徐深气田井筒完整性评价关键技术研究

发布时间：2018-04-09 21:05

本文选题：井筒完整性　切入点：评价　出处：《西南石油大学》2015年博士论文

【摘要】：火山岩气藏大多具有埋藏深、岩性硬、低孔低渗、高温、含C02的特点,导致气井的钻井、完井、压裂、防腐技术在实施过程中异常复杂困难。以徐深气田为例,自2005年投入开发以来,大约30%的气井在生产过程中发生环空带压、射孔段套管变形、油套管腐蚀穿孔断裂等安全隐患,使气井的井筒完整性面临严重威胁,影响了气田安全高效开发。本文针对上述问题,开展了气井全生命周期内的井筒完整性评价技术研究,包括水平井钻井过程中钻杆与套管磨损、直井射孔完井过程中非均匀载荷条件下的套管力学性能、大规模压裂过程中的压裂管柱冲蚀、长期生产条件下的CO2腐蚀等方面的理论与实验研究,为深层火山岩气藏气井井筒完整性评价提供了技术支撑,主要包括以下研究内容：(1)深层火山岩气藏气井套管磨损程度及剩余强度分析技术研究：为准确评价钻井过程中井下套管的磨损程度及剩余强度,以典型的深层火山岩气藏徐深气田为例,实测了实际钻井液中S135钻杆与P110套管之间的“磨损效率”,考察了转盘转速、接触力对套管磨损速度与磨损效率的影响,为准确计算套管磨损深度提供了基础参数。将磨损套管作为具有初始椭圆度的圆筒,建立了非均匀外载作用下套管径向位移微分方程,首次用小参数摄动法导出非均匀外载作用下具有初始椭圆度的磨损套管应变计算公式,建立了非均匀外载作用下磨损套管的稳定性准则。应用有限元方法和实验方法验证了外压作用下磨损套管的环向应力、径向应力及剩余抗挤强度理论计算方法,并进行了实例计算与分析。(2)射孔套管剩余强度及非均匀载荷下射孔套管强度安全性分析：针对深层火山岩气藏直井射孔完井及套管承受非均匀挤压的特点,用杆管相似理论系统分析了90°、45°、30°、0°等射孔格式套管的剩余强度,得到了不同射孔格式下套管剩余抗挤强度系数迭代计算公式；参照API标准创新进行了射孔套管非均匀载荷挤毁实验,并进行了有限元验证；进行了射孔高压作用下射孔套管强度安全性有限元分析,搞清了水泥环性能对射孔段套管强度安全性及井筒完整性的影响规律。理论分析、实验分析、有限元分析等相互验证,为火山岩气藏气井射孔段套管强度评价提供了算法、方法,为优化射孔和固井方案提供了依据。(3)深层火山岩气藏气井大排量压裂管柱及井下工具冲蚀研究：根据深层火山岩气藏大多需大规模压裂开发工艺的特点,以典型的火山岩气藏徐深气田为例,首次用胍胶压裂液进行了P110管材、13Cr管材及35CrMo材料(井下工具中心管主要材料)冲蚀实验,得到冲蚀速率随排量(流速)、冲蚀角度及含砂量的变化关系,建立了不同管材冲蚀速率预测模型；应用FLUENT软件进行了常用井下工具流场分析和冲蚀分析。结果表明：携砂液流过工具内部结构突变区域时产生了强烈的扰流和漩涡,颗粒相被液体卷吸进管柱或工具壁面,使结构变化处的直冲台肩面、内壁面、背侧台肩面都产生了较大的冲蚀。(4)深层火山岩气藏气井井下管柱CO2腐蚀规律研究：针对目前火山岩气藏普遍含有CO2且分布不均的特点,研究温度、流速、CO2分压及pH值等主要影响因素对局部腐蚀速率的影响,确定火山岩气藏生产管柱局部腐蚀敏感区域,为不同深度生产管柱的腐蚀预测提供基础；以典型的火山岩气藏徐深气田为例,首次建立了火山岩气藏生产管柱局部腐蚀发展规律三维模型,结合带缺陷油管和套管腐蚀剩余强度评价模型,形成了在役井下管柱剩余强度计算方法,实现了气井井筒腐蚀风险的定量评价。基于上述针对深层火山岩气藏储层与钻完井技术特点开展的井筒完整性评价技术研究,可在全生命周期内对气井井筒进行安全评估,指导气井钻井、完井、射孔、改造及采气工艺的优化改进,减轻技术套管的磨损,将作业参数控制在射孔段套管强度范围之内,将压裂管柱冲蚀和生产管柱腐蚀控制在可以接受的范围之内,确保深层火山岩气藏气井井筒的完整性。
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【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE931.2

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