X井精准治理技术研究与应用

我国东部老油田套返问题日渐凸显,常规手段无法彻底治理。文中以大庆油田某采油厂X井为例,详细分析了该井基本情况及前期治理存在的问题,基于无源磁导向技术,形成了“3+1”多级治理思路。针对X井井深浅、地下压力层系复杂等问题,提出了优化磁测距精度和优化挤注压力的精准治理对策。现场实施完整的技术方案,即无源磁导向技术配合挤注水泥、射孔等技术手段,给X井重造一个完整的圈闭,封堵泄漏点。工程历经40 d,累计进行无源磁导向测量9次,两井之间的距离从首次测量的10.98 m缩短至0.16 m,分级挤注封堵后预留治理井作为观察通道。研究表明,200 d后X井再无新的油气水溢出,节约预期投资一半以上,解决了困扰采油厂多年的环保难题,为东部老油田的老井治理提供了可靠思路。

氢气地下存储技术现状及难点研究

氢气被视为未来的主要能源载体。关于氢气地下存储,目前全球只有三个地点已成功运营,其中两个在美国,另一个在英国,并且这三个地点都在盐穴中储存氢气。本文介绍了氢能发展背景和世界地下储氢实践,着重分析了氢气地下存储关于地质、地下化学反应、井筒完整性、氢气采出纯度以及材料耐久性问题难点。在综合分析了美国现已运行两座储氢库技术现状的基础上,提出了我国盐穴氢气地下储库的技术攻关方向,为我国氢气地下储库建设提供重要参考。

复杂腐蚀缺陷对管道损伤失效的特性研究

腐蚀是危害管道性能和影响运输安全的重要因素。采用有限元软件建立复杂矩形和圆形两类腐蚀缺陷管道模型,通过全尺寸爆破试验数据对模型进行验证。分析复杂矩形腐蚀缺陷的长度比、宽度比、深度比和复杂圆形腐蚀缺陷的半径、深度对管道失效行为的影响,基于数值分析结果对管道完整性进行综合评价。结果表明:模型误差为4.2%~4.6%,低于试验误差;两类复杂腐蚀缺陷区域应力均呈对称分布,环向应力均大于轴向应力;复杂矩形腐蚀缺陷的深度比对失效压力影响最大,宽度比最小;当长度比达到0.5后,管道失效压力稳定在9.5 MPa;复杂圆形腐蚀缺陷的浅腐蚀深度对管道性能影响更为明显;轴向力对管道失效压力影响较小。

涪陵页岩气井射孔及滑移段套管变形特征分析

涪陵区块页岩气老井在分段多级压裂后滑移段套管变形严重,将会影响后期优化改造效果,且目前对该区块套管变形特征分析较少。为此,通过结合现场测井数据,建立不同射孔参数、水泥环材料属性、页岩滑移量的套管-水泥环-地层耦合模型,并采用经典Lame公式验证模型的正确性。数值分析结果表明:ø139.70 mm×10.54 mm的P110无损套管受周向挤压与上覆压力时的应力变化率相近,但射孔后套管的周向挤压应力变化加快,此时套管易产生较大变形,45°、90°相位角射孔比30°、60°、120°和180°相位角射孔对套管强度的影响小;45°方向页岩滑移下,套管最大等效应力位于滑移面上接触点,微小的滑移量将导致套管严重变形,页岩滑移量为4.243 mm时,套管的总变形量为3.957 mm;增大水泥环在页岩滑移处的弹性模量能减少套管的最大等效应力,但套管的总形变量也相对增加。水泥环弹性模量为7 GPa时,减小或增大泊松比至0.26以上均能降低套管的最大等效应力,但对预防套管变形效果不明显。设计的套管受内压地面试验装置及搭建室内试验平台,可为套管变形分析提供试验指导。

分流封隔器皮碗的性能分析及参数优化

分流封隔器是刮管冲砂技术中最重要的工具,直接影响到冲砂洗井的效率。针对分流封隔器皮碗极易出现撕裂和磨损问题,开展皮碗力学特性研究。采用有限元法与试验相结合的方法,研究推筒外径和底径、皮碗水平距离和内外径对分流封隔器密封性能的影响,优化皮碗总成结构参数。结果表明:影响皮碗密封的主要因素依次是皮碗的外径、内径、水平距离、推筒的底径和外径;最优结构参数组合是推筒外径192 mm、底径188 mm、皮碗内径185 mm、外径216 mm、水平距离46 mm。优化后试验表明,皮碗满足外径244.5 mm套管使用要求,以及皮碗静密封承压20 MPa和动密封承压10 MPa的技术要求,整体性能得到提升,验证了有限元仿真分析的准确性。研究结果可为分流封隔器整体性能改进和应用提供参考。

