高温高压井测试问题与进展.ppt

高温高压井测试问题与进展,目录1 测试在勘探中的地位与作用2 测试中的几个主要环节3 测试存在的几个主要问题4 高温高压井测试技术5 测试资料解释技术6 结论,1测试在勘探中的地位与作用l“临门一脚”，对勘探过程中各学科进行裁决。,2 测试中的几个主要环节l 地面测试流程l 井下测试管柱l 测试参数设计l 测试过程数据监测与获取,3 测试存在的几个主要问题l 高温高压井测试安全问题l 测试资料准确获取问题l 测试方法与步骤合理问题l 测试资料解释正确问题,1 测试在勘探中的地位与作用l“临门一脚”，对勘探过程中各学科进行裁决。,*油气井测试的共同认识-油气田勘探开发的重要环节/促进中国以及世界石油工业发展的重要技术,1）研究目的意义,高温超压测试主要安全隐患之一,测试期间生产压差过大，使得地层出砂：首先地层的砂子将通过井下测试管柱到达地面，使得沿程工具、仪表与管线迅速损坏，严重时使井报废；此外地层一旦破坏，油气生产能力将大幅度下降，测试结果不反映实际。,地层出砂可以破坏地层与井下管柱,出砂可以使地面管线损坏,新疆柯深1井套管成像测井幅度图,左图是由CAST成像测井仪测得的柯深1井658-664米井段7“套管的成像测井幅度图。通过颜色的明暗变化反映套管内壁的情况。从图中可以看出，在此段，套管破损比较严重。图中有两条白色的条痕，说明该处套管有两条很宽的裂缝。,659,660,664,高温超压测试主要安全隐患之二,水合物形成可以堵塞测试通道，诱发重大事故，严重时无法继续施工。,高温超压测试主要安全隐患之三,测试管路中刺漏与堵塞，均是重大事故。,安全问题1.井下工具安全2.密封总成安全性3.油管强度安全性4.泥线以上管柱极限承性载能力5.套管强度安全性BOP温度过高6.环空压力过低或高7.管线刺漏8.管线冰堵9.油嘴脏堵10.气体泄漏11.分离器温度过低12.分离器压力过高,1）研究目的意义,*勘探开发的世界性难题-高温高压油气井测试-高温高压定义：70 MPa 150-世界三区：美国墨西哥湾/英国北海 中国南海莺琼盆地,1）研究目的意义,难度高、费用高、周期长、风险大,东方:70MPa/160崖城:100MPa/200,*国外情况 重视高温高压井测试理论研究 可靠的硬件系统 完善的测试制度*国内情况 硬件系统以引进为主 测试理论与方法未完全跳出常温 常压井测试的圈子 高温超压同时存在大大增加了测试困难 在海上半潜式平台气井测试技术难度更大,2）国内外研究现状,*研究承担单位技术现状-95年成功研制“油藏地面数据采集系统”-96年成功研制“SAS系统”具 备:数据自动采集、计算及报表处理功能 缺 点:测量精度低(1.5%)可靠性差 缺乏安全监控功能采集系统+MSRV控制阀 抗电磁干扰能力差 安全因素考虑不全(仅压力安全，缺乏温度安 全、环境安全、管柱安全和井眼安全的考虑）控制单一、控制逻辑粗糙，难与满足测试功 能要求,2）国内外研究现状,2.主要研究成果,1）井下安全技术研究2）测试工艺技术研究3）地面数据监测及安全控制研究,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能 分析与评价 海底以下测试管柱的 安全分析 海底以上管柱的安全分析,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 井下管柱的强度与变形安全性 海底以上管柱极限承载能力安全隐患：操作动作失效研究内容：耐高温能力 耐高压能力 研究方法：对现有工具进行评价,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 井下管柱的强度与变形安全性 海底以上管柱极限承载能力封隔器的失效形式分析1)本体塌陷2）外密封单元系统失效3）本体-接头连接处的底部塌陷4）本体与接头连接失效5）锚固端失效6）本体锁紧环失效7）支承座失效,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 海底以下测试管柱的安全分析 海底以上管柱极限承载能力,安全隐患：强度破坏 变形致密封失效新增研究内容：流体流动影响 激动压力影响 摩阻影响,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 海底以下测试管柱的安全分析 海底,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 海底以下测试管柱的安全分析 