储气库套管-水泥环-地层的匹配关系

为了防止储气库井筒内注气增压过程中水泥环本体产生塑性变形,卸载时产生微环隙导致井筒密封失效,运用ABAQUS建立储气库套管-水泥环-地层组合体弹塑性力学模型,模拟储气库井筒内气压变化过程,结合水泥环和地层弹性模量等影响因素分析储气库套管-水泥环-地层之间匹配关系的变化规律。结果表明:以水泥环本体不发生塑性应变为标准,以套管抗内压强度为限制条件,可为不同类型套管匹配最佳的水泥环厚度;当套管尺寸一定时,地层和水泥环弹性模量越小,水泥环厚度越大,套管承压越大,储气库井筒密封失效的可能性越小。(图9,表4,参20)     

储气库井油套环空的合理氮气柱长度

针对储气库井的油-套环空异常带压问题,建立注入氮气柱的密闭环空数学模型,综合分析了在压力、温度影响下密闭环空的压力变化情况.对储气库井注气过程和采气过程中的环空压力进行分析计算,研究了环空氮气柱长度、注采过程中油管温度和压力等因素对油-套环空压力的影响规律.结果表明:环空注入一定长度的氮气能有效缓解储气库井环空带压问题;氮气柱越长,套压值越低,当氮气柱长度超过100m时,套压变化越来越小,环空氮气柱长度范围宜选取100～200 m,初始氨气注入压力为2 MPa;油管压力和温度变化影响环空套压值,其中温度是主要影响因素,使用隔热材料,有助于减小或防止注采过程中由于油管温度升高引起的环空压力升高.     

非均匀地应力条件下注水井泄压对套管受力的影响分析

注水井泄压导致套管损坏的现象在油田生产过程中时有发生,特别在非均匀地应力场和井眼几何形状不规则的情况下,套管柱承受的应力集中效应更为显著。为了分析非均匀地应力场注水井泄压过程套管应力的变化,采用有限元方法模拟计算了不同地应力场分布、椭圆水泥环不同弹性模量和泊松比以及不同椭圆度条件下的套管von Mises应力变化。结果表明:地应力差值变化对泄压水井套管应力不存在影响;椭圆水泥环弹性模量增加,水井泄压时套管所受的von Mises应力最大值减小,而泊松比增加,水井泄压时套管所受的von Mises应力最大值增大;水泥环椭圆度增加,套管上的von Mises应力最大值增大。     

地下储气库天然气泄漏损耗与动态监测判定

地下储气库的注采运行,需要持续监测储气库内天然气的运移和渗漏情况,校核储气量,以保证储气库的供气能力。从地质层面,储气库的泄漏损耗主要包括内部渗漏、外部泄漏、垫层气量增加;从工程层面,储气库泄漏损耗主要包括注采井泄漏,地面管道和设备泄漏,注采气系统放空。储气库注采过程动态监测内容主要有:采气井和注气井压力、温度等动态参数,盖层的密封性,固井质量和套管的密封性。介绍了中子测井、温度测井、转子流量计等监测手段。提出了通过监测关井压力和地层压力随库存量的变化曲线动态判定储气库泄漏情况的方法,为我国储气库的工程实践提供了理论依据和技术支持。     

金坛储气库井筒风险因素识别及结构重要度分析

金坛储气库井筒因盐岩蠕变、注采压力波动频繁、地下水丰富等因素,较常规天然气井筒面临更大的失效风险,常规评价方法及结论难以适应其安全评价和管控需求。基于金坛储气库地理位置条件及井筒实际运行状态,识别出注采压力波动频繁、交变载荷、地下水丰富、盐岩蠕变等10项金坛储气库井筒特有的风险因素;考虑各风险因素可能引发的失效模式,建立金坛储气库井筒失效故障树;并对井筒结构重要度进行计算及排序。结果表明：金坛储气库井筒失效的最大风险因素为注采气压力波动频繁,较常规天然气井的最大风险因素是酸性环境发生了显著变化;在识别出的10项金坛储气库井筒特有的风险因素中,有5项特有风险在底事件结构重要度排序中占前10,可见金坛储气库井筒的失效风险多来自自身运行特征与地理位置因素。最后在常规天然气井筒管理的基础上,有针对性地提出金坛储气库井筒风险管控措施。（图8,表3,参20）     

