QSH 0173-2008 川东北酸性天然气井井下生产管柱设计推荐作法

ICS75.180.10E10中国石油化工集团公司企业标准Q/SHQ/SH0173—2008川东北酸性天然气井井下生产管柱设计推荐作法RecommendedpracticesfordesignofproductionpipestringforsourgaswellsinthenortheastofSichuan2008-02-25发布2008-04-01实施中国石油化工集团公司中国石油化工集团公司中国石油化工集团公司中国石油化工集团公司发布发布发布发布Q/SH0173—2008I目次前言................................................................................III1范围................................................................................12规范性引用文件......................................................................13术语和定义..........................................................................14符号及代号..........................................................................15生产管柱设计总体要求................................................................26生产管柱材质选择....................................................................27生产管柱尺寸确定....................................................................38生产管柱及井下工具扣型选择..........................................................39生产管柱结构........................................................................410生产管柱强度设计及校核.............................................................4Q/SH0173—2008III前言本标准由中国石油化工集团公司油田企业经营管理部提出。本标准由中国石油化工股份有限公司科技开发部归口。本标准负责起草单位：中国石油化工股份有限公司西南油气分公司工程技术研究院。本标准主要起草人：胡顺渠、戚斌、陈琛、蒋龙军、杜林、薛丽娜、乔智国Q/SH0173—20081川东北酸性天然气井井下生产管柱设计1范围本标准规定了川东北地区酸性天然气井生产管柱材质、尺寸、结构、强度设计等方面的技术要求。本标准适用于川东北地区酸性天然气井的生产管柱设计，其他地区参照执行。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。SY/T5322—2000套管柱强度设计方法SY/T6581—2003高压油气井测试工艺技术规程SY/T6610—2005含硫化氢油气井井下作业推荐作法SY/T10024—1998井下安全阀系统的设计、安装、修理和操作的推荐作法Q/SH0015—2006含硫化氢二氧化碳气井油套管选用技术要求Q/SH0025—2006川东北天然气井完井推荐作法Q/SH0026—2006川东北地区采气工程推荐作法3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1酸性天然气acidnaturalgas含有显著量的硫化氢，甚至含有有机硫化合物、二氧化碳的混合气体。3.2硫化氢分压hydrogensulfidefactionalpressure在相同温度下，一定体积天然气中所含硫化氢单独占有该体积时所具有的压力。3.3二氧化碳分压carbondioxidefactionalpressure在相同温度下，一定体积天然气中所含二氧化碳单独占有该体积时所具有的压力。3.4高压气井highpressuregaswell地层压力大于或等于68.9MPa的气井。4符号及代号符号及代号见表1。表1符号及代号序号代号含义单位1scq气井排液临界产量104m3／d2maxq给定油管尺寸对应的临界冲蚀流量104m3／d3gV气井排液临界流速m/sQ/SH0173—20082表1符号及代号（续）序号代号含义单位4eV气体冲蚀临界流速m/s5C计算气体冲蚀临界流速的常数6T温度K7Zp、T下的压缩系数8or油管外半径mm9ir油管内半径mm10σ气液表面张力N/m11gρ天然气密度kg/m312Lρ液体的密度kg/m313mρ气液混合物密度kg/m314mf摩擦系数15g重力加速度m/s216mν气液混合物表观粘度m/s17z计算点深度m18θ管柱的倾角°19pY最小屈服强度MPa20tS抗拉安全系数21iS抗内压安全系数22oS抗外挤安全系数23TO抗拉强度kN24aT三轴抗拉强度kN25eT有效轴向力kN26ip抗内压强度MPa27aip三轴抗内压强度MPa28eip有效内压力MPa29op抗外挤强度MPa30aop三轴抗外挤强度MPa31oep有效外挤力MPa32aσ轴向应力MPa5生产管柱设计总体要求生产管柱应满足：——含酸性天然气井投产作业措施和安全生产的技术要求；——生产测试的技术要求；——紧急情况下安全自动关井的技术要求；——尽量保持管柱通径一致，避免局部过大的压力损失。