高产气井完井管柱横向振动分析

考虑完井管柱轴向激振力及自重力的影响,运用瑞利-里兹级数法描述了高产气井完井管柱挠曲变形方程.以此为基础,根据雷利(L.Rayleigh)法导出了高产气井完井管柱横向振动频率方程,进而得到了钻柱在管柱相应振动频率下的钻速方程.分析结果表明:该数学模型的精度较高,实用性较好.为揭示高产气井完井管柱横向振动规律提供了一种行之有效的方法.     

高压高产气井完井管柱振动特性及安全分析

目前针对油气井完井管柱振动的研究没有考虑气体诱发管柱横向和纵向耦合情况,而实际管柱与管内流体存在横向和纵向的相互影响。为此,对完井管柱系统流固耦合振动响应进行初步分析和探索,建立了气井完井管柱流固耦合模型,编制了相应的Fortran程序,并结合华北油田某完井管柱现场数据,讨论了产气量、井口压力和气体密度等参数对管柱振动特性的影响。研究结果表明:在开阀门的瞬间,完井管柱产生剧烈振动,随着产出气体压力逐渐稳定以及管柱自身的刚度具有抵抗变形的能力,管柱的振动呈现逐渐衰减的趋势;随着产气量的增加或井口压力的降低,气体对管柱的作用力增大,管柱振动产生的变形增大;当气体密度增加时,管柱与气体之间的摩擦耦合作用加剧,管柱振动增强。研究结果对于降低完井管柱的振动和保护管柱安全具有重要意义。     

基于ANSYS Workbench完井管柱流固耦合振动固有频率分析

试油完井工况下,处于高温高压环境中的管柱易受到压力、轴向力、温度以及流固耦合作用的影响而引发振动。以完井管柱为研究对象,在ANSYS Workbench中建立完井管柱的有限元模型,用六面体八节点单元进行了网格划分,并对流体和固体设置流固耦合交界面,分析了内压、轴向力以及流固耦合作用对完井管柱固有频率的影响。研究结果表明,完井管柱的固有频率随着管柱内压的增加而减小;完井管柱固有频率随着轴向力的增加而增加;流固耦合作用会降低管柱的固有频率。当管柱内流体为天然气时,管柱的固有频率减小1.4%;当管柱内流体为水时,管柱的固有频率减少18%,液体与管柱流固耦合作用对管柱固有频率的影响大于气体。该分析为试油完井管柱安全性评估和结构优化提供了理论支持。     

高压气井完井管柱的流固耦合振动模型及其应用

瞬态压力冲击诱发充液管道结构耦合振动,剧烈的振动将导致管道结构失效。笔者将进一步阐明天然气的瞬变流动诱发高压气井完井管柱的耦合振动过程。根据充液管道流固耦合振动模型,推导了适用于气井完井管柱的流固耦合振动四方程模型,采用特征线法及线性插值方法进行数值求解。以现场一口高压气井井口阀门开启过程中的瞬态响应为例,结合完井管柱系统的初边值条件,利用MATLAB语言编制了相应的计算机程序,计算分析了流体与管柱的耦合振动响应过程。计算结果表明：天然气的瞬变流动通过泊松耦合效应诱发完井管柱轴向往复运动,轴向往复运动将加剧完井管柱结构的疲劳破坏与磨损破坏。该结果对预防完井管柱先期失效有实际工程意义。     

基于实验测试的完井管柱力学分析方法及应用

井筒温度效应对完井管柱力学性能会产生一定的影响,"三高"气井完井管柱力学完整性是保障气井安全高效开采的重要前提。为此,本文通过实验测试获取了不同材质管柱的力学性能随温度变化的真实值,将高温下管柱强度衰减率引入管柱力学分析中,以四川盆地两口"三高"气井为例对比分析了考虑温度效应和不考虑温度效应情况下完井管柱三轴力学安全系数变化情况。结果表明:110SS材质油管屈服强度平均衰减率为0.073%/℃,2532-110材质油管屈服强度平均衰减率为0.075%/℃;考虑温度效应后,完井管柱三轴安全系数会降低;选择钢级更高的完井管柱有助于抵消温度效应对管柱强度的影响。提出的考虑温度效应的完井管柱力学设计方法有助于保障"三高"气井完井管柱力学完整性。     

