開關井對氣井井下管柱與氣藏安全性影響分析

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1、2008年第14期　　　　　　　　　　　內(nèi)蒙古石油化工127X開關井對氣井井下管柱及氣藏安全性的影響分析12傅銀燦,竇益華(1.川慶鉆探公司長慶鉆井總公司,陜西西安　710018;2.西安石油大學,陜西西安　710065)　　摘　要:氣井開井、關井作業(yè)時井口溫度、壓力隨之變化,引起井下管柱變形與受力變化,引起地層壓力變化和介質(zhì)重新分布,進而影響井下管柱、封隔器與氣藏的安全性。本文以陜北氣田地質(zhì)情況及常用管柱結(jié)構為例,利用管柱力學理論分析了開關井對井下管柱安全性、封隔器密封性能的影響,分析了開關井對氣藏的影響。分析表明:就陜北氣田儲

2、層情況、井身結(jié)構情況而言,開關一次井對井下管柱安全性、封隔器密封性能影響不大,也不會造成封隔器的蠕動;開關井會對氣藏造成影響,氣藏的性質(zhì)不同,開關井對氣藏造成的影響也不同,影響的方式與大小取決于孔隙度、滲透率、孔喉連通情況、孔隙結(jié)構特征、地層中巖石的礦物成分、氣藏的驅(qū)動方式,以及是否存在底水、邊水、酸性氣體。關鍵詞:開關井;氣井;井下管柱;氣藏;安全性引言下深約2500m),按文獻〔1〕進行管柱力學分析,即使由于維修或調(diào)峰需要,氣井生產(chǎn)過程中,經(jīng)常需出現(xiàn)比較惡劣的關井工況(井口溫度降為0℃、井口要進行開關井作業(yè)。眾所周知,開井時井

3、口壓力降壓力升高至30MPa),與坐封工況相比,管柱“縮短”低、溫度升高;關井時井口壓力升高、溫度降低(至地約1m,轉(zhuǎn)化為軸向拉力約110KN。根據(jù)計算,此附加面溫度)。井口溫度、壓力的變化會引起井下管柱變軸向拉力尚不足以對管柱的靜強度構成威脅。根據(jù)〔2〕形與受力的變化,引起地層壓力的變化和介質(zhì)的重疲勞強度理論,對金屬材料而言,只有當其所受應新分布,進而影響井下管柱、封隔器與氣藏的安全力超過某一臨界值,且疲勞循環(huán)達到相當多的次數(shù)(5性。本文以陜北氣田地質(zhì)情況及常用管柱結(jié)構為例,一般在10以上)后,材料才會出現(xiàn)“疲勞”。因此,分析了

4、開關井對對井下管柱安全性、封隔器密封性開關一次井對陜北氣田井下管柱本身的安全性影響能的影響,分析了開關井對氣藏的影響。不大。1　開關井對井下管柱的影響2　開關井對封隔器密封性能的影響關井后,地層壓力恢復,井口壓力升高,溫度降與上同理,關井后,因井口溫度降低、壓力升高〔1〕低。根據(jù)經(jīng)驗和管柱力學理論,井口壓力升高、溫而致管柱軸向“縮短”所產(chǎn)生的軸向拉力小于度降低,在“內(nèi)鼓脹”效應和“溫度”效應聯(lián)合作用下,110KN。根據(jù)封隔器供應商提供的數(shù)據(jù),110KN軸管柱軸向縮短。如圖1所示,受井下封隔器和井口采向拉力對陜北氣田所用完井封隔器額

5、定工作壓差影油樹的約束,管柱的“縮短”變形轉(zhuǎn)化為軸向拉力。根響不大,加之陜北氣田的地層壓力系數(shù)低(低于據(jù)陜北氣田常用的管柱結(jié)構(外徑73mm、壁厚5.1MPa?100m),因此,開關井一次對封隔器密封性能51mm或外徑88.9mm、壁厚6.45mmN80油管,的影響不大。3　開關井對封隔器膠筒的影響根據(jù)管柱力學分析,正常開井工況下,高產(chǎn)氣將地層溫度“帶出”,井口溫度升高(約50℃),管柱軸向“伸長”。由陜北氣田井下管柱結(jié)構,受井下封隔器和井口采油樹的約束,管柱的“伸長”變形轉(zhuǎn)化為軸向壓力。根據(jù)管柱力學分析,結(jié)合陜北氣田的開井情況(

6、井口溫度約50℃、井口壓力約20MPa),與坐封工況相比,管柱“伸長”約0.9m,轉(zhuǎn)化為軸向壓力約100KN。在上述軸向壓力作用下,井下管柱和封隔器、封隔器膠筒處于受壓狀態(tài)。而關井后,井下管柱和封隔器處于受拉狀態(tài)。若封隔器水力錨能確實將封隔器“錨定”,則封隔器膠筒仍處于受壓狀態(tài);若封圖1　典型的氣井井身及管柱結(jié)構隔器水力錨不能有效“錨定”封隔器,致使封隔器在X收稿日期:2008-05-12第一作者:傅銀燦(1963—),1984年畢業(yè)于華東石油學院礦場機械專業(yè);現(xiàn)在川慶鉆探公司長慶鉆井總公司從事安全管理工作。?1994-2010C

7、hinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net128內(nèi)蒙古石油化工　　　　　　　　　　2008年第14期　軸向拉力作用下向上“蠕動”,會“擦傷”封隔器膠筒。敏,使地層滲透率降低。上述“蠕動”的定量分析需根據(jù)膠筒結(jié)構,運用非線正常生產(chǎn)過程中,由于生產(chǎn)壓差作用,未被天然性大變形彈塑性力學理論(結(jié)合有限元等數(shù)值解法)膠結(jié)物膠結(jié)在固定位置的非常細小的微粒,通常以〔3〕予以分析。不過,根據(jù)經(jīng)驗,100KN的軸向力不會松散的顆

8、粒形式處于孔壁或基巖顆粒的內(nèi)表面,它造成封隔器“蠕動”,因此,開關井一次對陜北氣田封們可隨著氣體在孔隙中運移。突然關井后,生產(chǎn)壓差隔器膠筒的影響不大。會慢慢變小直至趨于穩(wěn)定。運移顆粒受到的氣體作4　開關井對氣藏的影響用力就會變小,移動速度也會逐漸變