海上生產(chǎn)管柱優(yōu)化設計論文

　　1生產(chǎn)管柱受力分析

　　1.1軸向應力

　　生產(chǎn)管柱的軸向應力應該包括管柱的自重、井內鉆井液的浮力、壓力載荷、彎曲載荷、沖擊載荷、溫度載荷、管柱屈曲以及管柱摩阻等因素的共同作用。

　　1.2軸向應力彎曲載荷

　　當管柱發(fā)生彎曲時(shí)，由于狗腿度所產(chǎn)生的彎曲應力會(huì )產(chǎn)生附加的軸向力，計算中考慮了彎曲應力產(chǎn)生的附加軸向力的影響。

　　1.3三軸應力

　　當三軸應力超過(guò)屈服強度時(shí)，就會(huì )引起管柱屈服失效。三軸安全系數是材料屈服強度與三軸應力的比值，只是為了與單軸破壞準則（屈服強度）進(jìn)行比較而設立的一個(gè)理論值。

　　2海上生產(chǎn)管柱結構設計實(shí)例分析

　　海上高溫高壓氣井生產(chǎn)管柱需要滿(mǎn)足氣井全壽命周期內壓力溫度的變化，同時(shí)需重點(diǎn)分析高溫高壓氣藏的應力敏感、井筒承壓能力、現有海上施工工藝的成熟度、海洋作業(yè)環(huán)境以及后期修井措施等問(wèn)題，確保施工作業(yè)的順利進(jìn)行、氣井開(kāi)發(fā)的安全高產(chǎn)。陸地高溫高壓氣田常規射孔生產(chǎn)聯(lián)作一趟下入的管柱形式能否滿(mǎn)足海上氣田生產(chǎn)和修井要求，還需進(jìn)行進(jìn)一步分析。以東方氣田Ｄ２井為例，對一趟下入式和兩趟下入式生產(chǎn)管柱分別進(jìn)行了深入的分析。東方氣田Ｄ２井的目的層為黃流組，壓力因數１．５０～１．９３，地溫梯度４．１７℃／１００ｍ，完鉆井深３３５８ｍ，粒保罰罰８ｍｍ（７ｉｎ）尾管回接完井。

　　2.1井筒溫度預測分析

　　利用Ｗｅｌｌｃａｔ軟件對洗井結束、開(kāi)始生產(chǎn)、開(kāi)始生產(chǎn)后關(guān)井、生產(chǎn)１ａ后、生產(chǎn)１０ａ后這５種工況的井筒溫度進(jìn)行了預測和分析。由于地層與井筒和井筒內流體的傳熱作用，隨著(zhù)深度的增加，流體和井筒的溫度是增加的.，并最終趨向于井底的地層溫度。開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)從井口到井底的溫度變化是最小的，但是溫度是最高的。生產(chǎn)１０ａ后井口溫度明顯降低，這是由于長(cháng)時(shí)間生產(chǎn)造成地層壓力降低導致產(chǎn)量降低，并最終導致井口溫度明顯降低的顯著(zhù)原因。

　　2.2射孔生產(chǎn)聯(lián)作一趟下入式生產(chǎn)管柱受力分析

　�。模簿�射孔聯(lián)作一趟下入式生產(chǎn)管柱�；�于以上５種工況下的井筒溫度分布，利用Ｗｅｌｌ－ｃａｔ軟件分別計算了初始狀態(tài)、管柱下放、生產(chǎn)封隔器坐封、環(huán)空打壓驗封、過(guò)提、管柱內加壓射孔、生產(chǎn)初期、穩定生產(chǎn)期、關(guān)井、油管掏空、油管泄漏等不同工況下生產(chǎn)管柱的受力情況。