双鱼石构造超深超高压含硫气井完井管柱完整性设计探讨

双鱼石构造超深小井眼气井超高压、高温、含硫特征明显,完井作业及后期生产过程中完井管柱失效风险高,完整性面临诸多挑战。高温高压含硫气井完井管柱作为完井及生产期间的一级井屏障,对于保障完井管柱完整性尤为重要。在室内材质腐蚀实验基础上,评价了耐蚀合金材料和抗硫碳钢材料的抗腐蚀性能;通过管柱力学分析校核,优化了满足完井及生产要求的油管组合。针对不同的投产需求,设计了两套完井管柱结构,满足了完井管柱完整性要求。同时,提出完井管柱井屏障组件之间的适应性以及完井压井液与完井管柱完整性之间的关联性,为提高超深超高压含硫气井完井完整性提供了指导性建议。     

超短半径水平井液压驱动非金属完井筛管下入长度计算

针对超短半径水平井完井筛管下入过程中摩阻限制了完井筛管下入长度的问题,提出了超短半径水平井液压驱动完井管柱下入技术,设计了由内到外依次为导向管、液压驱动管、非金属完井筛管的完井管柱结构,完成了配套工具设计,建立了管柱力学-液压耦合模型。基于某深层煤层气超短半径水平井井身结构数据,应用管柱力学-液压耦合模型进行了数值计算,结果表明相同条件下液压驱动完井管柱下入长度为常规技术完井管柱下入长度的17倍。对数值计算结果进行了多因素正交分析,结果表明完井管柱结构和非金属复合连续筛管与井筒间摩擦系数是对液压驱动完井管柱下入长度影响最大的两个因素。优选了两种适用于不同条件的超短半径水平井液压驱动完井管柱结构,最大下入长度分别为381,655 m。研究结果可为超短半径水平井液压驱动非金属复合连续筛管完井技术提供理论支持。     

天然气井的绳索式完井管柱及工具

本文扼要地介绍了天然气井的绳索式完井管柱、工具及有关的完井工艺技术。文章综述了在气井中应用该技术所能获得的技术效益。对于构造分散、一井多层、气水关系复杂、硫化氢含量高的四川地区的气井完井管柱及工具选择,具有显著的参考价值。     

高温高压高酸性气井完井管柱优化设计

近年来,随着天然气勘探开发工作的快速推进,高温高压油气井、深井超深井、含腐蚀性介质气井越来越多,完井管柱优化设计及作业难度越来越大,安全环保的要求也越来越高。已完井投产的气井中有相当比例都存在由各方面原因引起的生产套管压力异常升高现象,具有一定的安全生产隐患,因此对该类气井开展完井管柱优化设计研究具有重要的现实意义。通过总结高温高压高酸性气井完井现场实践经验,深入探讨了封隔器管柱力学分析要点及结构设计方法;提出了高温高压高酸性气井完井管柱设计的原则--安全第一、有利于发挥气井产能、延长气井寿命、经济可行,明确了优化设计阶段需重点考虑的7项因素;形成了一套基于第四强度理论的不同工况条件下完井管柱三轴应力强度校核方法,以及高温高压高酸性气井封隔器完井管柱设计方法。该套设计方法应用于四川盆地龙岗气田某井,取得了较好的效果。     

