固井缺陷对磨损套管抗内压强度的影响

套管磨损和固井缺陷是钻井过程中必然存在的现象。应用相似准则设计出磨损套管的相似模型,对不同固井质量缺陷和不同磨损情况的套管进行组合实验,将实验结果与有限元分析相结合来研究模型套管在不同固井缺陷和不同磨损量下的抗内压强度。将模型套管推广到原型,利用有限元方法分别计算了水泥环—套管—地层系统在不同水泥环缺失范围、不同套管磨损程度下的抗内压性能。研究结果表明:当水泥环有缺损时,不但不能增强套管的抗内压能力,反而降低了套管的抗内压强度。水泥环的缺失范围越小,应力集中现象越严重。     

固井水泥环缺陷对套管强度影响仿真分析

固井水泥环质量对套管的强度影响很大。建立了水泥环缺少1／12的井筒平面应变有限元模型，通过对固井水泥环缺陷引起的套管应力变化进行仿真模拟分析，得出无内压下套管的最大径向位移是水泥环完整时的3．9倍，水泥环的缺少导致Mises应力集中系数为2．0，套管外壁的最大塑性应变达到0．0152，定量分析固井质量对套管强度的影响，为热采井套管损坏提供一些定量数据。     

水平井固井质量对套管变形影响分析

针对某井区深井X-1h井中出现的套管变形损坏问题，对比分析了压裂段固井质量与套损位置关系，基于现场数据，建立了套管-水泥环-地层力学耦合模型，分析了套管-水泥环界面胶结失效后形成微间隙的大小、水泥环破坏后的缺失角度以及水泥环缺失方位对套管应力和变形失效的影响。研究结果显示：固井质量不佳对套管的应力及变形失效有显著影响；套管-水泥环界面过大的微间隙会由于套管在内压作用下的鼓胀效应而放大内压的作用；当水泥环缺失角度在45°～60°区间时，套管Mises应力最大，超过套管材料最小屈服强度；当水泥环缺失方位与井周最小主应力方向一致时，套管应力集中最明显，略大于套管材料的最小屈服强度，套管局部发生塑性变形失效。研究结果可为现场固井作业施工提供一定的指导。     

页岩气井井筒完整性若干研究进展

在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题，主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果，总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入，认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中，压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注，并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的，通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系，对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性，还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果，对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。     

套管与水泥环胶结界面水力密封完整性评价实验研究

受制于评价手段单一、水泥胶结缺陷及井况条件复杂等因素,传统固井质量评价技术无法有效评价套管与水泥环胶结界面水力密封完整性。将水力突破评价装置和水泥胶结评价测井技术相结合,开展了水力突破和水力流动路径评价室内实验研究,分析了水泥环胶结质量、有效封隔长度、套管尺寸等因素对水力密封完整性的影响,并对水力密封完整性评价研究进行了展望。研究结果表明,提高水泥胶结质量和增加水泥环有效封隔长度能够提高套管与水泥环胶结界面水力密封完整性,可为现场油井全周期完整性寿命设计提供借鉴。     

固井质量对页岩气井水平井段套管失效的影响

开采页岩气所使用的套管受力复杂,当固井质量不合格时,容易在套管上产生较大的应力集中,从而导致其变形失效。目前,专门分析固井质量对水平段套管损坏影响的研究还比较少,对压裂工程中造成套管损坏的研究则更少见。鉴于此,应用ANSYS有限元软件,根据实际页岩气井的参数和工况建立模型,对水泥环的缺失和偏心两种固井质量差的形式进行了数值分析计算,得到套管的Mises等效应力分布情况和套管应力受影响的规律。研究结果表明:水泥环缺失会在套管的内表面上产生较大的应力集中,套管应力会随着缺失角的增大而增大;水泥环缺失发生在水泥环变形最大位置时,缺失对套管应力增加的影响更大;水泥环偏心距越大,套管上的应力越大。研究成果可为页岩气的现场开采提供有益指导。     