枯竭油气藏型储气库地层压力的计算方法

储层压力的动态变化是影响储气库注采能力的关键环节。为了研究储气库注采过程中地层压力随库容量的动态变化关系,结合生产数据和物质平衡原理,建立了3种评价储气库地层压力随库容量动态变化的快速计算方法,即生产数据拟合法、定容法及动态计算法。利用3种方法对储气库的地层压力随库容量的变化及地层压力在一个动态注采周期的变化进行计算,同时比较分析了定容法和动态计算法对储气库地层压力预测结果产生差异的原因,在此基础上对储气库注、采气量波动及注采周期对储气库地层压力的影响进行了敏感性分析。结果表明:3种方法都可以用于对储气库地层压力变化的动态预测,方法 1的准确性依赖于生产数据的获取及生产数据变化趋势分析;方法2适用于边水、油环的变化可以忽略的储气库地层压力预测;方法 3适用于对多种类型的储气库进行地层压力预测,但需要的地层参数相对较多。地层压力受日注采气量波动影响较小,受注采周期的影响较大。     

盐穴地下储气库失效分析与预防措施

阐述了盐穴地下储气库失效的概念,确定将泄漏和传输能力下降作为盐穴地下储气库的2种失效模式;回顾了国内外盐穴地下储气库的失效事故,分析了失效原因,并对套管失效和盐岩蠕变等失效原因进行了详细分析;提出了盐穴地下储气库失效的预防措施,包括定期对注采井、套管及水泥环胶结的状态进行检测,加强注采井动态参量的监测,完善运行数据管理程序,开展盐穴体积收缩率的预测工作,在储气库设施和城市之间设置监控井等。     

凝析气藏地下储气库单井注采能力分析

凝析气藏地下储气库单井的注采能力主要受储层渗流能力和井筒性质的影响,通过气井的产气方程及节点压力分析法的计算,确定出注采井的流入流出动态关系曲线,在考虑最小携液流量和冲蚀安全流量的约束条件下,计算了储气库内单井的注采能力,并对其主要影响因素进行了分析,为储库的优化运行提供科学依据。     

全应力-应变条件下气体钻井井壁稳定性研究

气体钻井时井筒内压力较低,气体对井壁支撑较弱,井眼在原地应力作用下不可避免地会出现形变.若按照钻井液钻井时井壁稳定性评价方法进行气体钻井过程中井壁稳定性评价,得到的结果往往与实际施工情况不相符.气体经过喷嘴时发生温降,井筒内温度不同于原地温度,井壁会受到热应力作用,这对井壁围岩的受力状态也将产生较大影响.根据理想弹塑性软化模型,将岩石全应力-应变过程简化为弹性、塑性软化和残余3个线性阶段,结合井筒传热理论得到的井筒内压力和温度分布,确定井壁热应力分布,进行井壁围岩应力分析建模.理论分析可知,所建模型具有一定的普适性.实例计算表明,在井底附近,井筒温度远低于地层原始温度,井壁产生的热应力对井壁岩石起到收缩的效果,抵消了一部分井壁围岩在地应力的作用下向井筒内膨胀的作用;而在井眼上部,由于井筒温度高于地层温度,井壁岩石在热应力的作用下发生膨胀,增强了井壁围岩向井筒内膨胀的作用;在进行气体钻井时井壁热应力对井壁稳定性的影响较为显著,井眼下部井壁稳定性得到强化,而井眼上部井壁不稳定性被加剧.     

同心管分层注气井筒温度场计算方法

凝析气藏注气井井筒温度场计算是循环注气工艺设计及参数优化的重要基础。根据能量守恒原理和井筒传热机理,建立了同心双管分层注气井筒温度分布计算模型,并对井口注入参数和内外油管尺寸进行了敏感性分析。结果表明,外油管直径和内外管环空注气量是影响井筒温度分布的主要因素,注气温度仅对井筒上部的温度分布有明显影响。当外油管直径一定时,内油管直径大小对井筒温度影响较小;当内油管注气量不变时,内外管环空注气量越大,井筒流温梯度则越小,井底温度也越低。     