海底,变形引起的安全隐患：密封插管拔出封隔器新增研究内容：流动效应 摩阻效应,工具油管,定位装置,密封总成,引爆装置,射孔枪,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 海底以下测试管柱的安全分析 海底以上管柱的确安全分析,安全隐患:海况及恶劣天气引起破坏新增研究内容:海流影响 风浪及平台摇摆影响,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 海底以下测试管柱的安全分析 海底以上管柱的安全分析,静力学计算结果 动力学计算结果,1）井下安全技术研究,井下测试工具安全性能分析与评价 海底以下测试管柱的安全分析 海底以上管柱的安全分析,静力学/动力学计算结果比较,海水流速（m/s）,2）测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物生成预测技术,2）测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,岩石变形破坏过程中渗透率变化规律的实验研究,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,南海文昌储层岩心实验结果证明:当作用于岩芯的差应力达到 70%75%的地层强度时，岩芯渗透率急剧下降，造成储层损害。,2.)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,气井炮孔破坏出砂预测模式,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,利用测井资料解释岩石力学参数实验-动、静弹性模量实验点及回归曲线,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,DSI测井数据纵、横波速度相关关系回归曲线,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,计算参数：井 深：H=3000 米粘 聚 力 C=5.3 MPa内摩擦角=300气藏压力系数：2.0计算结果：炮孔出砂临界生产压差：P=18.07 MPa,根据文昌地区强度试验结果计算出的炮孔出砂极限压差,3)测试前预测及设计,东方1-1-11井储层炮孔出砂临界生产压差的计算,利用测井资料计算临界压差用莺歌海构造Ya19-2-1井的测井资料为计算依据，计算出地层强度，依此计算出了DF1-1-11井炮孔破坏出砂的临界生产压差计算结果：27503000米：1518 MPa,形成了高温超压气藏测试合理生产压差确定与控制技术-气液两相流基本流型,泡状流 段塞流 搅拌流 雾状流,研究方案,室内垂直井筒模拟装置,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物形成预测技术,-单相流流动气柱计算方法-雾状流流流动气柱计算方法-气液两相流计算方法,井筒压力高于露点压力，单相气流型井底、井口压力计算模型,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物形成预测技术,-单相流流动气柱计算方法-雾状流流流动气柱计算方法-气液两相流计算方法,井底压力高于、井口压力低于露点压力，上部为雾状流型。井底压力低于露点压力,为雾状流。,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物形成预测技术,-单相流流动气柱计算方法-雾状流流流动气柱计算方法-气液两相流计算方法,井底压力高于、井口压力低于露点压力，上部为雾状流型。井底压力低于露点压力,为雾状流。,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物形成预测技术,-单相流流动气柱计算方法-雾状流流流动气柱计算方法-气液两相流计算方法,井底压力低于露点压力,为搅拌流型。