案例分享

CCS注入井油套管设计及材料优选

已发表: 02/09/2023

尽管CCS作为应对全球气候变暖和实现碳中和目标的重要手段之一,但因CCS业务为新业务,以及CCS注入井的特殊性,到目前为止业界还没有形成针对CCS注入井的建井标准。近日,斯伦贝谢(SLB)应亚洲某国石油公司需求,通过对现有公开发表的文献资料的调研以及斯伦贝谢(SLB)在CCS方面所积累的丰富经验,组织多学科多专业及国内外专家团队,共同完成了CCS注入井的油套管设计和材料优选的研究项目。该项目的研究成果可为CCS注入井的设计者们解疑答惑,提供有力的技术支持,为CCS领域注入井建井标准的建立提供了新坐标。该研究的主要内容包括:

油管尺寸选择

充分考虑上游CO2输送条件、CO2组成、CO2相态特征、设计注入量要求、储层压力变化趋势等设计参数,利用稳态模拟方法进行辅助分析,从材质温度/压力约束、冲蚀风险、井筒流体及环空流体温度/压力约束,储层地质力学风险和井筒稳定性方面进行综合评估,对油管尺寸进行选择。

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不同油管尺寸的节点分析

流动保障

对于井筒设计中的流动保障考虑,重要的是评估瞬态工况下井筒内潜在的流动保障风险和井筒完整性风险,低温会导致管材强度降低及近井附近冰堵和CO2水合物的风险,油管、套管和水泥的井屏障完整性也与井内的压力和温度变化有关,CO2冷流进入储层造成储层干裂或水力裂缝的潜在风险。本研究详细介绍了使用OLGA软件进行瞬态工况下流动保障研究,对不同瞬态工况下井筒温度、压力进行评估,进一步优化油管尺寸,及为管材优选提供依据。

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流动保障研究

腐蚀预测

腐蚀必须考虑影响腐蚀增加速率的因素,包括CO2分压、温度、PH值、流体流量、氯离子、硫化氢、含氧量、含水量、油套管材料等。本研究介绍了腐蚀模型及模拟操作流程,腐蚀模拟可用于预测腐蚀速率。

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OLGA软件腐蚀模拟参数输入界面

油套管材料选型

本研究分析了CCS注入井的各种腐蚀挑战及腐蚀机理,调研和总结了当前业界已发表文献的研究成果,提出了CCS注入井的材料选择的工作流(Workflow)和流程图(Flow chart)。

油套管载荷校核

CCS注入井的压力随着注入量增大而不断增大,且在瞬态下因CO2相变,温度和压力会产生剧烈的变化,最显著的现象是低压下会产生低温现象。本研究系统的列举出CCS注入井的特殊载荷工况,定义了各载荷下的内部压力,外部压力,温度剖面,主控载荷(Dominant load)。

井口及采气树材料选型

本研究阐述了井口设备在CCS注入井工况下的的挑战,针对腐蚀和低温的施工环境提出了井口设备的材料选择要求和推荐意见。

完井工具密封件材料选型

分析了完井工具橡胶密封件在CCS注入井应用中的挑战,根据斯伦贝谢(SLB)已实施的项目和参与的研究,斯伦贝谢材料专家提出了推荐意见。

 


该CCS注入井的油套管设计及材料优选标准为业界鲜有,使得工程师们在CCS注入井钻完井设计过程中有了理论和实践依据,为全球CCS业务建井标准的建立和行业的发展走出了至关重要的一步。

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