水泥环缺失下套管抗爆破强度研究

为了解决油田钻井过程中套管因受内压发生爆破、严重影响钻井工作效率的问题,针对套管-水泥环局部缺失-地层系统,运用ANSYS有限元分析软件研究了套管抗内压初始爆破强度,即套管任意一点的Mises应力刚好达到套管材料的抗拉极限强度时套管内壁面上施加的内压值。研究了水泥环不同周向缺失量和5种地层围压组合下对6种壁厚的无磨损套管抗内压初始爆破强度的影响,并预测了套管的抗内压初始爆破强度。研究结果表明,对于套管-水泥环局部缺失-地层系统,当水泥环缺失量不大时,套管的外壁最先达到抗拉极限强度;当水泥环缺失量大于某一个值时,套管的内壁最先达到抗拉极限强度。     

P110套管腐蚀开裂机理研究

石油套管在矿化度严重的地层中容易腐蚀.腐蚀基本特征为点蚀,腐蚀形状大多呈类椭球体形.套管腐蚀以后壁厚减薄,点蚀会产生应力集中,降低了套管的强度,对油田生产造成严重影响.以P110套管为研究对象,应用弹塑性有限元方法对套管腐蚀后模型进行静力学分析.研究表明,套管腐蚀后在分别受均匀内压和外压作用时,最大Von-Mises应力与应变值均发生在套管腐蚀坑内壁处,且2种压力作用时的最大Von-Mises应力与应变值相差不大;随着套管腐蚀程度的变化,在分别受均匀内压和外压作用时,套管最大Von-Mises应力值和应变值的变化规律相似;影响套管强度的主要因素为腐蚀坑深度,即随着腐蚀深度的增加,套管的抗压能力明显降低,套管的开裂压力越来越小,且内压和外压作用时的开裂压力十分接近.     

不利围岩条件下调压井应力变形的有限元仿真分析

【目的】探讨不利围岩条件下调压井的应力变形特性。【方法】以摩洛哥某水电站调压井工程为例,运用大型有限元软件,建立了调压井应力变形分析的三维有限元模型,通过仿真计算获得了施工期与运行期调压井围岩及衬砌结构应力变形的分布与变化规律。【结果】在不利围岩条件下,施工开挖过程中围岩径向位移均指向井内,随着下层岩体的开挖,上层岩体的径向位移不断增大;沿高程方向,径向位移自上而下呈递减趋势,衬砌之前围岩变形基本稳定;运行期衬砌结构内、外侧环向正应力的分布规律沿高程方向基本一致,除调压井底部阻抗孔口处及调压井顶部外,内、外侧环向正应力均以拉应力为主,且自上而下大体呈递增趋势,内、外侧环向拉应力最大值均发生在调压井底部与阻抗孔口衔接处;施工期和运行期井周围岩的径向最大压应力及环向最大压应力均远小于围岩体的设计抗压强度,因此施工期井周围岩不会产生塑性破坏。【结论】在不利围岩条件下,调压井施工应采用自上而下分层开挖的方法,并及时喷锚和延迟一级衬砌;在调压井底部需采取加大衬砌混凝土标号、加设钢板内衬等增加强度的措施。     

考虑非均匀地应力的热采井水泥环力学分析

在热采井稠油开采过程中,水泥环的密封完整性对于保障稠油高效开采十分关键,因此开展非均匀地应力状态下的热采井水泥环力学分析研究具有重要的实际意义.热采井水泥环在井下承受高温、高压、非均匀地应力等各种复杂情况,容易造成水泥环破坏而影响稠油正常开采.通过对热采井水泥环系统的力学分析,并考虑多因素的影响,建立了水泥环受力模型,结合实例计算分析了水泥环弹性模量、热膨胀系数、注汽温度、非均匀地应力等因素对水泥环强度的影响,对于热采井固井水泥浆性能设计和预防水泥环破坏具有重要的指导意义.     

