高产气井生产管柱非线性流致振动实验研究

三高气井生产管柱在高速流体冲击下容易发生剧烈振动,但目前关于此类流致振动的研究大多集中于理论模型和一些小型室内实验阶段。油气井生产管柱具有其独特性,超大的细长比决定了管柱的整体刚度极低,一般的小型实验系统很难模拟出这样的特点。该研究建立了一个大型生产管柱实验台架,用PE管模拟了一个具有超大细长比特征的油管柱模型,用以模拟生产管柱在高速流体冲击下的振动特性。实验结果表明:三高气井生产管柱在高速流体作用下会以某一固定频率发生振动,振动时管柱中间和底部位置的振幅最大;气体产量越大,管柱振动越剧烈;增加油管壁厚可以有效抑制油管的振动幅度,但不可以改变管柱的振动频率;封隔器安装位置过高或过低都不能起到较好的抑制振动的效果,单个封隔器安装在管柱8/10位置可以起到较好的抑制振动的效果。

溢流分析与防控实践——以中国石油集团川庆钻探工程有限公司为例

“十三五”期间,油气勘探开发向深层、超深层、非常规新领域发展,面临复杂的地质条件、恶劣的井筒状况等多重挑战,油气安全开发对井控工艺、装备及人员素质提出了更高的要求。为进一步减少溢流,以中国石油集团川庆钻探工程有限公司为例,系统分析了溢流防控难点,通过“全过程压实井控管理、全流程完善井控工艺、全面升级井控装备、全方位推进信息化建设、全面提升应急能力,有针对性的制定了“管理、工艺、装备、信息化、应急”五个方面的措施。结论认为:(1)深层、超深层油气勘探中的井控风险仍然严峻,深入开展地质工程一体化融合,是提高地层压力预测精度、降低溢流风险的重要举措;(2)数字化、信息化是溢流防控的重要发展方向,需加快推广应用;(3)井控装备的升级迭代是防范化解深井超深井井控风险的重要保障,井控装备逐步向自动化、智能化迈进是未来发展的重要趋势;(4)专业井控人才是溢流防控的关键,需持续培养“管理+现场”专业井控人才,注重班组和基层队伍的能岗匹配和能力提升。

Progress and Development Direction of “Three-High” Oil and Gas Well Testing Technology

By reviewing the development of “three-high” oil and gas well testing technology of Sinopec in recent years, this paper systematically summarizes the application of “three-high” oil and gas well testing technology of Sinopec in engineering optimization design technology, and high temperature and high pressure testing technology, high pressure and high temperature transformation completion integration technology. Major progress has been made in seven aspects: plug removal and re-production technology of production wells in high acid gas fields;wellbore preparation technology of ultra-deep, high-pressure, and high-temperature oil and gas wells;surface metering technology;and supporting tool development technology. This paper comprehensively analyzes the challenges faced by the “three-high” oil and gas well production testing technology in four aspects: downhole tools, production testing technology, safe production testing, and the development of low-cost production test tools. Four development directions are put forward: 1) Improve ultra-deep oil and gas testing technology and strengthen integrated geological engineering research. 2) Deepen oil and gas well integrity evaluation technology to ensure the life cycle of oil and gas wells. 3) Carry out high-end, customized, and intelligent research on oil test tools to promote the low-cost and efficient development of ultra deep reservoirs. 4) Promote the fully automatic control of the surface metering process to realize the safe development of “three-high” reservoirs.

四川盆地“三高”气井TAML5级分支井钻完井核心技术

分支井可大幅度地降低油气开发成本,是今后深层、超深层油气开发的主要井型之一。为探索分支井在深层碳酸盐岩气藏的适应性和高效开发的新途径,以中国石油西南油气田在四川盆地高石梯—磨溪区块龙王庙组气藏、灯影组气藏部署的2口分支井(MX023-H1井、GS001-X52井)为例,在综合分析该区块地质特点以及TAML5级完井分支井井身结构设计的基础上,系统进行5级分支井眼钻完井技术先导性试验。现场试验表明:(1)分支连接处均实现了机械+固井密封,满足了后期完井管柱选择性重入条件,达到了TAML5级完井要求;(2)现场施工过程中,壁挂式悬挂器是否成功坐挂是分支井施工成败的关键,应用陀螺测方位判断壁挂式悬挂器坐挂情况的方法准确、可靠,为后期井眼的可选择性重入提供了保障;(3)在分支井眼通井、尾管管柱下入过程中,应用设计的弯管将管柱导入开窗窗口,顺利进入分支井眼,充分证实了弯管导入工艺的准确性和可靠性;(4)实践细化形成了分支井眼开窗、通井、套管入窗、套管下入、壁挂式悬挂器坐挂等系列规范化操作流程。结论认为,分支井是今后油气田降低钻井成本、提高采收率的重要技术手段,所形成的一套适合“三高”气井的分支井钻完井技术,将进一步加快我国深层、超深层油气勘探开发的步伐,有助于能源安全的保障和“双碳”目标的实现。