固井形成的水力封隔系统封隔能力评价方法

油、水井固井的主要目的是保护生产管柱和封堵相邻的油、气、水层.固井水泥凝固后形成了一个纵向上的水力封隔系统,影响这个系统水力封隔能力的因素包括系统的缺陷和系统的强度.目前的固井质量评价方法主要检测套管、水泥环胶结情况,没有直接针对固井的目的(层间水力封隔情况)给出评价.在深入分析声波测井方法和水泥环密度测井方法特点的基础上,提出了油、水井固井质量综合评价方法,即利用声波测井和水泥环密度测井资料进行优势互补,解释固井第Ⅰ界面微环、水泥环抗压强度、固井第Ⅱ界面胶结状态,再针对固井的目的,综合以上各参数评价固井形成的水力封隔系统的水力封隔能力.     

国内外小井眼固井技术研究现状

由于小井眼井可显著降低钻井成本,因此在国内外应用较广。但小井眼井具有井眼尺寸小、环空间隙小的特点,所以小井眼井固井难度较大,这限制了小井眼井的推广应用。为促进小井眼井固井技术的发展,在总结小井眼井钻井与固井特点的基础上,分析指出其固井技术难点主要集中在套管居中度不高、环空摩阻大、顶替效率低、水泥环力学性能要求高、施工工艺设计困难和工具简单等。对国内外在小井眼井固井的研究现状进行了综述,在分析水泥浆体系、套管居中技术、环空间隙问题、扩眼工具和施工工艺的研究现状的基础上,指出现有技术的不足在于水泥浆技术不成熟、固井工具缺乏现场应用,施工工艺自动化程度低等。为此提出了提高小井眼固井质量技术建议,包括提高套管居中度技术、套管安全下入技术、水泥浆性能技术、随钻扩眼技术和施工工艺技术等。     

ASDD试验井深水表层固井水泥浆体系研究与应用

简要介绍了海洋深水表层固井水泥浆体系所处的复杂情况,并针对ASDD试验井深水低温等复杂情况,开发出一套适合于深水表层固井的低温低密度高强水泥浆体系,并对其性能进行了详细的评价。最后介绍了现场作业情况。研究表明,开发的水泥浆体系满足了ASDD试验井固井技术要求,水泥石在低温下有足够的强度,水泥环与20in套管间的剪切胶结力远远大于浮筒产生的浮力,套管被拔起的可能性很小,保证了ABS的试验成功。     

射孔完井工况下固井水泥环破坏研究进展

射孔完井作为国内外应用最为广泛的完井方式,对油气井增产有着非常重要的意义。随着射孔完井的不断推广,射孔后水泥环层间封隔完整性越来越受到重视,尤其是薄差油气层,而现有研究主要集中于射孔后套管损害及强度影响,对射孔完井工况下水泥环破坏涉及较少。为了更好地促进射孔后水泥环完整性的研究与发展,结合油气井射孔威力大、时间短、温度高、破坏性强等特点,分析指出了射孔完井工况下固井水泥环破坏研究难点主要集中于室内射孔模拟实验难、射孔后水泥环完整性破坏程度难确定、实际工况下水泥环抗冲击破坏能力难确定以及射孔参数影响不清楚等方面,综述了国内外射孔模拟实验、射孔水泥环完整性、水泥环抗冲击韧性、射孔作业参数影响的研究现状,探讨了目前研究存在的不足。提出了以自修复水泥、水泥浆及水泥石性能设计、优化射孔参数、井下水泥环动态破坏预测技术为核心的技术对策与趋势。      