超深井蠕变地层套管强度及其影响因素研究

由于盐膏层岩石具有蠕变特性,导致盐膏层钻井、完井工艺复杂,造成井下套管损坏率高;本文采用岩石模拟伯格斯模型,研究了非均匀地应力下蠕变地层套管径向应力、最大等效应力和套管安全系数的分布规律,并在此基础上系统地研究了地层弹性模量和泊松比、水泥环模量和泊松比、非均匀载荷系数、内压等工程和地质因素对套管应力和载荷的影响规律,为蠕变地层中套管强度计算提供理论依据。     

套管-水泥环-地层完备系统力学模型解析解及有限元分析

基于多层组合厚壁圆筒理论,运用弹性力学理论,对套管-水泥环-地层完备系统力学模型计算公式进行了推导,利用有限元软件ANSYS对套管-水泥环-地层完备系统进行了数值模拟计算。研究结果表明,对于套管-水泥环-地层完备系统,其径向应力在套管-水泥环交界面和水泥环-地层交界面上是连续的,其周向应力和Mises应力在套管-水泥环交界面和水泥环-地层交界面上是不连续的;有限元计算结果与理论计算结果的相对误差较小,误差最大的不超过3%,这表明有限元计算结果是可信的,也说明有限元中相关参数和条件的设置较为合理。     

棋盘洲长江公路大桥锚碇基坑施工性状数值分析

针对棋盘洲长江公路大桥锚碇基坑地下连续墙+内衬的支护形式,采用有限元软件对基坑开挖施工全过程进行数值模拟,并与现场实测数据对比,分析了基坑开挖对支护结构受力变形及周边环境的影响。结果表明,地下连续墙径向应力主要位于墙身嵌岩部分,地下连续墙环向应力曲线与径向位移曲线呈内凹形,地下连续墙环向最大应力及径向最大位移的位置随开挖而逐渐下移;在开挖0～39m时,最大值位置位于开挖面以下,开挖39～49.8m时,最大值位置位于开挖面以上;地下连续墙顶部产生向上的竖向位移,地下连续墙背土压力主要位于嵌岩段范围内,且随基坑开挖深度增加而增大;周边地表沉降主要由施工荷载导致,地表沉降在2倍开挖深度范围外基本无影响。     

水泥环和混凝土对储气井的加强与固定作用

通过建立储气井受力模型,对水泥环与井筒界面之间的界面压力进行计算,得到了储气井固井水泥环与井筒之间的摩擦力和储气井固井临界长度:理想固井状态下,对于φ177.8和φ244.48储气井,固井长度超过0.7m,则井筒不会脱离水泥环从地面窜出.在水泥环与地层不脱离的情况下,当地层土为粉细砂时,φ177.8和φ244.48储气井地面以下连续固井长度分别需要达到43 m和60m.针对储气井上部腐蚀减薄和固井不合格的情况,分析了加固混凝土对储气井井筒的加强作用:若储气井井口段采取有效加固处理和充分的防腐措施,即使储气井壁厚的减薄量超过腐蚀裕量,正常工作压力下储气井井筒的实际应力也低于许用应力.(表1,图2,参6)     

超临界CO_2管道泄压过程中管内动态应力分布

针对超临界CO_2管道泄压过程管内应力大小及分布情况的研究较少,且无相关规范准则对其泄压的初始条件作出明确要求,研究了管输超临界CO_2在泄压放空过程中管道应力、温度分布情况及其影响因素,使用有限元法模拟了在不同初始温度、初始压力下管道泄压放空过程中的应力响应。研究表明:由于超临界CO_2管道在泄压过程中管道内外壁的温差很小,因此由温差产生的热应力可以忽略不计;管道泄压后温度、等效应力、径向应力由管道内壁沿壁厚向外壁近似呈线性变化,管道初始压力越大,泄压后管壁等效应力与径向应力越大,但管道温降幅度会相对减小;管内初始温度越低,管壁等效应力以及径向应力越大,管道放空所需的时间越长。研究成果可为超临界CO_2管道放空方案的拟定以及相关规范准则的制定提供一定依据。     

盐穴储气库储气与注采系统完整性技术进展

完整性管理是储气库安全管理的发展方向,储气与注采气系统是盐穴型储气库最重要的组成部分,研究并实施储气与注采气系统的完整性管理对保障盐穴型储气库安全运行具有重要意义。综述了在盐穴型储气库储气与注采气系统完整性管理中风险评估和完整性评价两项关键技术的研究进展。在风险评估方面,识别出了风险因素,建立了定量风险评估方法,包括失效概率计算方法、失效后果估算方法及风险评估方法;在完整性评价方面,分析了井筒损伤因素及其类型,提出了储气库溶腔稳定性评价、含缺陷套管完整性评价以及注采气管的疲劳寿命和冲蚀寿命预测方法。（图8,表1,参10）