深井超深井注入过程井筒温度场模型研究及应用

低温流体的注入过程若使井筒温度场发生较大变化,管柱会因温度变形而产生较大的附加轴向力,导致管柱变形和封隔器失封。为此,考虑深井、超深井井身结构特点及地层传热机理,根据能量守恒定律和热力学定律,建立深井、超深井注入过程井筒温度场模型。采用稳态假设消除时间项并连续使用解析法得到模型解析解,结合某超深井井身结构与施工参数,分析了复杂井身结构和地层温度对计算结果的影响,得到了不同注入温度和排量下井筒温度分布规律。研究结果表明,考虑复杂井身结构后模型精度更高,与井底温度的绝对误差为-0.56%,不考虑复杂井身结构的绝对误差为1.52%;地层温度对井筒温度的影响较小。研究结果可为管柱力学分析提供数据支撑、为作业参数优化提供理论依据。

注CO_(2)井管柱腐蚀速率预测

利用CO_(2)驱油提高低渗、高含水油田原油采收率已经发展成为双碳背景下应对气候变化的重要技术。但是注CO_(2)井管柱频繁发生腐蚀失效的问题,研究管柱在CO_(2)环境下的腐蚀机理,预测管柱腐蚀速率是腐蚀防护是保障安全生产的重要途经。为此本文开展了注CO_(2)井管柱腐蚀的电化学分析,考虑了压力、温度、pH值、含水率、离子浓度等因素在管柱腐蚀失效中关联关系,优化了CO_(2)腐蚀环境下P110油管的腐蚀速率预测模型,对实例井油管柱腐蚀速率完成预测,并对比油田现场实测值。结果表明:在注CO_(2)过程中,1500m以上井段腐蚀程度较小,腐蚀主要发生在1300~1700m井段,温度为70℃左右腐蚀做严重,腐蚀速率可达0.3mm/a。腐蚀速率受含水率、井筒温度影响较大,腐蚀情况预测结果与现场实测腐蚀情况吻合较好。

气井天然气水合物预警临界线预测与试验对比分析

气井测试过程中面临许多复杂情况,水合物结冰冻堵井口是其中较为严重的事故,准确地进行预警预报对水合物的预防至关重要。为了科学地确定天然气水合物的预警临界线,通过理论预测方法与室内试验结果进行对比分析认识到,图解法具有使用方便并适度报警的突出特点,结合施工过程中的工作量及作业成本,图解法所预测临界线可用于现场的实时监测,但与试验结果相比具有滞后预警的风险。为了规避风险,提出了在特殊情况下右移预警临界线的建议。

低温低矿化度环境可溶桥塞开发与性能评价

在低温、低矿化度条件下的地层环境中,可溶桥塞的整体性能无法满足国内部分油田项目的实际施工需求。鉴于此,从可溶桥塞的材料选型、结构设计及计算、施工工艺研究等方面入手,成功研发出一款适用于低温、低矿化度条件下的可溶桥塞,并开展了现场试验。研究结果表明:研发的可溶桥塞能够适用于低温、低矿化度条件下的地层环境,最高耐温150℃,承压70 MPa,在20~70℃、Cl-质量浓度1000~3000 mg/L条件下,能够实现整体溶解;在油田现场压裂中,能够节省后期钻塞过程,明显提升了现场生产效率;该可溶桥塞工具实现了全可溶,明显减少了现场施工作业成本,故选择适合的可溶桥塞工具,可达到施工效果最大化。研究结论可为实现油田高效、低成本压裂施工提供技术指导。

试井施工压力异常(漏失井及酸压井)分析及措施

地层压力,尤其是原始地层压力对油气藏的认识、评价、开发极为重要。获取原始地层压力的方法主要有两种:一是通过DST测试获取,二是在油气井投入正常生产后立即进行静压测试。这两种方法取得数据一般情况下还是比较可靠的,能够反映地层的原始地层压力,但是在漏失井及酸压井中取得的压力数据有时会出现异常。分析发现压力出现异常的井通常是那些钻遇较小溶洞或裂缝体系的漏失井或是酸压未能沟通较大缝洞体系的酸压井。原因可能是钻完井时进入地层的高压流体由于地层物性差不能充分扩散开,在井筒附近形成高压带,而完井后生产时间不够,高压带的压力没有完全释放,所以关井测出的静压偏高。