深水浅层固井胶结强度影响因素分析

深水表层未成岩地层土固结程度低、强度低,浅层固井难度大。为了合理进行浅层固井的设计及施工,分析了固井胶结强度影响因素。结合南海深水海域表层土质特点,利用相似性原理,进行浅层固井模拟实验,分析了水泥强度、候凝时间和套管尺寸对固井胶结性的影响规律。由实验结果得出:高强度水泥第一、第二胶结面胶结强度高于中强度水泥和低强度水泥,但强度差值不超过20%,且随着时间的延长,高强度水泥胶结强度与中、低强度水泥胶结强度趋于相同;3种强度水泥环的胶结强度均随候凝时间的延长而增加,但是候凝时间达到18 h后,界面胶结强度的增加趋势逐渐递减;使用?50.8 mm、?76.2 mm、?114.3 mm等3种不同尺寸的模拟套管,水泥环的胶结强度变化规律一致。研究表明,中、低强度水泥与高强度水泥在胶结强度方面相差较小,所以可以考虑研发中、低强度水泥替代高强度水泥用于浅层固井作业;浅层固井的候凝时间达到一定时间节点后,胶结强度增加趋势放缓,后期可进行浅层固井最佳候凝时间窗口的研究。利用相似性原理模拟现场施工工况的实验具有可靠性。     

双层组合套管抗外挤强度影响因素研究

以外层套管为?339.72 mm×13.06 mm P110和内层套管?244.48 mm×11.99 mm TLM140、中间环空为水泥环的双层组合套管为研究对象,通过有限元模拟方法研究了水泥弹性模量及不同固井工况因素如水泥环偏心、水泥环缺失、混浆流动和水泥环破碎分布对双层组合套管的抗外挤强度性影响规律。模拟计算结果表明,双层组合套管的抗外挤强度比单内层套管的抗外挤强度提高了167.3%,为单内层套管抗外挤强度的2.673倍;双层组合套管的抗外挤强度与水泥环的弹性模量为非线性关系,双层组合套管的抗外挤强度在水泥环的弹性模量在0～2GPa时增加迅速,水泥环的弹性模量为2～36 GPa时增加较缓慢;双层组合套管抗外挤强度影响最大的固井工况因素为水泥环缺失,最大下降率为71.55%;其次为混浆流动、水泥环破碎工况因素,下降率为33.72%;水泥环偏心因素影响最小,下降率为5.26%。     

高温高压下油井水泥环胶结强度测试新方法

固井注水泥完成后,水泥环与套管(Ⅰ界面)、与地层(Ⅱ界面)的胶结强度是影响固井质量的重要因素,但目前的水泥环胶结强度测量方法不能很好地模拟井下条件水泥环的形成以及泥饼的冲洗过程,致使测量出的胶结强度数据不能很好地为现场施工提供参考。为此,在分析现有测量水泥环胶结强度方法的基础上,提出了一种能够模拟井下条件的水泥环胶结强度的测量新方法,并且研制了相应的测量装置。该装置能够模拟高温高压环境下不同钻井液在岩心上形成泥饼、钻井液泥饼的动态冲洗、水泥环的养护形成过程,并测量出水泥环与岩心、水泥环与模拟套管的界面胶结强度等。结论认为,利用该装置能够开展水泥环动态冲洗与高温高压养护实验,还能测量第一界面与第二界面的胶结强度,较之于以前的方法更能贴合现场的实际,更具有实用价值;但要评价地层岩性、冲洗液体系等因素对胶结强度的影响还需要利用该装置做进一步的深入研究。     

套管粘砂提高固井质量的机理探讨

简要阐述了国内外套管粘砂的发展及其现状，分析了套管与水泥环间胶结强度的影响因素，对应用套管粘砂提高固井质量的机理以及胶结剂的选用进行了探讨。     

水泥环弹性模量和泊松比与地层性质匹配关系研究

针对现有文献在固井水泥环对套管载荷影响的研究中存在片面性的现状,以套管和水泥环受力优化为目标,采用有限元方法系统分析了水泥环弹性模量和泊松比与井场周围不同地层的匹配关系。通过实例分析与讨论,分别研究了均匀地应力和非均匀地应力条件下水泥环性质对套管强度的影响规律,提出了改善套管受力状况不应以牺牲水泥环为代价的原则。通过数据和实例分析表明:如果能根据井场周围不同性质的地层优选水泥环弹性模量和泊松比则可大大改善套管受力状况;而且,不论地层参数如何,理想固井水泥环应该是高强度、低刚度、小泊松比。     

