深水条件下高温气井井口抬升的螺旋屈曲效应

井口抬升高度对深水高温油气井安全生产具有重大影响,传统预测模型只考虑了温度效应和鼓胀效应对井口抬升高度的影响,未充分考虑螺旋屈曲效应对井口抬升高度的影响。鉴于此,借助井筒温度模型,在考虑温度效应和鼓胀效应的基础上,加入螺旋屈曲效应,建立了井口抬升高度预测模型并进行求解,得到较为准确的井口抬升高度。实例计算结果表明:随着时间的延长和产量的增加,螺旋屈曲效应引起的各层管柱屈曲段长度、井口抬升力以及抬升高度都将增加,但增加的幅度逐渐减小,最后趋于稳定;生产过程中生产套管和技术套管始终处于受压状态,对井口抬升起主要作用;表层套管和隔水导管处于受拉状态,管柱不发生屈曲现象。研究结果对井口抬升高度预测及油气井安全生产具有重要的指导意义。

深水钻井测试与生产过程井口抬升计算

建立了深水井测试及生产过程中井口处产生的热膨胀力与井口抬升量力学模型,结合具体井身结构计算了井口热膨胀力与抬升量,并分析了各层套管水泥浆返高与温度变化对井口热膨胀力与抬升量的影响。结果表明:井口处产生的热膨胀力远大于剪切销钉的承载力,很容易造成剪切销钉剪断,从而导致井口抬升;表层套管水泥浆返高对井口抬升量的影响最大,生产套管影响最小,各层套管的水泥浆返高对井口总膨胀力均无影响;随着各层套管温度的升高,井口总热膨胀力及井口抬升量均线性增大。可为水下井口设计和测试及生产过程中的参数设计提供理论依据。

高温气井套管性能变化对井口抬升高度的影响

井口抬升高度对高温气井管柱设计、固井设计以及地面管线设计等至关重要,但套管性能、自由段长度等因素对井口抬升高度影响显著。为阐明井口抬升机理,分析套管性能对井口抬升高度的影响,充分考虑温度对套管力学性能的影响,建立多因素作用下井口抬升高度预测模型,并分析受温度变化影响抬升高度的关键因素。利用文昌气田X井测试管柱实测数据分析不同情况下套管热膨胀系数和弹性模量对抬升高度的影响。结果表明:同时考虑热膨胀系数和弹性模量共同作用的预测模型对井口抬升高度影响最大,与现场实际最为接近,应作为工程分析的首选。研究结果对井口抬升高度预测及油气井安全生产具有重要的指导意义。

高温高产井井口抬升及下沉风险分析研究

由高温热膨胀效应引发的井口抬升现象在各大油田普遍存在,严重威胁生产作业安全。基于多级传热理论,通过有限元方法模拟多级套管水泥环地层非线性传热过程及热膨胀现象,提出了一种新的井口抬升计算方法。以新疆油田某区块X1井为例,开展了不同工况下各级管柱井口风险评价分析。研究发现,在极限生产工况下,由于表层套管环空水泥环产生的封固作用,使得各级套管在井口位置处虽产生较大上顶力,但并不会发生井口抬升现象;而当表层套管水泥环存在一定程度缺失后,井口出现整体抬升现象,且在井口装置压重作用下,井口整体抬升量从0.03 m缩减至0.02 m。结果表明,该方法可以定量评价实际生产过程中井口安全性,对实际现场井口抬升计算及风险评价具有一定指导意义。

考虑环空热膨胀压力分析高温高压气井井口抬升

对高温高压气井,井筒流体高速开采过程中产生的井口热应力和环空热膨胀压力会导致井口装置抬升,破坏气井井筒完整性。本文建立了环空热膨胀压力和井口抬升计算模型,结合某高温高压气井进行了实例分析。结果表明:环空热膨胀压力随着环空温差和流体热膨胀系数的增加呈线性增加,随环空流体等温压缩系数的增加呈线性减小;C环空热膨胀压力产生的井口热应力最大,A环空最小;单层套管存在自由段时,井口抬升随着环空热膨胀压力的增加呈非线性增加,当自由段长度相同时,井口抬升对C环空热膨胀压力最敏感;多层套管同时存在自由段时,环空热膨胀压力不会改变多层套管自由段长度对井口抬升高度的影响规律,但会导致井口抬升高度增大。

渤海稠油热采井井口抬升距离预测研究

我国渤海油田具有丰富的稠油资源,稠油储量占总储量65%以上。海上稠油开发受到平台面积、作业环境的限制,一般采用蒸汽吞吐方式进行开发。实际生产中,随着多轮次的蒸汽注入容易导致井口抬升或者损坏,严重威胁平台井口装置及管线安全。目前关于热采井井口抬升的研究大部分针对自由套管受热后的轴向伸长,当固井水泥环返至井口时不再适用。本文考虑全井固井条件下,井口附近套管-水泥环胶结失效后水泥环对套管的摩阻约束,分析了套管-水泥环接触压力及水泥环摩擦阻力变化规律,建立了井口抬升距离预测模型。根据该模型对渤海油田南堡区块A井注汽作业时井口抬升距离进行了15轮次的预测分析,预测结果表明:15轮次内的井口最大抬升距离为15.28 cm,现场实测抬升距离为14.99 cm,误差仅为1.93%,其余各轮次预测误差均小于5%,满足工程需要。该研究对于现场合理选择热采井井口装置具有重要意义。