南海西部油田高温高压气井套管磨损预测

为避免南海西部油田高温高压气井套管磨穿问题的发生,对套管磨损进行了预测。采用滑台式套管磨损试验机,在模拟工况下开展了系列磨损试验,得到了接触力、转速、钻井液密度等参数与套管磨损量之间的关系,求取了套管壁厚损失、抗内压强度、抗外挤强度及安全系数等参数。试验结果显示,接触力越大,转速越高,钻井液密度越大,则套管累计磨损量越大;不同耐磨带对应的套管磨损不同且差别较大,在设计工况下套管磨损系数小于2.0×10-14 Pa-1。以A7H井为例,造斜率为3°/30m,φ339.7 mm和φ244.5 mm套管磨损后壁厚分别减小8.5%和13.1%,抗内压强度分别降低8.0%和13.0%,抗外挤强度分别降低8.0%和13.0%,抗内压最小安全系数分别为1.41和1.47,抗外挤强度最小安全系数分别为1.22和1.20,强度满足相关标准的要求,现场作业中未出现套管磨损失效现象。研究表明,接触力、转速、钻井液密度相同的条件下,磨损量与磨损时间之间呈多项式关系;该预测方法可较为准确地预测套管磨损程度,从而决定是否采取防磨减磨措施,避免井下故障发生。      

两种套管剩余强度计算方法的对比与应用

在深井、超深井的钻探过程中,套管磨损问题越来越突出,严重影响了钻井施工和后续的开发生产。以X井为对象,在分析套管磨损量的基础上,分别运用最小壁厚法和弹塑性有限元分析法对磨损套管的剩余强度进行了计算。计算分析表明,弹塑性有限元分析法计算的剩余抗内压和抗外挤强度比最小壁厚法的结果均稍大,且更贴近实际,该方法的计算结果对现场选择套管及采取防磨措施具有重要的指导意义。     

大位移井套管磨损预测及防磨技术研究

针对大位移井套管磨损问题,以White和Dawson提出的磨损效率理论模型为基础,建立了套管磨损预测模型。利用该模型定量地分析了井眼狗腿度、机械钻速、顶驱转速、底部钻具组合、套管钢级和钻井液性能对套管磨损的影响规律。分析结果表明,套管磨损深度随井眼狗腿度、顶驱转速、底部钻具组合外径的增大而增大,随机械钻速和钻井液密度的增大而减小。根据所计算的钻柱与套管之间接触力的分布情况,可对发生磨损的重点井段进行分析。综合以上分析结果,制订了相应的防磨措施,这些措施对现场施工具有一定的指导意义。     

非均匀套管磨损对套管强度的影响

在深井、大位移井钻井过程中,由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损,导致套管抗挤强度和抗内压强度降低,给安全钻井带来隐患。根据ISO 10400推荐的套管抗挤强度和抗内压强度计算模型,考虑磨损后套管壁厚不均度、内壁不圆度的影响,推导出了非均匀磨损套管抗挤强度和抗内压强度的计算模型,分析了套管磨损厚度对套管抗挤强度和抗内压强度的影响。计算结果表明,非均匀磨损套管的抗挤强度和抗内压强度降低百分比随套管磨损厚度的增加而增加;在相同的磨损厚度情况下,磨损后套管的抗挤强度比抗内压强度降低得更快;与磨损后CS 110T套管抗挤强度试验数据相比较,由理论计算出的非均匀套管磨损抗挤强度与实测值的相对误差在5%以内。该计算模型为深井、大位移井钻井过程中非均匀套管磨损提供了新的评价方法。     

深井套管柱安全可靠性影响因素分析

套管挤毁给油田造成了巨大的经济损失。采用弹性力学解析及有限元方法,给出了考虑磨损时套管剩余抗挤强度、抗内压强度以及非均匀地应力作用下套管外壁等效外挤载荷的计算方法,分析了非均匀地应力作用下不同套管磨损量对套管强度以及不同地层性质对套管地应力外挤力的影响。研究表明,当磨损度为109／6时,套管的剩余抗外挤强度和剩余抗内压强度降低约30％;套管内壁的Mises应力和套管外壁地应力外挤力随地层弹性模量的增大均明显减小,说明地层越硬,套管将偏于安全。     

三高气田套管磨损研究及应用分析

依据套管磨损相关理论,给出了套管磨损深度预测模型,开展了模拟现场钻井条件下气田在用套管磨损室内试验。分析了三高气田套管磨损后带来的问题,用编制的套管磨损预测软件并结合试验测得的套管磨损参数和实钻井史资料,对龙岗气田部分井在用的244.5 mm技术套管的磨损情况和强度进行了计算。计算结果显示,技术套管普遍存在磨损情况,平均磨损率在10%左右,套管磨损后抗挤强度和抗内压强度都显著降低。探讨了影响套管磨损的主要因素,提出了考虑磨损后套管强度满足要求的三高气田套管柱设计安全系数。研究结果对提高三高气田钻完井安全性有一定的指导作用。     