,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物形成预测技术,单相气情况,速度变化,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试生产压差计算方法 水合物形成预测技术,东方1-1-4井井底流压测量与计算对比,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物形成预测技术,两种方法计算井底压力比较图,DF1-1-11DST3井井底流压计算方法对比,三种方法计算井底流压对比,东方1-1-11井流温计算基本参数 气层厚度 9.4 m 孔隙度 0.175 气层中部深度 2790 m 地层压力 8193 Psia 地层温度 119.1 气层中部深度渗透率 3.388 气层平均渗透率 1.24 油管直径70mm,东方1-1-11井流温计算 井深为2790m气层测试井口流温计算,图3-6东方-1-11井井底温度为119C时井口流温曲线,3 测试工艺技术研究井底温度假设172C气层测试井口流温计算 假设：井底温度172C 井深3500m,0,20,40,60,80,100,120,140,160,40,60,80,100,120,140,160,东方-1-11井井底温度假设为172C时井口流温曲线,井口流温(OC),产量(104 m3),气体比重,0.70,0.75,0.80,0.85,0.90,0.95,1.00,0.65,传统的设计与模拟计算方法,传统的设计与模拟计算方法,由此得出的结论为：井口高压、高温、高产量同时出现，不易形成水合物；井口低压、低温、低产量同时出现，不易形成水合物；井下管柱、地面管线与阀门要能承受高压与大流量同时出现情况；,本研究的设计与模拟计算方法,由此得出的结论为：井口高压、低温、低产量同时出现，极易形成水合物；井口低压、高温、高产量同时出现，不易形成水合物；井下管柱、地面管线与阀门要能承受高压、低温、低产量与低压、高温、高产量.,2)东方1-1-11井参数,气层厚度 9.4 m 孔隙度 0.175 气层中部深度 2790 m 地层压力 8193 Psia 地层温度 119.1 气层平均渗透率 1.24 油管直径70mm,3)测试前预测及设计,东方1-1-11井测试参数设计,3)地面数据监测及安全控制研究,高温超压井测试安全监测系统 生产压差监测功能 水合物生成趋势监测功能 管线堵塞监测功能 管线刺漏监测功能 高温超压井测试安全自动控制系统 异常工况自动控制功能 监控系统的高精度特征(总线技术)监控系统的高可靠性特征(冗余技术),适应高温超压测试环境优良的开放及兼容性完善的局域及远程网络功能通用化及模块化硬件架构开放性及兼容化软件架构DDE动态数据交换技术应用以太网络和远程服务器技术 的应用,模块化及开放性的系统架构,3)地面数据监测及安全控制研究,系统工作长期稳定性系统的高测量精度系统的高抗电磁干扰能力硬件系统的选型数字化的现场总线技术应用系统的可靠性冗余设计,高精度、高可靠性的硬件系统设计,3)地面数据监测及安全控制研究,工业控制计算机的选用 平均无故障工作5万小时 工作环境温度60,湿度75%具有防盐雾腐蚀功能3051系列高性能传感器的应用,测量精度0.05%稳定性0.08%/半年智能技术的应用，可通过编程器，高效精确完成传感器的零点调整、线性调校及量程设定。,大屏幕液晶显示器的应用坚固而轻巧的结构外表良好的防湿抗盐能力长期的稳定性和可靠性,高精度、高可靠性的硬件系统设计,3)地面数据监测及安全控制研究,可靠性更高稳定性更好满足平台现场的高可靠性的测试要求,应用总线冗余技术主从工控机冗余技术过程数据库冗余技术,高精度、高可靠性的硬件系统设计,3)地面数据监测及安全控制研究,数字化的信号传输技术极强的抗电磁干扰能力传输校核技术的应用，实现0失真信号传输综合测量精度从11.5%提高到0.1%。,现场总线技术的应用,3)地面数据监测及安全控制研究,现场总线技术的应用,3)地面数据监测及安全控制研究,实时数据,计算机集中测控系统,安全参数,安全系统总体设计,3)地面数据监测及安全控制研究,监测位置,传感器类型,报警类型,控制模式,控制动作,测试主阀(关)促动阀(关)放空阀(开),硫化氢可燃气体,高报警,自动控制,钻台测试甲板左燃烧臂右燃烧臂,高高报警,声光报警,测试主阀(保持)促动阀(关)放空阀(开),手动控制,紧急控制,环境安全监控流程,3)地面数据监测及安全控制研究,监测位置,传感器类型,报警类型,控制模式,控制动作,测试主阀(关)促动阀(关)放空阀(开),压力温度,高报警,自动控制,套管环空BOP防喷器,高高报警,声光报警,测试主阀(关)促动阀(关)放空阀(开),手动控制,紧急控制,环境安全监控流程,3)地面数据监测及安全控制研究,监测位置,传感器类型,报警类型,控制模式,控制动作,测试主阀(关)促动阀(关)放空阀(开),温度压力,高报警,自动控制,井口阻流管汇分离器,高高报警,声光报警,测试主阀(保持)促动阀(关)放空阀(开),手动控制,紧急