深水钻井作业管柱纵向振动载荷分析

深水钻井作业过程中,管柱在平台升沉振动的作用下产生纵向振动载荷,影响管柱的强度安全。以深水下表层套管作业管柱为例,建立了具有复杂结构的深水作业管柱纵向振动力学模型,并利用振动力学理论分析了管柱的纵向自由振动特性及纵向受迫振动载荷。分析结果表明,在平台升沉振动的作用下,作业管柱的纵向振动以第1阶振型为主;管柱顶端截面上的纵向振动载荷最大,是作业管柱上的危险截面;当钻井平台的升沉振动周期接近作业管柱的固有周期时,将产生极大的纵向振动载荷;当表层套管下入深度较大时,采用壁厚大的钻杆作为送入管柱能有效降低管柱纵向振动所产生的轴向应力。该项研究结果可为深水钻柱和送入管柱的设计提供依据。     

高含硫气井罐装电潜泵系统排水采气工艺

为了将常规气井常用的电潜泵排水采气工艺应用于高含硫气井,同时满足高含硫气井保护套管的要求,基于高含硫气井的完井方式及电潜泵排水采气工艺自身的技术特点,针对套管保护、气体干扰及深井电潜泵机组振动等问题,在完井管柱设计、工具配套等方面开展了攻关研究,并在L2井进行了排水采气工艺设计。结果表明:(1)所研发的一套以罐装电潜泵系统为主体、结合锚定式插管封隔器形成的高含硫气井完井管柱系统能够实现电潜泵的正常运行,并且满足保护套管的要求;(2)采用多相流泵及放气管线可以应对气体干扰的问题,使用自动换向阀可以降低电潜泵复杂流道对气井自喷的影响,配套带锚定机构的插管封隔器能够降低管柱振动;(3)所设计的罐装电潜泵系统可应用于?244.5 mm和?177.8 mm套管,其中?244.5 mm套管对应的电潜泵最大排量为900 m3/d、最高扬程为4 500 m;?177.8 mm套管对应的电潜泵最大排量为300 m3/d、最高扬程为3 000 m。结论认为,该项研究成果为高含硫气井实施电潜泵排水采气工艺提供了技术支撑。     

极端条件下气井油管柱振动力学行为的有限元分析

为了系统地、定量地分析极端条件下气井油管柱振动力学行为,根据新疆某油田油管柱结构尺寸,基于有限元法,建立了两种结构带封隔器的极端条件气井油管柱振动有限元力学模型,编写了极端条件下气井油管柱的振动动力学行为分析的APDL有限元程序,对该极端条件下气井管柱振动问题开展了系统分析和研究。研究表明:(1)对比改进前后管柱结构的前15阶模态和频率,改进后油管柱均有利于减缓振动对油管柱的损伤;(2)在瞬态动力响应方面,改进后的结构对事故高发(4 200～5 500 m)油管段内平均应力降低了约104 MPa,同时中和点也下移了231 m,均有利于提高极端条件下气井油管柱安全性及其疲劳寿命。结论表明,建立的模型可分析油管柱的振型,固有频率以及随时间历程变化的应力、速度、位移等,为极端条件下气井油管柱疲劳寿命预测、中和点变化以及油管柱在采气期间的振动力学机理提供定量的数据,同时为新井管柱设计提供了理论依据。     

新型强注强采完井管柱的研究与试验

地下储气库短期调峰所需注采气量过高,存在冲蚀风险,导致常规气井完井管柱难以满足储气库高气量、强注强采要求,并且注采交变应力周期变化致使多数储气库井套管带压,难以保证储气库长寿命安全注采。为此,设计了新型强注强采完井管柱及配套工具。根据不同缩径尺寸对管柱冲蚀的影响,优化井下安全阀上、下两端冲蚀流动短节内径,应用可移除封隔器配合预应力完井可以减小交变应力对封隔器上、下端卡瓦的影响。利用PIPESIM和WELLCAT等软件模拟注采气、坐封和套管试压等不同工况下封隔器的受力,管柱收缩长度及管柱整体强度,为优化工具尺寸及补偿预应力提供了理论与数据支持。新型强注强采完井管柱已在现场成功试验11井次,作业成功率100%,注气阶段各功能正常,说明注采气完井管柱设计合理,能够满足储气库强注强采及安全控制要求。     