基于Johnson-Cook模型的剪切闸板性能仿真

目前有关剪切闸板性能分析多集中于闸板应力分析及钻杆参数分析,而对连续管规格、剪切闸板刃口夹角对剪切力的影响研究还不够系统和深入。为此,以Johnson-Cook模型为基础,建立了剪切闸板剪切连续管有限元模型,对剪切连续管过程中的剪切应力进行了分析,同时分析了连续管壁厚、长度及剪切闸板V形夹角等参数对剪切应力的影响。研究结果表明:随着连续管壁厚的不断增加,剪切力峰值总体呈上升趋势,在塑性变形阶段之前剪切力平缓上升,塑性变形之后上升幅度较大;随着连续管长度的不断增加,其剪切应力在不断减小,3000 m以上连续管,剪切应力明显下降,主要原因是下端拉力在剪切作业中起到了主导作用;随着剪切闸板V形夹角的增加,剪切应力先减少后增加,V形夹角在158°时,上、下闸板应力最优。所得结论可为连续管剪切闸板的结构设计及连续管剪切性能分析提供参考。

基于优化BP神经网络的连续管疲劳寿命预测

针对标准BP神经网络预测连续管疲劳寿命时容易陷入局部极小值和训练时间过长的缺点,利用有动量的梯度下降法、拟牛顿算法和一步正割算法分别对BP神经网络进行优化。拟牛顿算法优化后的BP神经网络性能最佳。利用拟牛顿算法优化后的BP神经网络预测连续管疲劳寿命,并与标准试验结果进行对比研究。研究结果表明:拟牛顿算法优化后的BP神经网络预测结果与标准试验结果最小相对误差率为1.7%,最大相对误差率为3.6%,满足工程精度要求。同时利用优化改进的标准BP神经网络预测方法,提出连续管疲劳寿命区间预测。预测结果表明,所有的预测样本都处于合理的预测范围之内,证明了优化后BP神经网络预测连续管疲劳寿命区间的可行性。所得结果可为连续管的疲劳寿命预测提供参考。

基于BP神经网络的不同内压下连续油管疲劳寿命预测

针对传统经验公式估算连续油管疲劳寿命精度较低的问题,利用MATLAB建立了3层BP神经网络模型,基于该模型预测不同内压作用下连续油管疲劳寿命,分析连续油管疲劳寿命与壁厚的关系。对比预测结果与已有试验数据,结果表明:不同内压作用下,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为4.8%,最小相对误差率为0.3%,最大相对误差率为9.4%,随着内压增大连续油管疲劳寿命减少;改变连续油管壁厚,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为1.4%,最小相对误差率为0.6%,最大相对误差率为2.8%,预测精度高于有限元预测结果,说明壁厚增加会延长连续油管疲劳寿命。基于BP神经网络模型预测连续油管疲劳寿命,降低了经验公式估算误差,提高了连续油管疲劳寿命预测精度。

油田注水配注合理注采比计算方法研究

为了稳定油藏原油产量、控制含水上升速度,需要确定油藏在注水开发过程中的合理配注量或注采比。通过应用油藏工程方法中广泛使用的经验公式和理论公式推导出了新的注采比随含水率变化预测模型。该模型直观表达了油田累积产油量与含水率关系及油田注采比随含水率变化的关系,其特点在于给定未来某一时刻油田含水率,就能确定其合理注采比。通过实例计算表明,应用该关系式计算结果可靠,参数获取简便,可用于指导生产静动态参数录取较少的区块油藏进行配注计算。

气井水合物实时监测预警系统研究

气井井口温度较低时井筒内易生成水合物,为了避免测试时冻堵井下油管事故的发生,设计了与现场数采设备相配合的实时监测预警系统。以井口附近地面管线监测点实时传输的压力、温度及流量数据为依据,应用井筒多相流理论计算气井沿程压力温度分布,与图解法所形成的天然气水合物p-t图相比较,进而判断是否达到水合物生成条件,并计算可能存在水合物的井段,由此进行报警并采取及时的预防措施。系统中包含了所涉及开井与关井井筒压力温度计算、天然气水合物生成预测、预警预防设置3部分。编制的软件经现场实践可达到实时监测的目的。最后,给出在集成化实时监控下预防气井水合物的对策。