控制,低报警,低低报警,环境安全监控流程,3)地面数据监测及安全控制研究,监测位置,报警类型,控制模式,控制动作,测试主阀(关)促动阀(关)放空阀(开),生产压差流温预测,高报警,自动控制,射孔地层油管柱阻流管汇,高高报警,声光报警,测试主阀(关)促动阀(关)放空阀(开),手动控制,紧急控制,低报警,低低报警,监测参数,环境安全监控流程,3)地面数据监测及安全控制研究,安全监控平台,3)地面数据监测及安全控制研究,1)现场环境,东方1-1-11井测试作业现场-南海五号钻井平台,1)现场环境,东方1-1-11井测试作业现场-地面设备,研制了高温超压井测试参数设计与安全实时监测软件系统,研制了高温超压井测试参数设计与安全实时监测软件系统-水合物生成防止与预测技术,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物生成预测技术,+,1m3 164m3 0.8m3 水合物 天然气 水 标准温度和压力条件下11m3 的天然气水合物 可产出164m3 天然气 和0.8m3 水,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物生成预测技术,ABCD线为水合物线。线上形成水合物。HFCI线为烃蒸汽压线。线上形成液烃。EBFG为水的冰点线。线上形成冰。水-烃-水合物相态图及加热移位原理,水合物线,烃蒸汽压线,冰点线,0,压力,H,G,气烃,C,I,D,E,B,A,F,液烃+水,水合物+液烃+水,水合物+气烃+水,水合物+气烃+冰,气烃+水,温度,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物生成预测技术,ABCD为新水合物线。线上形成水合物。ABCD为原水合物线HFCI为烃蒸汽压线。线上形成液烃。EBFG为新水的冰点线。线上形成冰。EBFG为原水的冰点线。水-烃-水合物相态图及注化学剂移位原理,2)测试工艺技术研究,生产压差确定技术 测试期间生产压差计算方法 水合物生成预测技术,实时监测压力异常画面,3)地面数据监测及安全控制研究,实时监测温度异常画面,3)地面数据监测及安全控制研究,曲线同趋势变化：地面管线各节点、井底压力正常、产量稳定,3)地面数据监测及安全控制研究,曲线同趋势变化：地面管线各节点、井底压力正常、正常为产量降低等,3)地面数据监测及安全控制研究,曲线同趋势变化：地面管线各节点、井底压力正常、正常为产量增加等,3)地面数据监测及安全控制研究,曲线同趋势变化：地面管线各节点正常，但井底压力过低，超过报警时会造成出砂。,3)地面数据监测及安全控制研究,曲线不同趋势变化：一级节流后管线堵塞。,3)地面数据监测及安全控制研究,4)现场应用,东方1-1-11测试软件平台,人机互动界面-直观的主流程,4)现场应用,DF1-1-11井DST2井口压力、温度曲线,4)现场应用,DF1-1-11井DST3流体产量曲线,5)结果分析,东方1-1-11井底流压计算与DST实测值比较,5)结果分析,东方1-1-11井底流压计算与DST实测值比较,6)资料解释,不稳定试井分析方法研究 建立包括均质油藏非达西渗流、复合油藏达西非达西渗流等试井解释数学模型及其工程计算方法，并分析了这些油藏试井模型的压力诊断曲线特征，提出相应的应用解释方法。,高温超压气藏试井分析方法研究,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,渗流数学模型,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,试井模型Laplace空间解析解,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,试井模型特征曲线,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,不稳定试井分析方法研究 研究了不稳定试井资料分析方法，首次提出了特征点拟合分析方法，使拟合技术更加直观，更加精确。,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,6)资料解释,高温超压气藏试井分析方法研究,产能试井预测方法研究 研究了系统试井法、等时试井法、修正等时试井法和压力恢复试井曲线法的求取气井产能大小的方法。