影响着气井的安全,环空圈闭压力大小与密闭环空体积变化密切相关。为研究套管封固段变形对环空圈闭压力的影响,根据弹性变形理论,在建立套管—水泥环—地层协调变形模型的基础上,综合考虑环空流体参数、套管变形等因素,建立了多管柱环空圈闭压力计算模型,结合实际案例分析了套管变形对环空圈闭压力的影响规律。研究表明考虑套管封固段变形预测的环空圈闭压力值较不考虑该因素时降低约13%,且与现场实测值更接近。该研究对于指导高温高压井的套管柱设计及安全生产有重要的现实意义。

动态柔性立管环空检测技术及应用

动态柔性立管是海上油田浮式生产装置的重要设备设施之一,为确保柔性立管的整体运行安全和完整性,降低作业风险及经济损失,本文基于高分子材料气体渗透的机理,介绍了柔性立管环空检测技术方法。通过对环空层的检测来掌握柔性立管的运行状态,预测柔性立管各功能层的运行风险。环空检测的主要内容包括:通过测量得到环空层内剩余体积,评估立管外壁完整性,确保立管排气通道畅通,采集环空层内气体样本以评估环空内腐蚀环境变化。环空检测技术的推广应用对于保障我国海域内各大浮式生产装置的动态柔性立管的安全运行具有重要意义。

深水泡沫套管静水压载特性与压力控制机理

深水油气井生产测试阶段受地层高温流体的影响,会产生套管环空圈闭压力上升现象,严重威胁油气井管柱服役周期和井筒完整性。采用泡沫套管技术能有效减缓环空压力上升,保护管柱结构不受损坏,是一项经济可行的控压措施。首先通过实验测试得到了不同温度和不同微珠质量含量下的复合泡沫材料体积压缩率随静水压力的变化规律,并根据Gibson模型中的多孔材料力学行为理论,分析了泡沫套管控压过程中线弹性变形、屈服破坏和致密化压缩3个阶段的力学行为特征。同时根据弹性力学和热应力理论,结合多层圆筒受热变形原理,遵照体积相容性原则推导出密闭环空内压力增量、体积增量与温度变化之间的函数关系。针对泡沫材料体积压缩量进行分段计算处理,利用实验数据线性回归得到泡沫材料线弹性阶段和致密化阶段的压缩系数,建立了涵盖热膨胀效应和致密化效应的泡沫体积压缩计算模型。结果表明:泡沫材料的启动压力会随着温度的升高而降低,空心玻璃微珠含量越高,泡沫材料体积压缩率越大;深水井多层套管环空内压力增量、体积增量与温度变化呈线性关系,环空体积增量越大,环空压力增量越小;泡沫材料在致密化压缩阶段比线弹性压缩阶段更能有效地控制环空压力上涨幅度,计算时不可忽略;当环空压力增量达到泡沫套管启动压力时,环空内压力大幅降低,套管体积变化量减小。