基于数值模拟结果的海上热采井工况预测研究-论文.pdf

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1、2015年第2期石油工业计算机应用Jun．201544总第86期ComputerApplicationsofPetroleumTotal86·开发应用·基于数值模拟结果的海上热采井工况预测研究董社霞朱春明边杰中海油田服务股份有限公司摘要：基于海上热采井的计算机模拟研究结果，进行井下工况分析，为井口抬升的回缩复位提供一种预测方法。分析海上热采井数值模拟结果，得出了井口抬升量与井下工况的关系，提出了抬升后井口的回缩复位情况的预测方法；为海上热采井进行安全生产提供理论依据。关键词：井口抬升；计算机模拟；回缩复位量。通过对某口井的计算，得出不同界面错移之后抬0引言升量与无错移抬升量之

2、间的相对关系。即计算值对目前，热采井井口抬升现象在稠油热采中是个比现场测量值可以对井下工况进行预测。不同的井比较突出的问题，由于海上油田与陆上油田相比存下工况的错移位置及错移界面不同，对应分析井口抬在空气和海水两个自由段，因此井口抬升问题更为升的测量值可以对井口能否回缩复位进行预测。严重。在热采注汽过程中，套管及水泥环均会产生1．1基本设定一一定的热胀应力，热胀应力会引起套管的径向及轴般热采井由套管与水泥环交替固结而成。在向的热膨胀，其中轴向热膨胀为引起井口抬升的直分析之前作如下设定：接原因。不同的轴向膨胀量产生不同的井下工(1)如图1所示的井身结构为四层结构，由内到况r。本

3、文以海上油田某口热采井为例，进行井下外分别为技术套管，内层水泥环，表层套管，外层水工况分析，并与现场施工情况进行对比。泥环。其中表层套管与井IZl通过螺纹相联接，直接引起井口抬升，其余各层通过水泥环与表层套管的井下工况判定基本原理胶结作用影响井口抬升。(2)海上热采井由井口往下依次为：空气段，海隔技水表水热术泥层泥水段，泥层，地层。油套环套环(3)套管有水泥环固结面称为界面，由内到外分别为第一界面、第二界面，以此类推。(4)错移后界面完全脱离，水泥环未发生挤压破环，即径向压力未达到水泥的抗压极限。地层(5)固井质量完好，套管没有损坏情况。套管及水泥的材料物理属性不同[2]，相

4、同温差下套管的轴向膨胀量要大于水泥。当轴向力小于界面摩擦力时套管与水泥不分离，整体伸长；当轴向热胀力大于界面的摩擦力时便会产生相对错移。1．2数值模拟得到结果假定图1井身结构图井下工况的预测需要不同井身结构对应的相关已知井身结构一定的情况下，相同工况的井口抬数值。利用计算机仿真技术，通过有限元分析软件升量为固定值。在对热采井工况预测之前，通过数值ANSYS进行数值模拟[3研究可得到所需数值，本模拟可以得到在井身结构无错移情况下的井口抬升文对分析所需数值做了如下设定：作者简介：董社霞(1970一)，女，高级工程师，1993年毕业于中国石油大学(华东)，现主要从事完井工艺与工具开

5、发研究工作2015年第2期董社霞，等：基于数值模拟结果的海上热采井工况预测研究45(1)无错移工况的井口抬身量计算值X；海面在空气中的长度为39m，在海水中的长度为(2)第一界面错移后，计算井口抬升量为M，此12m，深入地层中的长度为45m，表层套管总长为时技术套管伸长量为m；第二界面错移后，计算井360m。由于三种介质的传热系数相差较大，对井筒口抬升量为N，此时内两层(技术套管一内层水泥的温度分布有比较大影响，所以，为了比较准确地分环)伸长量为n；第三面错移后，计算井口抬升量为析热采井筒受力状况，对空气段、海水段以及地层段L，此时外层水泥环伸长量为l，由于与底层交错固分段进

6、行了各层管柱的受力仿真模拟。结，该伸长量约为零。(3)现场抬升量测量值为Y。(4)由于温度沿着径向由中心油管向外降低，技术套管的轴向热胀量最大。1．3井身工况的预测对于井身工况的预测主要目的在于预知抬升后，热采井能否继续安全生产。因此，井口抬升回缩复位的预测为本文研究的重点。根据数值模拟结果，结合现场测量抬升量，预测分析基本原理如下：l}1．3．1未发生错移工况此工况下，热胀应力小，井筒套管保持原有弹蜀性，井筒结构完整，井口能够自动回缩复位。但材料受热冷却后会有一定的残余应力，对井口的回缩复位会产生一定的影响，但影响～较小，可忽略。．-jI1．3．2各界面错移后，井下工况分析

7、第一界面错移后，技术套管与井身结构分离，由图2海上热采井结构图【例)于在注蒸汽升温过程中，技术套管热胀伸长量大于2．1数值模拟计算外三层(水泥环一表层套管一水泥环)井筒伸长量，本例数值模拟采用有限元分析软件ANSYS进对抬升是带动作用；在排液开采的降温过程中，技术行，采用热一结构耦合模块，选择单元类型为选择单套管回缩量大于含表层套管的外三层，此时摩擦力元类型为8节点6面体单元brick8node70，该单有利于外三层复位。元具有三个方向的导热能力，每个节点只有一个温当错移发生在第二界面时，在注蒸汽升温过