钻井时效对长水平段页岩气井套管磨损影响因素分析

深层页岩气井钻井施工时,由于水平段长度及钻井作业周期均比较长,套管磨损现象相对严重,不合理的钻井设计还会加剧套管的磨损,导致套管强度下降,严重威胁页岩气井的安全经济生产。为此,基于磨损效率模型,建立了相应的磨损预测计算方法,重点探讨了页岩气水平井钻井时磨损的影响因素与规律,并给出相应的减磨防磨方案,保障钻井施工安全。研究表明:总进尺量与磨损量成正比;过低的机械钻速会明显增加磨损量;造斜段狗腿度与套管磨损量成正比;磨损量会随着井斜角的增加而增加,但增加速度会逐渐减小。     

胜科1井盐膏层段套管安全可靠性分析

胜科1井为东部油田第一口井深超7000m的科学探井。三开井段有两组流变性较强的软泥岩和盐膏层段,邻井郝科1井因盐膏层的蠕变导致φ244.5 mm套管挤毁变形而被迫完钻。从套管柱强度设计、套管磨损与剩余强度和套管安全下入3个方面分析了盐膏层段套管的安全可靠性。分析与现场实践均表明：济阳坳陷东营凹陷深层盐膏层套管抗挤毁强度设计中,计算套管外挤力时管外压力应按上覆岩层压力计算,管内压力应按全漏失面计算;按缺陷套管推导出的磨损后套管剩余强度计算模型是可行的;为保证套管柱下至设计井深,应根据盐膏层的蠕变速度选择钻井液密度,以减少钻井过程中可能出现的各种井下复杂情况。     

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在大位移井、大斜度井、水平井和深井钻井中，或者在狗腿严重度较大的井段以及在技术套管下入后的长裸眼钻井过程中，常常出现套管磨损问题。由此而诱发的套管抗挤强度和抗内压强度降低问题影响了油气井的后续完井测试作业、降低了油气井寿命，严重时还会导致某段油气井报废或整口油气井报废。为此，文章提出分别以水基泥浆、油基泥浆、清水作为润滑介质，用实验手段分别研究了法向载荷、温度、转盘转速、摩擦副材料特性对套管磨损的影响。同时，在对国内外防磨措施进行研究后，指出敷焊耐磨带是一种经济可行的防磨措施，在深井钻井、大位移井钻井和大斜度钻井中应重点推广。     

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油气井钻井过程中，由于钻具和套管相互摩擦，造成套管内壁磨损并引起磨损套管抗挤强度降低，直接后果是：降低油气井寿命，严重时将导致某段油气井报废或整口油气井报废。因此，套管柱设计尤其是水平井、大位移井、深井、超深井钻井必须考虑磨损对抗挤、抗内压强度的影响，而现有计算方法在计算磨损套管抗挤强度时通常忽略了制造缺陷对挤毁强度的影响，计算值与实测值差异较大。为此，文章研究了磨损套管的挤毁机理，认为计算磨损套管的抗挤强度应重点考虑磨损对抗挤强度的影响，同时考虑制造缺陷对套管抗挤强度的影响。基于此，文章进行了大量研究，应用叠加原理，建立了计算磨损套管抗挤强度的新算法。通过对此算法和其它算法的计算结果与试验数据比较分析表明，新算法优于其它算法并与试验数据更接近，能较好满足工程要求，为磨损套管柱设计提供了理论依据。     

套管钻井用套管外表面磨损后剩余强度分析

在分析讨论套管钻井管柱磨损形态的基础上,结合API5C5实物试验尺寸要求,通过有限元计算分析方法,对钻井套管完钻后含有外表面磨损缺陷的套管柱的极限剩余抗挤强度和极限剩余抗拉强度进行了研究,分别获得了均匀磨损和偏磨条件下,套管钻井套管柱外表面磨损缺陷的临界长度尺寸数值,以及不同破坏失效准则条件下的剩余抗挤强度和剩余抗拉强度的计算方程,为套管钻井中套管柱的设计、计算奠定了理论基础。     

超深定向井钻井中钻井参数对套管磨损量的影响

由于超深定向井井深较深,在技术套管封固之后下部地层钻进时间长,期间钻具与套管发生接触磨损,套管强度降低。在套管钢级一定的条件下,影响套管磨损的钻井因素主要有转盘转速、机械钻速、钻井液密度与类型、钻具组合等。以XG-X井为例,研究了这些重要因素对磨损量的定量影响。计算结果表明转盘转速、机械钻速对套管磨损影响最大;定量计算了该井当前条件下在不同的机械钻速、转速下的套管磨损量,给出了机械钻速—转速—磨损量关系图版,由于机械钻速和转速在一定范围内可以调节,实际钻井过程中可根据本研究结果合理地搭配机械钻速与转速,以减少套管磨损,提高套管寿命,延长油井使用年限。     

油管与套管抗内压强度研究

在深井、超深井钻井过程中,由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损,导致套管抗内压强度降低,给安全钻井带来隐患.文中针对API 5C3模型已不能准确预测套管实际抗内压强度的问题,研究了材料的屈强比对油、套管爆裂强度的影响规律,给出了具有更高精度的油、套管抗内压爆裂计算新模型.结果表明,该模型计算出的油管套...     