油气井井喷失控着火应急救援技术及发展方向

井喷失控是石油天然气工业领域性质严重、损失巨大的灾难性事故,尤其是“三高井”井喷失控着火后,井口火势大、热辐射高、流体冲击强,对抢险技术、装备及作业安全的要求极高,导致处置过程极其复杂、周期极其漫长。为了充分认识“三高井”井喷失控着火后的处置难点,以井喷失控着火应急救援技术与装备为研究对象,分析了技术发展历程、技术现状、发展方向,创新研究形成了从险情侦察、冷却掩护、清障切割到井口重置的全系列陆上井喷应急救援特色技术。研究结果表明:(1)我国井喷失控着火应急救援技术目前已完成由早期缺少专业技术与装备向近井口高危区域无人化迭代升级;(2)形成的险情侦察技术、冷却掩护技术、清障切割技术、井口重置技术能够满足105 MPa、1000×10^(4)m^(3)/d的高压高产井失控抢险需要;(3)运用相关研究成果成功处置了国内外多起井喷失控、着火及井口刺漏等井控险情,技术能力达到国际先进水平。结论认为:虽然国内陆上油气井井喷失控着火应急救援技术水平已得到大幅度提升,但未来仍需要在可视化、智能化、信息化方面持续攻关,推动技术与装备迈上新台阶。

高压气井地面集输工艺研究与应用

塔里木油田普遍存在高压气井的井位距离较远,试采作业中需要长距离输送回收天然气的问题,现有10 MPa分离器受自身承压等级限制无法提供足够的出口压力克服沿程摩阻完成天然气回收,为此研发出25 MPa高压分离器。经对10 MPa分离器材质进行选择,优化焊接工艺,增强了分离器在高温高压工况下的耐压和耐腐蚀性;对入口分流器、聚结构件进行结构和参数优化,增强了分离器内部结构的可靠性,提高了分离器高压高产工况下的分离效率;设计了液相多级节流装置,延长了高压工况下分离器液相调节阀的使用寿命,避免了因高压差造成的阀门失敏,提高了分离器液面的稳定性。25 MPa高压分离器分别在博孜X井及迪那X井进行了长期现场实验,取得了良好的效果,在酸化解堵及天然气进管网的施工工艺上,满足塔里木油田安全生产需求。

川渝气区“三高”气井固井技术研究

为解决川渝气区"三高"(高压、高含硫、高危)气井固井难题,在分析其固井技术难点的基础上,通过对水泥腐蚀机理的分析,提出采用水泥浆不同配料组分的颗粒粒径合理级配来优化设计水泥浆的方法。据此,经过实验筛选出漂珠低密度水泥和纤维—胶乳—微膨胀水泥两套具有高强度、良好流变性并能形成低渗透致密水泥石的防腐水泥浆体系。从井眼准备、固井井下工具、提高注替效率、固井漏失补救、压稳等方面研究了提高固井质量的措施。现场应用结果表明,该固井技术的固井合格率和优质率都得到了明显提高。形成了一套川渝气区"三高"气井各层段套管固井技术和配套工艺技术,可用于指导生产,能够保证"三高"气井的固井质量。

三高气井管柱损伤研究现状

目前国内"高温、高压、高产"气井主要存在油套管强度降低、油管损坏、油管冲蚀等一系列安全问题。三高井内各种杆管柱处于复杂变形和运动状态,外载荷成为影响其力学行为的主要因素之一。国内外关于管柱力学、动力学、冲蚀等方面的研究成果卓著,但在解释油管柱的瞬态动力学、油管柱疲劳等方面仍显不足。在管柱力学分析的基础上进行冲蚀分析和振动分析应该是三高气井管柱损伤理论的研究趋势。

