海上氮氣泡沫注入系統(tǒng)研究與應(yīng)用.pdf

1、我國對石油資源需求的增加促進(jìn)了海洋石油工業(yè)的發(fā)展。隨著海上油田開發(fā)的不斷深入，也出現(xiàn)了與陸上油田相似的諸多問題，如高漏失井、水敏性油藏、油層壓力降低等。泡沫流體由于密度小且易于控制、靜液柱壓力低、粘度高、攜帶能力強、對油氣層傷害小等優(yōu)點，特別適合這些情況下的鉆井、完井、修井等作業(yè)。為了將泡沫流體推廣應(yīng)用于海上油田，有必要結(jié)合海上油田開發(fā)的特點和需要，研究和開發(fā)海上油田氮氣注入系統(tǒng)。 基于海洋油田開發(fā)的環(huán)境特點和安全需求，選擇海水

2、和氮氣作為泡沫流體的液相和氣相。采用了Ross-Miles方法和Warning-Blender法對油田常用的發(fā)泡劑進(jìn)行了性能評價，并考察了礦化度、原油、溫度等因素對發(fā)泡性能的影響，確定了適于海上油田應(yīng)用的發(fā)泡劑產(chǎn)品，并通過實驗確定了應(yīng)用時的最佳濃度。同時根據(jù)穩(wěn)定性實驗確定了與發(fā)泡劑配合使用的穩(wěn)定劑體系。 通過實驗，研究了溫度、壓力和氣液質(zhì)量比對泡沫流體密度的影響，根據(jù)對實驗數(shù)據(jù)回歸得到了不同氣液質(zhì)量比下泡沫流體密度與壓力和溫度關(guān)

3、系的計算關(guān)聯(lián)式，并將計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)、常規(guī)計算方法進(jìn)行對比。利用六速旋轉(zhuǎn)粘度計測量了泡沫流體的粘度。實驗表明，各種發(fā)泡劑濃度下泡沫流體的流變模式均為冪律模式，通過對實驗數(shù)據(jù)處理得到了滿足石油工程應(yīng)用的泡沫流體流變參數(shù)的計算式。 研制出適用于海洋平臺及陸上油田使用的氮氣泡沫注入系統(tǒng)，其中自行設(shè)計的泡沫發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單、耐高壓、耐腐蝕、能夠連續(xù)制備泡沫的優(yōu)點，可用于各種復(fù)雜條件下的施工作業(yè)；根據(jù)模糊控制理論開發(fā)的自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)

4、了對氮氣泡沫注入系統(tǒng)的實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)，保證了泡沫發(fā)生系統(tǒng)的可靠性，提高了系統(tǒng)的安全性。 根據(jù)質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒分別建立泡沫流體在油管內(nèi)和環(huán)空中流動時描述其密度、壓力、溫度變化的數(shù)學(xué)模型。采用四階Runge-Kutta方法對油管內(nèi)的流動進(jìn)行了求解。計算表明，井筒內(nèi)泡沫流體的密度、壓力和溫度是相互影響的，必須根據(jù)溫度、壓力確定泡沫流體的密度。特別是在大泡沫質(zhì)量的情況下，對深井和超深井不能忽略溫度變化對泡沫流體性能的影響。

5、 為了將氮氣泡沫注入系統(tǒng)應(yīng)用于海上油田，利用FLUENT軟件計算分析泡沫流體的攜砂能力，建立泡沫沖砂洗井的數(shù)學(xué)模型，采用“恒定環(huán)空回壓”的迭代方法進(jìn)行了求解，并編制相應(yīng)的計算機軟件。根據(jù)海上油田作業(yè)生產(chǎn)的特殊要求，設(shè)計開發(fā)相應(yīng)的工藝流程，并進(jìn)行現(xiàn)場試驗和應(yīng)用?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，以泡沫流體作為沖砂洗井工作液，不但能夠有效地實現(xiàn)相關(guān)的工藝目標(biāo)，而且具有降低漏失量、減少污染、用量少等優(yōu)點；研制開發(fā)的海上氮氣泡沫注入系統(tǒng)安全性、可靠性和適應(yīng)性