井筒油气相态变化对井控安全的影响

发布时间：2017-04-04 12:05

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【摘要】：钻井时,一旦超临界态酸性溢流进入井筒,在上升过程中随着井筒温度、压力的下降,将由超临界态转变为气态(临界点),相态的变化将导致进入井筒的酸性气体体积变化,使得井筒液柱压力发生变化,势必诱发井控安全问题。因此,研究井筒油气相态变化规律、分析相态变化对井控安全造成的影响,对于确保酸性气藏井控安全有着重要的作用。本文以井筒两相流为研究基础,通过研究计算井筒内超临界态流体的相变规律及溢流侵入后压井排溢过程井筒环空的动态分布,形成一套超临界态溢流压井排溢的动态分析方法,进而配合一套完整有效的的井控安全工程措施。本文取得的主要研究成果：(1)利用临界温度和临界压力可以判断储层流体是否处于超临界态。对于单组分储层流体,可直接参考气体临界值表；对于多组分储层流体,则要采用拟临界参数法计算后才能得到多组分临界值,并利用各组分的分压力和温度进行判定。在高温高压储层中,储层流体大多处于超临界状态。(2)当超临界态储层流体溢流进入井筒后,在上返过程中当温度、压力小于临界值时就会发生相态变化,导致体积变化。其变化程度取决于：超临界态储层流体温度、压力的下降过程与临界点的距离,越靠近临界点变化越大；超临界态储层流体温度、压力的下降路径,直接进入气态区比先进入液态区再进入气态区变化要大。(3)本文采用哈桑(Hasan)和卡比尔(Kabir)方法,将铅直圆管中的流动划分为四种流型泡状流、段塞流、搅动流和环状流,及判断流型的计算公式。偏差因子的计算采用德兰丘克-阿博-卡塞姆(Dranchuk-Abou-Kassem)方法(简称D-A-K方法),求解采用牛顿迭代法。(4)本文根据已知的关井立压、关井套压、初始溢流量等地面观测参数,利用真实气体状态方程,采用设定初值、划分微段、逐段计算、叠加检验的数值计算方法,对溢流发生后、节流压井前的井筒初始状态进行反演,通过计算初始溢流段高度、初始溢流段持气率分布规律,成功的展现了井筒初始状态。(5)本文根据已知的井筒初始状态,采用设定初值、划分微段、逐段计算、叠加检验的数值计算方法,对节流压井过程中的溢流量、溢流段高度、溢流段持气率、井筒压力分布、压井套压等参数进行计算,为节流压井过程中实施套压控制提供了可靠的数值依据。(6)本文进行了三种溢流情况的节流压井实例计算。结果表明：在节流压井工况下,由于施加有套压,超临界态溢流在井筒上升过程中,很难出现由于相态突变而导致的体积巨变情况。酸性组分含量越多,体积膨胀位置越靠近井口,体积膨胀变化率越大,最高套压出现的时间越短。由此说明：节流压井过程中对套压进行精准的控制,是消除井控安全隐患的关键。(7)压回法压井技术和密闭循环压井技术是确保超临界态溢流井控安全的有效措施,在条件允许时(如裂缝性储层)可以采用压回法压井技术,反之可采用密闭循环压井技术。本文规范了压回法压井施工参数的设计方法和步骤,提出了实现密闭循环系统主要有二大功能(防止含硫气体泄漏；含硫气体安全燃排)的具体方案。研究成果能为现场施工提供有力的理论支持,为现场作业提供一套完整的、可适用的井控安全工程措施,从而降低钻井过程中遇到此类问题引发的严重后果,提高钻井的安全性。
【关键词】：酸性气藏 超临界 相变 井控安全 压回法 密闭循环
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE28
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究目的和意义10
• 1.2 国内外研究概况10-15
• 1.2.1 井筒油气相态变化的井控安全问题10-11
• 1.2.2 研究现状11-14
• 1.2.3 存在的不足14-15
• 1.3 研究的技术思路及主要内容15-17
• 1.3.1 研究思路15
• 1.3.2 研究的主要内容15-17
• 第2章 酸性气藏超临界态判定方法17-25
• 2.1 超临界流体的概念、性质及相行为17-20
• 2.1.1 纯天然气的特征17-18
• 2.1.2 超临界流体的概念及性质18-20
• 2.2 多组分酸性气藏超临界态的判定20-23
• 2.2.1 多组分酸性天然气相图20
• 2.2.2 多组分酸性天然气临界值20-23
• 2.3 超临界流体的特性23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 节流压井工况下井筒气液两相流动计算模型25-38
• 3.1 井筒气液两相流动计算对相态变化的影响25
• 3.2 节流压井工况下井筒压力关系25-26
• 3.3 井筒环空气液两相流动基本理论26-32
• 3.3.1 井筒气液两相流基本参数26-29
• 3.3.2 井筒气液两相流的流态划分及判定29-32
• 3.4 井筒环空气液两相流动计算方法32-35
• 3.4.1 井筒环空流动压降计算32-35
• 3.4.2 井筒环空静液柱压力计算35
• 3.5 井筒环空气体状态方程35-37
• 3.5.1 真实气体状态方程35-36
• 3.5.2 偏差因子计算36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 超临界态溢流压井计算方法38-66
• 4.1 基于气液两相流动模型的节流压井计算38-40
• 4.1.1 压井物理模型38-39
• 4.1.2 与常规压井方法的区别39-40
• 4.2 气体溢流压井计算方法40-50
• 4.2.1 井筒初始状态计算方法40-44
• 4.2.2 气体溢流压井过程井筒状态计算方法44-45
• 4.2.3 实例计算45-50
• 4.3 超临界态溢流压井计算方法50-59
• 4.3.1 低含酸性组分溢流实例计算50-54
• 4.3.2 高含酸性组分溢流实例计算54-59
• 4.4 计算结果对比分析59-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 超临界态溢流井控安全措施66-81
• 5.1 井筒钻井液除硫技术66-69
• 5.1.1 除硫化氢化学方法及其原理66
• 5.1.2 井筒钻井液加入除硫剂条件、选择原则及用量分析66-67
• 5.1.3 碱式碳酸锌除硫剂使用及效果评价67-69
• 5.2 压回法压井技术69-76
• 5.2.1 概念69
• 5.2.2 压回法压井的适用条件69-70
• 5.2.3 压回法压井的相关计算70-76
• 5.3 密闭循环压井技术76-80
• 5.3.1 密闭循环系统概况76-77
• 5.3.2 实用化密闭循环压井技术77-78
• 5.3.3 密闭设备78-80
• 5.4 本章小结80-81
• 第6章 结论81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 附录 实例计算数据表88-113
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果113

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