川渝地区“三高”气田超深井固井隔离液应用实践

钻井液和水泥浆的理化性质存在本质差异,超深井固井作业时,二者极易发生化学污染,不但影响顶替效率,而且危及固井施工安全,这在"三高"(高压、高含硫、高危)气田超深井固井作业中尤为突出。为此,针对上述问题,提出了超深井固井隔离液的设计原则和配制工艺,并对相容性实验以及现场施工关键技术进行了深入研究和总结,现场固井实践认为:①隔离液的使用是保障"三高"气田超深井固井作业安全和提高顶替效率的重要举措;②应对隔离液的沉降稳定性与钻井液、水泥浆的化学兼容性予以充分重视,确保隔离液不沉降,对水泥浆的稠化时间无不良影响,防止发生井下复杂情况;③前后隔离液防污染技术可有效防止尾管固井工程事故的发生。隔离液的正确使用可有效地防止化学污染、保证固井作业安全和提高顶替效率。

塔河油田“三高井”油管内打捞技术研究与应用

本文对高压连续油管在"三高井"油管内打捞及配套技术进行研究。

龙岗地区复杂压力层系下非常规井身结构设计与应用

在龙岗地区的油气勘探开发过程中,传统的5层井身结构设计无法安全应对三高(高温、高压、高含硫化氢)、多压力层系和压力不确定性强等地质风险。以地层情况和相关压力信息为依据,结合现场实际,对油管、生产套管和完井管柱的设计,地层压力体系和必封点的分析,6层套管层次的优化以及小间隙下抽吸压力和激动压力的校核等问题进行了深入的研究,并据此设计了龙岗西部超深井和复杂压力层系下的非常规井身结构方案。从2008年至今,该方案先后在龙岗61井、龙岗62井、龙岗63井和龙岗68井成功实施,从而进一步提高了龙岗地区在钻完井过程中对地质风险的预防和控制能力。非常规井身结构设计适应了超深井以及复杂多压力层系下三高气井的生产要求,为四川盆地油气勘探提供了可靠的钻井安全保障,在川渝等复杂地区的勘探开发中将会得到进一步推广和应用。

重大能源工程事故定量风险评价思路与方法研究——以三高气田钻完井重大事故为例

风险评价研究以分析三高气田(高压、高产、高含硫)钻完井事故的机理及原因,建立钻完井事故的事故树概率模型及概率计算,通过基于钻完井事故后果的环境风洞物理模拟实验和三维数值模拟定量确定空间硫化氢浓度值。在此基础上进行事故的个人风险及社会风险评价,这种风险定量评价方法将对国内外同类油气田的安全开发有一定的指导意义。

钻遇断层水平井地层模型的阵列感应测井响应特性数值模拟

建立钻遇断层水平井地质模型,利用COMSOL有限元软件实现HDIL阵列感应测井响应三维数值计算,研究在钻遇断层水平井中断层参数对HDIL阵列感应测井响应的影响特征。结果表明,钻遇断层时,阵列感应不同子阵列的数值和相互关系与水平井的位置、断距、储层和围岩电导率有关;断层倾角影响测井曲线开始变化的位置。长子阵列最先反应断层存在,7个子阵列响应相交情况可以确定断层位置;进入上盘时7个子阵列的数值和相互关系可以识别水平井进入上盘的位置。

川西海相三高深井完井测试难点及对策

川西海相雷口坡组气藏资源丰富,具有高温、高压、高含硫、埋藏深的特点。面对越来越恶劣的作业工况及复杂的井下条件,针对其测试情况复杂、管柱受力复杂、改造难度大、录取资料难等难点,结合多口井现场案例,通过测试工艺优选、工具改进、管柱优化、降低破裂压力等对策研究,对安全、高效的完成测试,提出合理建议。

“三高”气井井控配套新装置

井控装置是防止井喷,节流压井、处理事故的核心设备和最后一道屏障,其可靠性、操控性、稳定性决定了井控工作的成败。井控装置要求其具有强剪切力、稳定的密封性能和高抗冲蚀能力,但“三高”(高含硫、高压力、高产量)气井钻井所用钻杆尺寸、钢级、壁厚等已超出防喷器标准要求,导致井控装置存在防喷器剪切能力不足,全封—剪切一体闸板剪切后无法形成有效密封,节流管汇抗冲蚀能力弱等新问题。为此,在车间和现场实验、数值模拟的基础上对井控配套装置进行了系统改进。研究结果表明:①通过加装增力液缸,在套压70 MPa下,能剪断Ø149.2 mm×12.7 mm S110钻杆;②全封—剪切一体化闸板上下密封改为前端密封,并采用斜面技术,既能对落鱼修整又能确保密封可靠性,剪切后能封住105 MPa压力;③基于现场模拟冲蚀实验数据,管汇J_(1)号阀、J_(4)号阀优选圆柱形阀,对后端短节进行形状和抗冲蚀角度优化,提升了抗冲蚀能力,操控性更强。结论认为:①该配套,装置已在CS1井等30余口“三高”气井成功使用,进一步展示了良好的应用前景;②目前井控设备方面的标准较钻井技术、井控工艺的发展存在一定程度的滞后,为适应油气勘探开发向深层进军的需要,应加快标准的更新和研究。