套管磨损量及剩余强度预测技术研究

在水平井、大位移井、深井钻井过程中下技术套管之后还需长时间钻进,钻具会对套管产生较大的磨损,造成套管强度下降,因此,建立了套管磨损量及其剩余强度的预测模型,利用模型对XG1井进行了计算分析。结果表明,套管磨损会明显降低套管的剩余强度,应采取相应的防磨损措施。     

套管外表面均匀磨损和偏磨后的挤毁试验研究

在套管钻井中,由于套管外表面被磨损后外径、壁厚和径厚比等都发生了改变,抗挤强度下降,严重影响整口井的安全。为了模拟套管外表面在井下受到的均匀磨损和偏磨情况,选择同一规格的7根套管试样对其外表面进行小磨损量的均匀磨损和偏磨挤毁试验、对比分析和研究。结果表明,径厚比是影响套管磨损后抗挤强度的主要因素;随着磨损量的增加,试验值与API挤毁公式计算值差值增大,表明套管局部长度外表面磨损量较大时API公式不再适用,需要修正。     

深井超深井套管损坏机理与强度设计考虑因素

深井超深井开发过程中,套管损坏带来重大经济损失和安全隐患。分析了深井超深井套管损坏主要形式和损坏机理, 主要包括轴向力引起的脱扣和失稳、非均布载荷产生挤毁破坏、剪切变形、螺纹密封失效、磨损、腐蚀等。认为对于深井超深井 套管,尤其是气井必须引入强度设计、密封设计、防腐蚀设计,需要从外载的计算、强度模型的选择、塑性岩石蠕动引起的载荷、 技术套管磨损、温度效应、螺纹的密封性以及套管本身强度的选择等方面进行研究。建议采用安全系数和失效概率相结合的套 管柱强度评价方法,进一步完善套管设计规范与标准。     

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随着石油工业的不断发展，深井、超深井、水平井和大位移井越来越多，而这类井由于其自身的特殊性，在钻井过程中钻具在井中旋转及起下钻对套管内壁造成磨损，导致其抗挤强度、抗内压强度等使用性能降低，对油气井的安全构成威胁，因此，套管设计时应当考虑磨损对抗挤强度的降低问题。API Bul 5C3挤毁压力公式没有考虑磨损对套管抗挤强度的影响。章主要通过有限元法并辅以理论分析，深入研究套管内壁磨损对其抗挤毁性能的影响规律，分别详细比较“月牙形”磨损模型与偏心筒近似磨损模型、最小壁厚均匀磨损模型之间的差异，并从挤毁强度降低的机理上阐述导致这些差异的原因所在。     

偏心磨损套管应力分布的双极坐标解答

因井眼狗腿度和钻柱的受力变形造成套管内壁磨损,导致套管抗挤毁强度和抗内压强度降低。内壁磨损套管的横截面形状多为月牙形,很难得到其应力分布的解析解。文章将其简化为偏心圆筒模型,并把直角坐标向双极坐标转换,得出了偏心磨损套管在内外压联合作用下应力分布的解析解。以139.7 mm×7.7 mm-N80套管为例,得出了套管剩余壁厚为4.2 mm时,偏心圆筒模型的应力分布曲线,确定了影响磨损套管应力分布的主要因素。     

套管钻井用套管与地层岩石磨损的试验研究

在研究套管钻井套管柱与井壁接触压力的基础上,根据中国套管钻井先导性试验工艺参数确定了接触压力范围,用MM型材料磨损试验机对J55钢级套管与典型岩石(砂岩、花岗岩)的滑动磨损情况进行试验研究,所用介质分别是自来水、自来水加润滑剂、钻井液和钻井液加润滑剂.得到了一系列磨损规律和试验回归方程,为预测套管钻井完钻后套管柱的抗挤、抗拉、抗内压强度特性和剩余寿命等奠定了数据基础.     

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用弹塑性有限元方法 ,建立了套管的有限元力学模型。给出了磨损量、抗内压强度系数的确切定义。对套管内壁不同磨损量的抗内压强度系数进行了分析计算 ,得出了套管的抗内压强度与内壁磨损量成抛物线关系。并分析了不同磨损量时 ,在内压作用下 ,套管管体达到屈服时 ,磨损量与抗内压系数、套管内VonMises应力以及套管内的位移变化关系。并得出了P110× 2 4 4 .4 8mm× 11.99mm套管结构尺寸下 ,磨损套管抗内压系数与其磨损量的经验公式 ,为磨损套管柱设计提供理论数据。