【摘 要】
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随着全球工业的发展,石化燃料消耗量持续快速增长,大量CO2排放到大气中,导致全球温室效应显著增强。目前,二氧化碳捕集、封存与利用技术是解决温室效应问题的有效方案。但是在CO2注入过程中,注入流体温度低、热物性变化复杂,对井筒完整性构成威胁,注入井筒存在泄漏风险。因此,注入井井筒完整性是CO2安全封存的重要保障,井筒完整性评价对工程顺利实施具有重要意义。本文从风险评估和井筒力学完整性两方面对CO2注
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(2018YFB0605502);
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随着全球工业的发展,石化燃料消耗量持续快速增长,大量CO2排放到大气中,导致全球温室效应显著增强。目前,二氧化碳捕集、封存与利用技术是解决温室效应问题的有效方案。但是在CO2注入过程中,注入流体温度低、热物性变化复杂,对井筒完整性构成威胁,注入井筒存在泄漏风险。因此,注入井井筒完整性是CO2安全封存的重要保障,井筒完整性评价对工程顺利实施具有重要意义。本文从风险评估和井筒力学完整性两方面对CO2注入井进行完整性分析。通过相关文献资料调研,建立了影响CO2注入井井筒完整性的风险因素数据库;基于FEP和TOPSIS方法建立了风险评估模型,评估各因素引起井筒破坏的可能性和破坏严重程度。此外,本文建立了纯液态CO2注入过程井筒温度压力计算模型,分析了注入压力、注入速度、注入温度以及注入时间对井筒温度压力分布的影响,并确定井筒各层结构温度,为注入井筒力学完整性评价提供边界条件。最后,综合考虑温度效应、鼓胀效应、活塞效应和管柱屈曲影响,结合井筒温度压力分布情况建立了井筒结构(油管、套管和水泥环)三轴应力计算模型,给出油管和套管的三轴安全系数以及水泥环的剪切破环、径向开裂和界面开裂安全系数,全面地分析了CO2注入井井筒力学完整性。研究结果表明:CO2注入井后期作业对水泥环密封性的破坏是威胁井筒完整性的首要因素;注入速度对井筒温度分布影响最显著,注入压力对井筒压力分布影响最大;在实际注入工程施工条件下,油管和套管具有较高安全裕度,而水泥环界面开裂最危险。本文研究为全面评价CO2注入井井筒完整性和优化施工作业参数提供了指导依据和分析手段。
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