井筒四相流动理论在深水钻完井工程与测试领域的应用与展望

海洋深水油气钻完井过程中,井筒内流体流动是一个多组分、存在相变及流型转化的复杂四相流动过程。为了进一步揭示深水钻完井井筒多相流动规律,基于井筒四相流动理论,阐述了其在深水油气钻完井工程领域的应用进展;然后,针对该理论在深水钻完井某些特殊工况下存在的局限性,展望了井筒多相流动理论未来的发展趋势。研究结果表明:①深水钻完井井筒四相流动理论能够充分考虑深水井筒中的各种物理化学现象,可以实现对井筒瞬态温度、压力的精确刻画,进而为深水钻完井水力参数优化设计提供坚实的理论基础;②深水钻井井涌发生后,在泥线低温高压环境作用下,井筒内气相易生成天然气水合物(以下简称水合物)相变,从而改变井筒气体体积分数的分布特征;③在井底高温高压作用下,井筒酸性气气体存在着超临界相变,导致高含酸性气体的气侵具有“隐蔽性”;④深水气井测试过程中,井筒四相流动理论能够准确刻画井筒内水合物沉积、堵塞全过程,为深水气井测试过程中水合物的防治提供理论依据;⑤深水钻井井筒多相流动理论今后的发展趋势,将涉及井筒与深水特殊地层耦合作用机制、深海水合物钻井井筒多相流动理论及支撑深水钻井新技术的井筒多相流动理论的研究。

深水测试管柱与隔水管的横向承载特性

在海上深水油气井测试过程中,隔水管、测试管柱与海水、环空流体、管内流体相互作用,并组成海上测试的“管中管”结构体系,目前对于由隔水管—测试管柱组成体系产生的复杂横向承载特性的认识不足。为了给海上安全测试作业的控制提供理论支撑,针对我国南海测试使用“管中管”体系结构及作业水深超过900 m的特点,建立了海水段测试管柱的井筒温度场、压力场及轴向力计算模型;考虑内外流体与管柱相互作用,建立了隔水管和测试管柱横向动态受力模型;基于数值求解方法,进行了不同顶张力、悬挂力、海流流速及平台漂移下的“管中管”结构体系横向承载特性分析。研究结果表明:①增大顶张力、悬挂力均能减小管柱体系的横向最大承载参数,同等幅度下的顶张力对管柱横向承载参数的影响更明显;②随着海流流速的增加,管柱体系的最大横向位移、转角、弯矩增大明显;③随着平台漂移量的增加,管柱体系的最大转角和弯矩先减小后增大,即顺着海流方向使平台产生适当的漂移有助于减小管柱体系横向的最大承载参数。结论认为,该研究成果可对海上测试作业的安全控制提供理论支撑。

深水油气井测试海底控制系统及其关键设备

长期以来我国海洋油气井测试主要依靠引进国外技术,严重制约了该项技术在我国的发展。为此,研究了海洋油气井测试系统及其关键设备,并分析了海底控制系统应急作业流程。分析结果表明,海底控制系统对于深水测试过程起着决定性作用,其关键设备包括水下测试树、止回阀、防喷阀、立管控制模块和蓄能器模块等。平台综合控制系统可通过电液信号对海底控制系统的设备进行有序控制,并做出迅速响应,以保证在危险情况下对深水测试管柱内液体有效封堵,以及迅速断开与撤离测试管柱。最后指出海洋油气测试系统对我国深水油气钻采装备发展的重要意义。

坐落管柱控制系统发展现状及国产化研究难点

坐落管柱是深水油气测试关键装备,遭遇特殊海况和紧急工况时可通过控制坐落管柱来实现油气封堵和测试管柱解脱,保障浮动平台安全撤离。随着海洋油气开发逐渐转向深水、超深水,坐落管柱控制系统已经历了直接液压控制、先导液压控制和电液控制等3个发展阶段,然而中国对坐落管柱控制系统的研究还处于起步阶段。详细介绍了坐落管柱控制系统组成、发展历程以及国内外研究现状,总结了坐落管柱3种控制系统的技术特征,包括响应时间、成本等;进一步通过对比现有国外产品,分析了坐落管柱控制系统整体发展趋势;最后结合中国实际情况,指出了坐落管柱控制系统国产化研究重点、难点。本文研究成果可为坐落管柱控制系统国产化提供参考。

深水油气阀门关键材料模拟腐蚀试验研究

深水油气阀门作为海洋油气生产系统中的核心部件,在水下作业期间,不仅需要在深水环境中承受酸性介质的冲蚀,还要在高压环境下承受海水的电化学腐蚀。通常,深水作业对深水油气阀门的使用寿命和生命周期内可靠性要求极高。以承担研制任务的深水油气阀门材料为载体,模拟深水阀门作业工况,进行水下不同材料的腐蚀试验研究。根据水下油气装备材料环境,采用“应力+腐蚀+冲刷”复合加载的方法,对不同材料进行模拟试验。对三种材料试验结果进行对比分析,为提升海洋油气装备材料的防腐性能提供了数据支持。