紧凑立式三相分离器的数值模拟

将重力沉降和旋流分离相结合设计了一种紧凑型立式三相分离器。利用两相流理论建立了油水分离过程的数值计算模型,并对4种结构进行了四因素四水平的正交实验。结果表明,入口管径对分离效果影响显著,起旋管长度影响次之,排油管入口高度对分离效率有一定影响,起旋管径对分离效果的影响最小。最优结构方案为入口管径D 1=60 mm,起旋管长L=350 mm,起旋管径d 2=110 mm,排油管入口高度h=80 mm,此时,分离效率为96%。最优结构的单因素实验表明,处理量和分流比对分离性能影响显著,处理量越小和分流比越大,油水分离效率越高。

国内产液剖面测井技术面临的挑战与取得的新进展

针对国内陆上油田产液剖面测井技术面临的挑战和亟待解决的问题,重点开展了高含水井、低产液井、水平井及油气水三相流条件下测井技术研究,开发出了应用于高含水油井的高分辨率含水率计和油水两相流电磁流量计、应用于低产低渗油田的分离式产液剖面测井仪、用于三相流测井的光纤探针持气率计、应用于水平井的水平井测井新技术及针对特殊管柱工艺的同层注采储存式含水率计。借助大型多相流装置进行实验研究,对仪器结构进行了优化设计,并开展了现场试验,为解决多相流产液剖面测井难题奠定了方法基础。

沙漠油田高压油气井三相测试分离器的设计

为了满足沙漠油田高压油气井测试计量的需要 ,研制开发了适用于沙漠腹地恶劣环境的三相测试分离器。介绍了该装置的结构形式及工作原理 ,阐述了该设备为适应沙漠特殊工作环境而采取的各种有效措施 ,包括工艺性能的保证 ,仪表控制系统的配置和选择 ,设备的小型化、轻型化设计等。该分离器的可靠性达到海上设备要求的水平 ,整体设备实现了国产化 ,弥补了国内中低压分离器的不足。在塔里木油田的现场运行表明 ,其分离指标及控制指标均达到国际上2 0世纪

基于DEMATEL/ISM的“三高”油气井井喷事故致因模型研究

针对"三高"油气井井喷事故危害的严重性,基于集成的DEMATEL/ISM算法建立"三高"油气井井喷事故致因模型。通过提取事故一般性致因因素,利用专家知识确定因素间的关联矩阵,基于集成的DEMATEL/ISM算法,采用定性与定量相结合的方法对致因因素进行结构化处理,并运用到实际案例中,确立了影响川东地区高含硫油气田井喷事故的关键致因因素,形成具有层级关系的事故致因网络。结果表明,钻井现场施工过程中需要加强对节流压井管汇失效、井筒完整性失效等直接致因以及信息传递不畅、人员技能不足等过渡致因的控制,同时加强井队的安全文化教育,提高工人的安全意识,改善地质勘探技术,提高对井下地质环境的认识,是预防井喷事故的长久之计。

“三高”油气井早期溢流在线监测与预警系统

为解决钻井过程中传统溢流监测实时性和可靠性差的问题,设计开发出一套'三高'油气井早期溢流在线监测与预警系统。该系统针对常规单一参数、单一手段溢流监测实时性低、可靠性差的问题,综合应用微流量、随钻压力(pressure while drilling,PWD)以及综合录井3类参数,通过多参数、多手段相互印证的方式提高溢流监测的实时性与可靠性。提出基于专家系统和改进的贝叶斯判别相融合的溢流等钻井事故判别方法:当缺少训练数据时,应用专家系统判别溢流等钻井事故;当训练数据充足时,应用专家系统和改进的贝叶斯判别相结合识别溢流等钻井事故。改进的贝叶斯判别模型对于因属性变量间不独立而引起的误判具有一定的抑制作用,能够提高判别准确度,且训练简单,应用灵活。通过两种算法的有机结合,优势互补,可以提高井控安全的智能化水平与现场适用性。测试实验结果表明,该系统能够实时、有效地监测溢流等钻井事故。