水泥环缺失对水平井套管强度安全性影响分析

在水平井固井过程中,常常发生水泥环缺失,影响套管的强度安全性。为此,综合考虑水泥环缺失位置、缺失厚度与环向缺失角度,利用有限元分析方法,建立了水平井套管-水泥环-地层力学分析模型,考虑套管内压与非均匀地应力的作用,模拟水平井中水泥环缺失段套管的应力分布情况,着重分析了第一胶结面和第二胶结面水泥环缺失厚度对套管强度安全性的影响。分析结果表明:水泥环第一胶结面缺失对套管的应力分布影响较大,缺失比存在一个临界值,若缺失厚度大于该临界值,套管的应力将发生突变;水泥环第二胶结面缺失时,套管应力随缺失厚度增大而逐渐增大,没有应力突变;套管应力极值点位置随着水泥环环向缺失角度的变化而变化,环向缺失角度为60°时,套管的应力极值最大。所得结论可为水平井固井过程中套管的强度判断提供依据。     

固井水泥环微间隙与微裂缝的模拟试验方法

对于固井水泥环微间隙和微裂缝模拟试验方法以及自修复评价试验方法,目前尚未统一。为了顺利开展固井水泥环自修复技术研究,基于大量的探索实验,提出了两种模拟微间隙和微裂缝的试验方法:使用不锈钢钢管模拟套管,通过先在套管内壁涂抹均匀的钻井液液膜,然后灌入固井水泥浆的方法模拟固井水泥环微间隙;通过直接灌入水泥浆(内壁无钻井液液膜),待试样固化后再对钢管外壁施加机械挤压力的方法模拟固井水泥环的微裂缝。从抗窜强度测试、试验误差分析和无损伤CT扫描等方面,对模拟试验方法的可靠性、稳定性和模拟样品的微观形态进行了分析研究。结果表明,该模拟试验方法简单易行,微裂缝与微间隙模拟的过程和微观形态与实际工况接近,试验数据稳定可靠。结论认为,该模拟试验方法能够较好地应用于固井水泥环自修复技术研究和固井水泥浆力学性能分析测试。     

套管粘砂提高固井质量的机理探讨

简要阐述了国内外套管粘砂的发展及其现状 ,分析了套管与水泥环间胶结强度的影响因素 ,对应用套管粘砂提高固井质量的机理以及胶结剂的选用进行了探讨     

油井水泥环界面对套管腐蚀的影响及预防措施

油，水井套管外腐蚀损坏已成为油田开发建设中后期影响生产的重要因素。目前，人们只注意到固井水泥环对套管的防腐蚀作用，而在其对套管腐蚀影响方面的研究未见报民。本文通过试验证实在油，水井磋管和固井水泥之间存在一稳定的电解腐蚀电池，它会使水泥石强度下降，加速套管腐蚀损坏。     

水泥环对套管应力影响的模拟与分析

固井施工以下套管和注水泥来建立油气安全生产通道,该安全通道由套管、水泥环和地层构成,而不同地层和水泥环环境会改变套管应力分布,影响油气安全生产。本文基于直井的地层-水泥环-套管耦合平面弹性应变模型,并借助ABAQUS有限元软件,分析了水泥环弹性模量以及水泥环缺失(包括周向缺失与径向缺失)对套管应力分布的影响,以期得到水泥环弹性模量及水泥环缺失对套管应力分布的影响规律。由于井下实际情况复杂,全实物模拟套管在井眼中所处的状况实属不易,本文借助有限元软件ABAQUS对井下套管应力分布进行了较为全面的模拟和分析。分析结果对固井后套管应力分布优化具有一定的参考价值。