,6)资料解释,产能试井预测方法计算公式,6)资料解释,试井解释软件设计与开发总系统界面,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料分析,6)资料解释,测试资料解释,6)资料解释,本研究解释结果,6)资料解释,本研究解释结果,比较两软件解释结果，可看出：1、井筒储集系数均较小，均小于0.1 m3/MPa；2、两软件解释的表皮系数差别较大；3、两软件解释的渗透率差别较大；4、边界解释不同；5、平均地层压力基本一致。,6)资料解释,气藏在压降生产中，井筒储集效应比较小。井筒污染不大，可以说，在进行试井时，地层中泥浆已经排出，没有对地层造成伤害。地层的渗透率为1.3毫达西左右，为中等渗透地层。从地层边界情况，可能地层中存在有段层边界，边界反应大在100米左右。地层排液时冲刷，可能造成井筒周围存在一高渗透区域（相对与地层）。地层的平均压力为56.21MPa左右。,6)资料解释,6)资料解释,6)资料解释,产能方程及无阻流量,4.创新点、结果及结论,所研制的地面数据监测及安全控制系统：系统硬件应用现场总线技术及总线冗余技术，测量性能指标高于国内外现有同类系统；系统软件具有国内外目前还没有的测试放喷期间井底生产压差实时计算与监测、水合物形成温度实时计算与监测、管线堵刺发展趋势参数实时计算与系统识别。,创新点一：,采用所研究的地层变形破坏生产压差确定方法、测试期间不同油气比下生产压差实时计算的理论与方法，使得在测试期间能够计算生产压差，用于防止目前高温超压井测试过程中因无法知道生产压差而给测试带来严重后果。,4.创新点、结果及结论,创新点二：,建立了高温超压井测试管柱的安全设计与评价系统，充分考虑了测试管柱的屈曲效应、接触摩阻效应及测试工况和液体流动的影响，为确保高温超压井测试工程井下安全提供了更准确的科学依据。,4.创新点、结果及结论,创新点三：,建立了适合海上高温高压井测试管柱安全性分析的计算模型，并通过室内实验验证。建立了高温高压井下工具的可靠性分析评价方法。基于凝析气藏相态特点，给出不同与常规的高温超压凝析气藏测试管柱气液两相流流型分布特点。建立了高温超压井测试气液两相流动参数计算方程组创建了适合于高温超压的天然气压缩因子计算公式。,理论成果,4.创新点、结果及结论,理论成果,建立了砂岩储层渗透率与岩石力学性质及所受应力状态的相关关系式。建立了高温超压均质气藏非线性渗流、复合气藏线性非线性渗流等几种试井解释数学模型及其工程计算方法建立了具有高可靠性、高测量精度的模块化结构的计算机集中控制系统。应用FIX软件建立了软件开发平台，较好地实现了良好人机界面、完整的数据处理、动态显示及数据共享等功能,4.创新点、结果及结论,软件成果,井筒流压、流温计算软件 水合物形成压力与温度关系数据计算软件 高温高压井测试的管柱强度、受力与变形分析软件 岩石破碎极限压差计算软件 高温高压气藏试井分析应用软件 测试期间实时参数监测与报警软件,4.创新点、结果及结论,硬件成果,研制了高温超压井测试实时安全监测 与控制系统,4.创新点、结果及结论,应用成果,安全成功地对东方1-1-11井进行了测试设计与应用：井下与地面装置未出现测试故障；按推荐的生产压差在产气层段测试期间未发生出砂现象；准确的获取了测试资料并进行了相应解释；圆满的完成了本井测试任务。,4.创新点、结果及结论,主要结论,在测试期间，根据地面测量的参数，运用本研究所提供的模型，可以较准确的计算井底流压，能够有效控制地面参数，使得生产压差在地层不被破坏范围。,4.创新点、结果及结论,主要结论,对于不同地层，地层破坏变形生产压差值相差很大，这对常规井测试影响不大，但对高温超压井测试因生产压差可以很大而很容易超过生产压差，因此井口回压过低需要特别避免与注意。,4.创新点、结果及结论,主要结论,在测试资料解释中，利用常规压力平方项气藏渗流模型求解气藏与井的参数会产生较大误差，应该采用适宜于高压的拟压力与压力项模型。,4.创新点、结果及结论,主要结论,为了确保高温超压井测试系统的安全设计与操作，必须提高井下测试管柱的安全设计与校核计算精度。为此，应综合考虑管柱结构和性能、不同测试工况及测试工艺的影响，建立合理的力学模型和计算方法，研制先进的、便于现场使用的安全分析系统（软件）。,4.创新点、结果及结论,5.应用前景,国内外均存在高温超压并存及单一高温、高压的油气藏需要测试，而国内外目前均未形成一套成熟的高温超压测试工艺技术理论及功能齐全、性能优异的地面数据监测与安全控制系统，本研究成果在国内外均有广阔的应用前景，并会带来巨大的经济效益与社会效益。,6.致谢,国家科委820主题办海油总,汇 报 结 束 谢 谢！,查新结论,课题软件测试评审意见,