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油储层特征及产能预测研究

通过岩心描述、薄片观察、测录井资料解释、核磁共振分析等技术手段,研究了吉木萨尔凹陷芦草沟组(P2l)致密油储层的岩石学特征、孔隙结构特征、物性特征、岩石力学特征、敏感性及含油性特征。研究表明,P2l储层岩性多样,储集空间多为溶孔,局部层段发育裂缝,孔隙结构属微孔、微细喉型,孔渗条件差,储层纵向上油气显示较为普遍,但油气相对富集的单层厚度较薄。此外,对致密储层改造措施效果的控制因素进行分析,认为工艺改造因素的影响尤为显著。在此基础上采用灰色关联分析、主成分分析、逐步回归分析3种方法优选出5个影响产能的参数,并通过多元回归分析建立了产能预测模型。经验证,产能预测结果与实际试油结论基本符合,应用效果好。

珠江口盆地惠州凹陷恩平组浅水辫状河三角洲沉积

珠江口盆地惠州凹陷恩平组广泛发育浅水湖泊,然而长期被认为是断陷湖盆的沉积充填模式。通过岩性组合、地球物理响应特征、古生物组合、地球化学指标、砂岩粒度特征等方面的综合分析,论证了在惠州凹陷恩平组沉积时期湖盆广阔平缓,湖泊淤浅,陆源供应充足,证实了在这种沉积背景下,发育浅水辫状河三角洲沉积体系。该体系具有三角洲平原、辫状河道极其发育,而河口坝等反旋回序列不发育等特征,该体系的提出揭示了研究区断拗转换期湖盆广、薄煤层发育、砂体分布广、沉降速率高、碎屑颗粒粗等沉积特色,与前人探讨的惠州凹陷恩平组的沉积面貌完全不同,为惠州凹陷古近系的勘探提供了新的理论和思路。

低渗透储集层应力敏感性评价方法

低渗透储集层在开采过程中,随着流体的采出而使地层有效应力升高,从而导致储集层岩石发生变形,渗透率随之发生变化,呈现出应力敏感的特征。国内外许多学者对于这一问题进行了研究,但就低渗透储层是否存在强的应力敏感性这一问题还没有达成共识。针对这一问题,对应力敏感性评价标准SY/T 5358-2002给出的实验流程和评价准则以及目前现有的各种评价方法进行了分析,并提出了切合实际油田开发的实验流程和评价方法,在此基础上测定了安塞油田的应力敏感性,测定其应力敏感性为中等或中等偏强。

水力喷射工具外壁反溅冲蚀数值分析

水力射孔技术利用高速含颗粒两相流的冲蚀作用对目标壁面打孔或切割作业,在射孔过程中高速两相流会反溅至工具外壁引起冲蚀破坏,严重时会使工具失效。本文利用欧拉-拉格朗日模型计算高速颗粒喷射反弹后的运动状态,得到水力射孔工具外壁的反溅冲蚀速率及区域,得到颗粒的反溅运动规律及反溅冲蚀的主要影响因素。计算结果显示随着射孔孔深的变化,颗粒反溅撞击速度和角度发生改变;随射孔深度增加反溅冲蚀速率降低,而反溅冲蚀区域增大;反溅冲蚀速率会随着喷射速度增大而增加,而反溅冲蚀区域基本不受喷射速度影响。因此,反溅冲蚀速率主要受射孔液喷射速度影响,而反溅冲蚀区域主要受射孔深度影响。

大庆油田古1区块黑帝庙油层沉积微相研究

古1区块构造位置处于松辽盆地中央坳陷区葡西鼻状构造的前缘轴部,研究层位为黑帝庙油层。通过对研究区黑帝庙油层组6小层310口井的测井资料分析,将每口井细分至单砂体级别的10个沉积时间单元,并进行精细统层对比,建立了测井相模式,确定了10个沉积时间单元的平面微相特征。

