基于數(shù)值模擬結(jié)果的海上熱采井工況預(yù)測(cè)研究-論文.pdf

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1、2015年第2期石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用Jun．201544總第86期ComputerApplicationsofPetroleumTotal86·開(kāi)發(fā)應(yīng)用·基于數(shù)值模擬結(jié)果的海上熱采井工況預(yù)測(cè)研究董社霞朱春明邊杰中海油田服務(wù)股份有限公司摘要：基于海上熱采井的計(jì)算機(jī)模擬研究結(jié)果，進(jìn)行井下工況分析，為井口抬升的回縮復(fù)位提供一種預(yù)測(cè)方法。分析海上熱采井?dāng)?shù)值模擬結(jié)果，得出了井口抬升量與井下工況的關(guān)系，提出了抬升后井口的回縮復(fù)位情況的預(yù)測(cè)方法；為海上熱采井進(jìn)行安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：井口抬升；計(jì)算機(jī)模擬；回縮復(fù)位量。通過(guò)對(duì)某口井的計(jì)算，得出不同界面錯(cuò)移之后抬0引言升量與無(wú)錯(cuò)移抬升量之

2、間的相對(duì)關(guān)系。即計(jì)算值對(duì)目前，熱采井井口抬升現(xiàn)象在稠油熱采中是個(gè)比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值可以對(duì)井下工況進(jìn)行預(yù)測(cè)。不同的井比較突出的問(wèn)題，由于海上油田與陸上油田相比存下工況的錯(cuò)移位置及錯(cuò)移界面不同，對(duì)應(yīng)分析井口抬在空氣和海水兩個(gè)自由段，因此井口抬升問(wèn)題更為升的測(cè)量值可以對(duì)井口能否回縮復(fù)位進(jìn)行預(yù)測(cè)。嚴(yán)重。在熱采注汽過(guò)程中，套管及水泥環(huán)均會(huì)產(chǎn)生1．1基本設(shè)定一一定的熱脹應(yīng)力，熱脹應(yīng)力會(huì)引起套管的徑向及軸般熱采井由套管與水泥環(huán)交替固結(jié)而成。在向的熱膨脹，其中軸向熱膨脹為引起井口抬升的直分析之前作如下設(shè)定：接原因。不同的軸向膨脹量產(chǎn)生不同的井下工(1)如圖1所示的井身結(jié)構(gòu)為四層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到?jīng)rr。本

3、文以海上油田某口熱采井為例，進(jìn)行井下外分別為技術(shù)套管，內(nèi)層水泥環(huán)，表層套管，外層水工況分析，并與現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行對(duì)比。泥環(huán)。其中表層套管與井IZl通過(guò)螺紋相聯(lián)接，直接引起井口抬升，其余各層通過(guò)水泥環(huán)與表層套管的井下工況判定基本原理膠結(jié)作用影響井口抬升。(2)海上熱采井由井口往下依次為：空氣段，海隔技水表水熱術(shù)泥層泥水段，泥層，地層。油套環(huán)套環(huán)(3)套管有水泥環(huán)固結(jié)面稱為界面，由內(nèi)到外分別為第一界面、第二界面，以此類(lèi)推。(4)錯(cuò)移后界面完全脫離，水泥環(huán)未發(fā)生擠壓破環(huán)，即徑向壓力未達(dá)到水泥的抗壓極限。地層(5)固井質(zhì)量完好，套管沒(méi)有損壞情況。套管及水泥的材料物理屬性不同[2]，相

