深水测试井圈闭压力预测及防治措施研究

发布时间：2020-08-21 23:14

【摘要】：深水油气资源是全世界石油资源的重要组成部分之一,随着海洋油气勘探技术的不断发展,国内对于油气资源的开发与利用逐渐由内陆领域转向深海领域。深水测试过程中,深水井的测试条件比陆上开采环境更为恶劣,其中由测试管柱内高温流体向外层套管传热,导致圈闭环空内流体温度和体积发生变化产生的环空圈闭压力问题是测试过程中存在的重要问题。国外对于环空圈闭压力的防治措施研究已较为成熟,而国内研究相对滞后,还未形成一套完整的缓解和防治圈闭压力的措施。因此,深水测试井环空圈闭压力的预测及防治措施的研究有着十分重要的意义。针对深水测试井井筒多层环空的特点,建立分井段计算的半稳态井筒温度场计算模型。考虑深水测试井井筒的轴对称性,基于圆筒传热模型、能量守恒定律等相关基本理论,结合井筒的稳态传热和套管至地层的瞬态传热,考虑井筒内流体与套管的对流换热、水泥环导热、地层/海水的导热传热等热量损失,并对井筒温度场进行计算,得到了圈闭环空内流体温度随井深的变化规律。在井筒温度场分布的基础上,建立了考虑圈闭环空内流体的热膨胀系数和允许压缩系数随温度和压力变化,对多套管环空圈闭压力预测模型进行修正。根据圈闭环空内流体的热膨胀系数和允许压缩系数的3种确定方法,建立了3种圈闭压力预测模型,以B圈闭环空为例从地层热度梯度、井深、测试产量和测试时间等方面对计算结果进行分析,结果发现本文建立的多套管环空圈闭压力预测修正模型计算结果更为精确。文中分析了地层热度梯度、测试产量和测试时间等因素对各圈闭环空内流体温度和环空圈闭压力的影响。结果发现,井筒各圈闭环空内流体温度与环空圈闭压力均随地层热度梯度的上升呈线形增加趋势;环空圈闭压力上升主要集中在测试初期,并随着测试时间的增加逐渐趋于平缓;随着测试产量的增加,各圈闭环空的温度和压力也将增加,但增加速率逐渐减慢。对圈闭压力的防治措施进行调研,分析对比了各泄压工具的工作原理及优缺点,设计了一种环空泄压工具短节。从井口装置压力、套管柱强度和封隔器压差等方面确定圈闭环空泄压工具短节的工作阀值,并对圈闭环空泄压工具进行有限元强度分析,满足设计要求,可为圈闭压力的防治工具的设计提供指导。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE53
【图文】：

技术路线图,圈闭,环空,热度

调研了国内外井筒温度场预测模型的基础上，考虑了水深、海水热度度梯度等因素的影响，在理论计算中叠加了井筒内流体与套管壁的导热以及地层/海水的传热等部分热量损失，建立了深水测试井井筒型。2）建立多套管环空圈闭压力预测模型井筒温压场分布的基础上，考虑体积变化、水深、海水热度梯度、地影响因素，研究温度与压力对圈闭环空内流体的热膨胀系数和允许化的影响规律，对流体热膨胀和圈闭环空体积变化量引起的环空圈套管环空圈闭压力预测模型，并分析导热系数和压缩系数等性能参度及地层热度梯度等参数对圈闭压力的影响。3）环空圈闭压力防治措施研究缓解圈闭压力的措施进行调研，并分析对比各泄压工具的工作原理了一种圈闭环空泄压工具短节，期望对之后环空圈闭压力防治措施。研究技术路线如图 1-1 所示。

示意图,深水井,井身结构,示意图

最终导致环空圈闭压力上升。因此，在研究环空圈闭试井井筒的温度分布规律进行研究。2.1 深水测试井井筒温度分布特点水井，地层中的高温流体在测试过程中在轴向上分别经过常情况下，海水温度在泥线处为 4~6℃，相对地层温度较低测试管柱内流体的温度场进行计算时，地层底端高温流体过地层热度梯度和海水热度梯度两种热度梯度，并且在泥试井通常由测试管柱、生产套管、技术套管和表层套管组深水井井身结构示意图，测试管柱与生产套管间的区域为产套管与技术套管、技术套管与表层套管为分别为 B 圈闭

测试井,井筒,物理模型,测试管柱

图 2-2 深水测试井井筒地层段温度传热物理模型Fig.2-2 Physical model of temperature transfer in the wellbore section of deep water test wel对于海水段，管柱内的高温地层流体经由测试管柱传热至海水，由图 2-3 看细过程如下：①测试管柱内流体区间（ci0 ≤ r ≤r），②测试管柱自身区cicor ≤ r≤r）；③A 圈闭环空区间（cogir ≤ r≤r）；④隔水管自身区gigor ≤ r≤r）；⑤隔水管外的海水区间（gor ≥ r）。

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