准噶尔盆地气井天然气水合物生成实验研究与分析

针对准噶尔盆地气井高压易形成水合物冰堵的情况,应用实际矿场的气样进行水合物生成室内实验研究与分析。实验分析结果表明,气样中甲烷含量与氮气含量之和可作为判断天然气生成水合物难易程度的标准;气样中杂质对水合物生成有一定促进作用,实验搅拌速度越快水合物生成时间越短,反映到气井中则是杂质颗粒越多越容易生成水合物,气井产量越大且开关井频繁越容易生成水合物。研究结果可为指导气井水合物预测与预防提供依据。

油套管钢在氯化钙溶液中腐蚀及缓蚀性能研究

为了获得普通碳钢在常规压井液中腐蚀性,并找到一种腐蚀控制途径,利用失重法和电化学方法研究了N80、P110钢在1.35g/cm^3 CaCl_2溶液中不同温度、高温高压,缓蚀剂种类、用量等条件下的腐蚀及缓蚀行为。实验结果表明,随温度的升高N80和P110钢腐蚀加剧,在常压60~80℃,普通碳钢自腐蚀电流密度从10^(-6)A/cm^2增加到10^(-5)/cm^2;4 MPa条件下,温度从90℃升高至150℃时,腐蚀速率增大了1个数量级;80℃下,WLD31A用量仅为30 mg/L时,对N80缓蚀效率可达95.51%,P110钢缓蚀效率可达93.11%;在60~80℃,升高温度有利于提高WLD31A缓蚀效果,N80钢缓蚀效率从88.08%增加到96.51%,P110钢缓蚀效率从61.38%增加到93.11%。

准噶尔盆地气井水合物抑制剂效果实验评价研究

准噶尔盆地气井多是高压井,当井口温度较低时井筒内会生成天然气水合物,化学抑制剂的使用可缓解井口冰堵的危害。选择当前适合现场的甲醇、乙二醇和二甘醇三种热力学抑制剂为研究对象,进行抑制剂效果评价实验。实验结果表明,三种抑制剂都具有阻止水合物生成和延长水合物生成时间的功效。横向对比来看,二甘醇抑制效果最好,其次为乙二醇,较差的为甲醇,通过技术-经济-环境综合对比,认为乙二醇为最佳使用对象。同时评价了产量大小与腐蚀对现场生产过程的影响,并提出了建议。

有机盐抑制黏土水化膨胀应用

考察了氯化钾在黏土、石英砂表面的吸附量以及甲酸钾和甲酸铵在蒙脱土表面的吸附量,对比研究了有机盐OS500A(含甲酸钾75%)溶液、OS500B(含甲酸铵75%)溶液、氯化钾溶液和清水抑制黏土水化分散的情况。结果表明:无论是氯化钾溶液还是有机盐甲酸钾或甲酸铵溶液,随着盐溶液浓度增大,盐吸附量逐渐增加。当氯化钾溶液质量浓度为160 g/L时,氯化钾在蒙脱土、高岭土和石英砂表面的最大饱和吸附量分别为5.6、2.06和1.57mg;当甲酸盐溶液质量浓度接近100 g/L时,蒙脱土对甲酸钾、甲酸铵的最大吸附量分别为5.51和5.42mg。蒙脱土对有机盐的吸附较易达到饱和,其饱和最大吸附量与无机盐相当。粒度分析结果表明,抑制黏土水化分散能力的强弱顺序为:甲酸铵(OS500B)>甲酸钾(OS500A)>5%氯化钾>清水。用煤油改变岩石表面的润湿性,有助于提高有机盐抑制黏土水化膨胀的作用。用氯化钾复配甲酸盐体系在阜东地区现场应用10口井,保护效果明显。

缠绕弯曲多次循环下连续油管疲劳寿命仿真分析

针对连续油管在压裂工况下容易产生疲劳失效问题,以QT-900连续油管为研究对象,采用Abaqus有限元分析软件对不同内压下连续油管在滚筒上缠绕/弯曲进行了数值模拟分析,将有限元仿真计算结果导入Fe-safe疲劳寿命预测软件计算,获得不同内压下连续油管的循环次数的变化规律。分析结果表明,随着内压的增大,连续油管的疲劳寿命呈现非线性下降的趋势,且将仿真结果与试验结果进行对比,结果吻合较好,说明有限元仿真可以近似替代试验。随着内压的增大,连续油管的疲劳寿命呈现非线性下降的趋势,当内压增大到80 MPa,连续油管的循环次数约为50次。