[00146998]井下测试安全评价系统

近年来,随着我国油气田勘探开发快速发展,各种高温高压井、斜井、水平井、稠油井、高含硫井等复杂井相继出现。井下测试作为油气田勘探和开发的重要过程,井下测试作业的安全面临诸多挑战,主要有以下突出表现：复杂井完井前频繁的起下钻,对套管磨损较严重,存在套管串漏风险;测试组合管柱在管内外压力、轴向力、弯矩、扭矩、温度等因素的作用下,形成复杂的应力与应变,甚至会造成管柱的屈服破坏、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈服、封隔器失封、控制头上移、井喷等恶性事故。因此测试前对井筒套管、测试组合管柱、测试操作参数进行施工前安全评价,从而进行测试方案的优化设计,对提高井下测试的安全性具有十分重要的指导意义。 地层测试是及时发现和准确评价油气层的有效手段。测试方式和过程是以钻杆或油管为载体将测试工具下入目的井段,然后坐封封隔器将井筒压井液与地层流体分隔,通过井口操作控制井下测试阀开启与关闭,实现放喷求产和关井测压,测试结束循环压井,最后上提钻具解封封隔器,将工具起出井口,获取测试层压力、温度等数据。由此可见,测试是一项复杂的系统工程,首先要根据井筒条件选择适宜的测试工艺,同时也要根据地质和工程需求对井筒进行处理,建立符合测试需求的井筒条件;在井筒条件与测试工艺确定之后,要选择适宜的钻杆或油管和测试工具、仪器,其性能指标满足测试需要。 在下钻、坐封、开井流动、关井测压、循环压井、解封、起钻等过程中,钻杆或油管、测试工具、仪器所承受的温度、拉伸及压缩负荷在不断变化,尤其深井、高温、高压井测试,井筒结构复杂,钻杆或油管、测试工具、仪器受力状态多变。井下管柱的工作载荷为自重、钻压、内外流体压力、管内流体流动时的粘滞摩阻、管柱弯曲后与井壁之间的支反力、库仑摩擦力及弯矩,这些载荷使管柱在一定的应力水平下变形,若应力或变形过大,将导致管柱破坏、封隔器失封等作业事故。依靠常规的分析方法和现有分析系统,不能对如此复杂的情况做出准确的评价,容易造成安全环保事故,国内各大油田在此方面都有深刻、甚至惨痛的教训。任务来源于渤海钻探工程有限公司2013年度科技研发项目。主要研究成果： 1、分析了井下测试管柱的受力与变形特点,包括： ①测试井下管柱屈曲临界载荷分析研究; ②测试井下管柱载荷分析; ③测试井下管柱轴向变形分析; ④测试井下管柱强度分析。 2、建立了井下测试过程力学模型,包括： ①建立测试管柱有效轴向力计算模型; ②建立膨胀效应与活塞效应计算模型; ③建立了温度效应与螺旋弯曲效应计算模型; ④封隔器胶筒的有限元分析。 3、建立了井下测试管柱温度分布模型,用高精度的等参数单元进行空间域的离散,用变步长的可选隐式差分进行时间域推进的求解,提高整个温度场的计算精度和有效性。 4、完成了测试管柱、套管的安全强度校核,测试管柱采用系统综合安全校核办法,套管强度校核采用联合载荷,同时考虑套管受的套管内压Pi、套管外压Po、水平压力P1、垂直压力P2、以及井斜θ的影响。 5、研究井下测试安全评价方法并编制软件,该软件系统可以计算油气性质变化,井筒中的静压和流动压力,井筒中的温度变化,环空中的压力分布、温度分布以及套管处的应力变化等,同时,可以计算在不同工况情况下,测试管柱的变形、强度校核以及安全评价等。 为确保测试安全,必须建立一套科学的井下测试安全评价系统,在测试前对井筒、钻具、测试工具、仪器和整套测试管柱进行全过程、全方位综合评价,确定测试管柱、工具仪器与井筒的适宜性,在施工过程中的可靠性、安全性,预防安全环保事故的发生,提高测试施工质量。