　　2.3射孔生產(chǎn)聯(lián)作兩趟下入式生產(chǎn)管柱受力分析

　　考慮到氣藏的高壓特性和海上作業(yè)的安全風(fēng)險，生產(chǎn)管柱若采用上部封隔器一道密封難以保證長(cháng)期生產(chǎn)的井筒完整性，一旦封隔器密封失效，油套管環(huán)空連通，井筒全部充斥高壓氣，事故風(fēng)險極高。所以，推薦Ｄ２井采用兩趟下入式生產(chǎn)管柱，雙封隔器坐封，形成兩道環(huán)空屏障，保障井筒安全，管柱類(lèi)型為射孔聯(lián)作式生產(chǎn)管柱。第一趟管柱利用鉆桿將射孔槍送入井底，送入到位后坐封頂部封隔器，脫手。第二趟下入生產(chǎn)管柱，下部插入密封，再投堵坐封生產(chǎn)封隔器，然后管柱內加壓射孔。該管柱類(lèi)型的主要特點(diǎn)是射孔管柱和生產(chǎn)管柱需要兩趟下入工序，完井工期相對多，射孔作業(yè)后，射孔槍留在井內；但對于氣井長(cháng)期生產(chǎn)管柱設置雙重密封，井筒安全更可靠。后期壓力衰竭，上提上部生產(chǎn)管柱進(jìn)行修井操作，簡(jiǎn)單易行�；�于５種工況下的井筒溫度分布，計算多種可能工況下生產(chǎn)管柱的受力情況。分析結果表明在各種工況條件下的生產(chǎn)管柱強度校核均可以滿(mǎn)足設計要求。管柱內加壓射孔工況下生產(chǎn)封隔器以上管柱受拉，以下生產(chǎn)管柱受壓，兩封隔器之間管柱受壓最為嚴重，井口受拉最為嚴重。加壓射孔時(shí)管柱強度安全系數大于臨界安全系數，此時(shí)軸向安全系數為１．６６１，接近臨界安全系數。因此在這一工況操作時(shí)，要嚴格注意封隔器有可能發(fā)生解封以及油管破壞的風(fēng)險。

　　2.4環(huán)空密閉空間流體膨脹分析

　�。模簿�生產(chǎn)管柱上部采用油管攜帶式封隔器，下放至２６５１ｍ；下部采用插入密封式封隔器，下放至２９２０ｍ（兩者之間相差２６９ｍ）。這樣出現了封隔器以上的油套環(huán)空和兩個(gè)封隔器之間兩個(gè)密閉區域。以下對環(huán)空密閉空間流體膨脹情況進(jìn)行了分析。由環(huán)空密閉空間溫度變化引起密閉壓力變化結果：區域１（０～２６５１ｍ），環(huán)形空間由于溫度升高引起的圈閉壓力為６９．８ＭＰａ，可以在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)井口放壓控制壓力；區域２（２６５１～２９２０ｍ），密閉環(huán)空流體膨脹壓力上升１９．２０ＭＰａ，通過(guò)強度校核，發(fā)現流體膨脹不會(huì )對油管及封隔器產(chǎn)生破壞。常規射孔生產(chǎn)聯(lián)作一趟下入式管柱和兩趟下入式生產(chǎn)管柱形式在不同工況條件下均能夠滿(mǎn)足海上氣田開(kāi)采要求，但考慮海上作業(yè)條件和風(fēng)險承受能力，并結合后期井筒安全保障和修井作業(yè)難度，推薦海上高溫高壓氣田采用射孔生產(chǎn)聯(lián)作兩趟下入式生產(chǎn)管柱。

　　3認識與建議

　　1）油管和井下工具應根據地層壓力、流體性質(zhì)及產(chǎn)能情況進(jìn)行優(yōu)化設計，滿(mǎn)足井下溫度和壓力的要求，同時(shí)確保在高溫高壓的地質(zhì)條件下滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。在滿(mǎn)足安全和工程需要前提下，高溫高壓氣井盡量減少井下工具數量。

　　2）高溫高壓氣藏采用生產(chǎn)射孔聯(lián)作管柱，在采氣井口安裝到位后，管柱內加壓射開(kāi)地層，可以消除井筒作業(yè)過(guò)程中的井漏、噴、涌等風(fēng)險，直接投產(chǎn)，減少了壓井作業(yè)和誘噴程序。

　　3）由于海上嚴苛的作業(yè)條件、風(fēng)險承受能力和后期修井操作難度，推薦采用射孔生產(chǎn)聯(lián)作兩趟下入式生產(chǎn)管柱，最大程度地保證高溫高壓氣井的井筒完整性。生產(chǎn)管柱需要考慮井筒溫度變化，分析多種工況下的受力情況，并進(jìn)行強度校核，同時(shí)對于現場(chǎng)實(shí)際操作提前做出一定的警示作用。

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