管柱自动提放装置动力响应及安装位置优化

在井场管柱运输作业中,使用自动提放装置将管柱运输到猫道,因不同机构加速度和运动方式产生钻杆脱落和不稳定性问题。应用Ansys和ADMAS软件联合建立其刚柔耦合动力学模型,分析横梁与滑架交叉运动、横梁机构不同加速时间、钻杆重量增加情况下以及蜗轮蜗杆箱在游梁上不同安装位置上机构的动态响应。结果表明交叉运动时钻杆水平接触力会增加,且钻杆水平波动明显;横梁机构在加速时间0.6 s后,将钻杆送达猫道的最快速度达到0.9 m/s;随着钻杆重量增加到1400 kg后,其应力满足强度要求;蜗轮蜗杆箱安装在380 mm,为最佳安装距离。通过模拟该装置不同作业方式下的动力响应,为其自动化中设定驱动参数提供了参考,提高了运行中的稳定性,避免了实际运行过程中的损失。

储气库掩埋井口精确磁定位技术

在建设地下储气库时,首先应确保储气库的密封性,要确定废弃掩埋老井的位置并对其进行封堵,常见测量手段存在一定的误差和不确定性。为此提出一种掩埋井口精确磁定位技术,通过主动激发掩埋井口周围的磁场分布特征,结合反向散射信号提取解算,实现精确测量和定位。硬件系统主要由发射器、接收器和计算装置组成,采用信号提取、坐标转换、平面定位、垂向定位等定位算法可以锁定被埋井口位置,同时从算法方面分析了绞车、回路、发射器等可能会对磁定位结果产生的干扰。该技术应用于辽河油田国家级自然保护区的桥下S井定位作业中,共钻进4口浅井,交替测量2次后成功锁定S井井口位置,随后一次开挖成功,与测量坐标的误差小于0.5 m。该技术解决了长期困扰油田的储气库无法顺利建库的难题,为掩埋井口精确定位提供了可靠思路,具有指导意义。

聚簇孔机械深穿透微型单涡轮特性分析

为提高油气井产能,目前主要方法是水力压裂增油、增气技术,但压裂返排水存在层间泄漏和运移问题,会对区域水资源安全构成危害。为了解决该类问题,提出机械深穿透微型单涡轮驱动钻孔方案,在油气储层中形成若干聚簇孔,并设计5种微型单涡轮结构,采用CFD软件对不同特性参数和钻井液性质下的微型涡轮进行数值模拟。研究结果表明:5种微型单涡轮(A,B,C,D,E)的最大扭矩分别可达微型双涡轮最大扭矩的79.1%,69%,77%,90.4%,108.7%,最大效率值分别为40.8%,40.2%,41.7%,38%,40.5%,略低于微型双涡轮的最大效率45.46%;流量增加,微型单涡轮(E)扭矩和压差均显著增大,最大值分别为11.13 N·Fm和0.40 MPa,输出功率和效率随着转速增加,先增大后减小,在流量为1200 L/min时出现最大值,分别为2.43 kW和40.5%;钻井液密度增加,微型单涡轮(E)扭矩、压降、输出功率和效率明显增大,最大值分别为12.98 N·m,0.815 MPa,5.44 kW,39.7%,钻井液黏度增加,微型单涡轮(E)压降增大,扭矩、输出功率和效率均减小。分析研究认为微型单涡轮(E)能代替微型双涡轮,可提供良好动力。

页岩气水平井套管的剪压变形试验与套变预防实践

在我国页岩气勘探开发取得快速发展的同时,也伴随着页岩气水平井套管变形(以下简称套变)问题的频发,直接影响到了页岩气开发的效率和效益。为了探索预测、防范与治理套变的方法,基于套管抗内压交变试验、MIT24井径测井的地面模拟试验和套变形态特征的系统解析、套变的大型物理模拟试验和数值模拟等室内工作,分析了页岩气水平井套变的地质、工程原因,结合广义剪切活动准则,制订了套变风险点评价的新方法和预防套变的技术措施。研究结果表明:①MIT24井径测井解释的23口井119个套变点的变形特征,符合剪压变形试验的力学行为;②大型物理模拟试验显示出走滑应力状态下,天然裂缝发生明显滑移;③数值模拟结果显示,随着断层滑移量的增加,套管受到的挤压应力不断增加,当断层的滑移量介于7.5~9.0 mm,套管达到临界屈服强度,并开始产生塑性变形。在四川盆地南部威远地区的28口井开展了“暂堵裂缝+长段多簇”等技术的现场试验,套变率从研究前的54%降低到14.3%,丢段率从研究前的7.8%降低到0,套变治理取得了显著的成效。结论认为,断层和大裂缝(以下简称断-裂)发生剪切滑移是导致页岩气水平井套变的主要原因,在套变风险点压裂前应提前采取“暂堵裂缝+长段多簇”、降低压裂规模、适当释放井筒压力等措施降低断-裂的活动性,从而达到预防套变的目的。