6生产管柱材质选择6.1含酸性天然气井生产管柱材质应根据硫化氢及二氧化碳分压、地层温度、地层流体性质等条件选择,油管选用应符合Q/SH0015—2006中4.3的规定。Q/SH0173—200836.1.1硫化氢分压超过0.0003MPa的气井，应选择抗硫化氢材质,用于硫化氢气井中的管材宜满足SY/T6610—2005中9.4.4的规定。6.1.2含二氧化碳气井应选择13Cr系列不锈钢材质；产量低、二氧化碳含量低的气井，在满足安全生产条件下，可采用低铬材质。6.1.3含硫化氢和二氧化碳气井应根据硫化氢、二氧化碳分压选用既抗硫化氢又抗二氧化碳的材质。6.1.4测试改造生产一体化的管柱，需考虑酸液对油管性能的影响。6.2抗酸性气体腐蚀材质化学成分按Q/SH0015—2006中5.1执行。7生产管柱尺寸确定7.1通过产能方程进行节点分析，结合携液能力、抗冲蚀能力分析，确定出合理油管尺寸。a)气井节点分析：1)确定节点分析基本参数；2)进行井筒压降模型选择，对于气液两相流，选择Hagedorn-Brown模型或Gray模型；对于无实测井筒压力梯度和温度梯度的气井宜选择气体稳定流动能量方程进行计算，模型如下：dzdvvdvfgdzdpmmmmmmmρρθρ++=2sin2………………………（1）3)选择井底为解节点，计算各尺寸油管在一定井口压力下流入和流出动态曲线，求得对应尺寸油管协调产量，确定出满足气井产能的油管尺寸；b)按式（2）计算气井最低携液流量:ZTpVrqgisc22105.2π−×=………………………（2）其中gV宜按公式（3）计算：()25.0215.7−=ggLgVρρρσ………………………（3）c)宜按式（4）计算给定油管尺寸对应的临界冲蚀流量:ZTpVrqei22max105.2π−×=………………………（4）其中：geCVρ=………………………（5）7.2测试生产一体化的完井管柱，油管尺寸选择应考虑后期作业需要。8生产管柱及井下工具扣型选择8.1酸性天然气井油管、井下工具应采用金属气密封扣。8.2定向井及水平井油管应选择抗压缩、抗弯曲性能好的金属气密封扣。8.3井下工具扣型宜与油管保持一致。Q/SH0173—200849生产管柱结构9.1基本要求高温、高压及含硫化氢、二氧化碳气井宜采用油管带井下安全阀、永久式封隔器及配套的完井生产管柱，循环滑套、坐放短节及伸缩短节根据实际情况确定是否下入。9.2井下工具要求9.2.1井下工具温度井下工具温度级别应满足生产管柱承受的最大和最小温度范围。9.2.2井下工具材质井下工具金属材质抗酸性介质腐蚀性能应等同于或高于油管材质。用作井下工具不同部位的密封件应能承受井下工具规定的压力、温度和腐蚀环境。9.2.3井下工具承压级别、尺寸及配套9.2.3.1井下安全阀：a）坐放深度应安装在距井口50m～100m；b）压力级别至少应大于井口最大关井压力，宜大于气井地层压力；c）尺寸应结合油套管尺寸选择；d）上下应配备配套的流动短节；e）井下安全阀控制管线压力级别至少应大于地层压力与井下安全阀地面开启压力之和，含硫化氢、二氧化碳气井液控管线材质宜选择INC825，井下安全阀控制管液设计按SY/T10024—1998中4.2.4执行。9.2.3.2封隔器：a）坐封位置根据产层位置、井身结构、固井质量等因素确定；无尾（衬）管的直井，封隔器应坐封在气层以上50m～100m；衬管完井或尾管完井，封隔器宜坐封在油层套管定向井及水平井永久式封隔器宜坐封在直井段；b）永置式测压装置下至封隔器以下的气井应采用可穿越式封隔器；c）耐压等级应等于或高于生产管柱所承受的最大工作压差；d）尺寸应结合油套管尺寸选择。9.2.3.3伸缩短节：a）计算各工况下流体温度、压力、密度等因素引起管柱长度变化，考虑封隔器的类型、承压能力，综合校核管柱的安全系数，确定是否下入伸缩短节及数量，具体执行第10章的规定；b）伸缩短节耐压等级应与封隔器保持一致；c）伸缩短节内径应与油管内径匹配。9.2.3.4循环滑套、坐放短节：a）循环滑套、坐放短节耐压等级应与封隔器一致；b）循环滑套、坐放短节内径应与连接的油管、上部工具内径及需通过的绳索工具外径匹配。9.2.3.5其它：a）重点监测气井宜下入永置式测压装置；b）预测可能发生硫沉积的气井宜配备溶硫剂注入通道。10生产管柱强度设计及校核10.1管柱强度设计原则10.1.1含硫化氢或潜在含硫化氢的气井，宜通过增加管柱壁厚来满足管柱强度要求。10.1.2抗拉安全系数St≥1.8，抗内压安全系数Si≥1.25，抗外挤安全系数So≥1.25。10.2管柱强度校核10.2.1管柱强度校核的工况应包括坐封封隔器、剪切球座、增产注入、生产、关井等。Q/SH0173—2008510.2.2完井生产管柱应进行三轴条件下的抗拉、抗内压、抗外挤强度校核。10.2.3井下工具及配套附件的抗内压、抗外挤及抗拉强度应满足油管柱需要的强度。10.2.4宜对油管柱顶部接头及组合油管的尺寸、壁厚、钢级变化联结处进行抗拉强度校核。按式（6）计算抗拉安全系数。eatTTS=………………………（6）其中：()()42226222310310ooeieoooeiiearppTrprpT−×++−=−−ππ……………（7）10.2.5宜对油管柱顶部连接处、封隔器处及组合油管的尺寸、壁厚、钢级变化联结处进行抗内压强度校核。按式（8）计算抗内压安全系数。ieiaippS=………………………（8）其中：++−+++=2444442)(3313poeaioopoeaioiiiaYprrrYprrrppσσ……………（9）10.2.6宜对油管柱顶部连接处、封隔器处及组合油管的尺寸、壁厚、钢级变化联结处进行抗外挤强度校核。按式（10）计算抗外挤安全系数。oeoaoppS=………………………（10）其中：