4、同溫差下套管的軸向膨脹量要大于水泥。當(dāng)軸向力小于界面摩擦力時(shí)套管與水泥不分離，整體伸長(zhǎng)；當(dāng)軸向熱脹力大于界面的摩擦力時(shí)便會(huì)產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)移。1．2數(shù)值模擬得到結(jié)果假定圖1井身結(jié)構(gòu)圖井下工況的預(yù)測(cè)需要不同井身結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的相關(guān)已知井身結(jié)構(gòu)一定的情況下，相同工況的井口抬數(shù)值。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)有限元分析軟件升量為固定值。在對(duì)熱采井工況預(yù)測(cè)之前，通過(guò)數(shù)值A(chǔ)NSYS進(jìn)行數(shù)值模擬[3研究可得到所需數(shù)值，本模擬可以得到在井身結(jié)構(gòu)無(wú)錯(cuò)移情況下的井口抬升文對(duì)分析所需數(shù)值做了如下設(shè)定：作者簡(jiǎn)介：董社霞(1970一)，女，高級(jí)工程師，1993年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)，現(xiàn)主要從事完井工藝與工具開(kāi)

5、發(fā)研究工作2015年第2期董社霞，等：基于數(shù)值模擬結(jié)果的海上熱采井工況預(yù)測(cè)研究45(1)無(wú)錯(cuò)移工況的井口抬身量計(jì)算值X；海面在空氣中的長(zhǎng)度為39m，在海水中的長(zhǎng)度為(2)第一界面錯(cuò)移后，計(jì)算井口抬升量為M，此12m，深入地層中的長(zhǎng)度為45m，表層套管總長(zhǎng)為時(shí)技術(shù)套管伸長(zhǎng)量為m；第二界面錯(cuò)移后，計(jì)算井360m。由于三種介質(zhì)的傳熱系數(shù)相差較大，對(duì)井筒口抬升量為N，此時(shí)內(nèi)兩層(技術(shù)套管一內(nèi)層水泥的溫度分布有比較大影響，所以，為了比較準(zhǔn)確地分環(huán))伸長(zhǎng)量為n；第三面錯(cuò)移后，計(jì)算井口抬升量為析熱采井筒受力狀況，對(duì)空氣段、海水段以及地層段L，此時(shí)外層水泥環(huán)伸長(zhǎng)量為l，由于與底層交錯(cuò)固分段進(jìn)

6、行了各層管柱的受力仿真模擬。結(jié)，該伸長(zhǎng)量約為零。(3)現(xiàn)場(chǎng)抬升量測(cè)量值為Y。(4)由于溫度沿著徑向由中心油管向外降低，技術(shù)套管的軸向熱脹量最大。1．3井身工況的預(yù)測(cè)對(duì)于井身工況的預(yù)測(cè)主要目的在于預(yù)知抬升后，熱采井能否繼續(xù)安全生產(chǎn)。因此，井口抬升回縮復(fù)位的預(yù)測(cè)為本文研究的重點(diǎn)。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量抬升量，預(yù)測(cè)分析基本原理如下：l}1．3．1未發(fā)生錯(cuò)移工況此工況下，熱脹應(yīng)力小，井筒套管保持原有彈蜀性，井筒結(jié)構(gòu)完整，井口能夠自動(dòng)回縮復(fù)位。但材料受熱冷卻后會(huì)有一定的殘余應(yīng)力，對(duì)井口的回縮復(fù)位會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但影響～較小，可忽略。．-jI1．3．2各界面錯(cuò)移后，井下工況分析

7、第一界面錯(cuò)移后，技術(shù)套管與井身結(jié)構(gòu)分離，由圖2海上熱采井結(jié)構(gòu)圖【例)于在注蒸汽升溫過(guò)程中，技術(shù)套管熱脹伸長(zhǎng)量大于2．1數(shù)值模擬計(jì)算外三層(水泥環(huán)一表層套管一水泥環(huán))井筒伸長(zhǎng)量，本例數(shù)值模擬采用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)對(duì)抬升是帶動(dòng)作用；在排液開(kāi)采的降溫過(guò)程中，技術(shù)行，采用熱一結(jié)構(gòu)耦合模塊，選擇單元類(lèi)型為選擇單套管回縮量大于含表層套管的外三層，此時(shí)摩擦力元類(lèi)型為8節(jié)點(diǎn)6面體單元brick8node70，該單有利于外三層復(fù)位。元具有三個(gè)方向的導(dǎo)熱能力，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)溫當(dāng)錯(cuò)移發(fā)生在第二界面時(shí)，在注蒸汽升溫過(guò)