气井完井管柱安全状态评估系统设计与应用

高温高压气井在生产和井下作业过程中,由于温度和压力的变化容易造成管柱变形,影响到管柱安全,因而需要开展天然气井完井管柱安全状况评估。文中在分析不同工况前后天然气井温度和压力变化的基础上,提出了相应的管柱变形计算和强度校核方法,并进行了实例计算,取得了较好效果。利用该方法,还可以帮助新井设计出安全的完井管柱,指导完井工艺的选择。     

大斜度井气举完井管柱研究及应用

大斜度井受井身轨迹限制,常规气举管柱不能满足大斜度井完井及钢丝作业要求,为此,开展了大斜度井配套气举完井管柱研究。该完井管柱在满足气举功能的前提下,对常规气举完井配套工具进行改进,以保证完井管柱顺利下井。冀东南堡油田1-3人工岛应用该气举完井管柱表明,工具下井成功率达到100%,并实现了油井的快速排液卸荷启动,大大缩短了油井启动时间。该气举完井管柱具备多项功能,可实现热洗保护油层和不压井作业。     

本井气柱塞气举完井管柱的研制与应用

吐哈油田气藏为凝析气藏,埋深较深,单井产能低,气井开发滑脱损失较大,井底积液较多,造成产气量损失较大。目前采用泡沫排水工艺效果不理想,发泡剂消耗大,泡排作业频繁,排水采气成本较高。为此,研制了2种本井气柱塞气举完井管柱及配套工具。现场应用表明,采用该管柱及配套工具,管柱下井一次成功率100%,一次投捞成功率100%,大大降低了排水采气成本,提高了气井的自动化管理水平。     

海上高温超低压气井二次完井管柱受力分析

海上某气田具有产层埋藏深、温度高、压力系数低的特点,属于高温高产气井,对该气田A4井修井后的二次完井管柱进行管柱受力分析,并使用软件进行安全校核,优化管柱结构,保障气井生产过程中的管柱安全。     

水平井完井管柱摩阻预测模型建立与下入性分析

水平井井眼轨迹复杂,完井管柱下入到弯曲段后将与井壁大面积接触,所受的摩擦阻力将大大增加,使完井管柱发生大的变形甚至屈曲变形以致不能顺利下入。为此,分析了水平井完井管柱下入过程中的受力情况,建立了管柱三维摩阻预测模型,根据建立的模型,利用VB语言编制了分析软件。分析软件对井眼数据采用三次样条插值法处理,并采用建立的摩阻计算模型求出完井管柱在下入过程中的总摩阻力。实例计算表明,建立的摩阻计算模型有较高的准确性,所开发的软件可用于大斜度井及水平井完井管柱的摩阻预测。     

侧钻井防砂、堵水一体化技术研究与应用

针对侧钻井寿命短、出水、出砂严重等问题,开展了侧钻井防砂、堵水一体化技术研究,该技术可以根据不同的地质条件,灵活选择完井管柱结构,如:防止底水上窜完井管柱结构,水层开窗时有效封固水层的完井管柱结构,低压油层不固井完井管柱结构、低压油层下部筛管上部套管完井管柱结构等,应用表明,该技术可从根本上解决目前侧钻井出水、出砂等问题,现场应用效果明显。     

异常高压特高产气井井下管柱力学分析

对异常高压、特高产气井完井及生产过程中的管柱受力进行分析,是确保气井长期安全生产的重要课题之一。现有的管柱力学计算方法基本是建立在Lubinski模型的基础上,只能分析、计算封隔器坐封好后由于温度、压力的改变而产生的温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋弯曲效应,而对于封隔器坐封前后管柱受力的变化、浮力的转移、生产过程中气体的粘滞力则没有现成的计算模型。文章通过将管柱受力分解为管柱入井、假定工况不变且无位移情况下的封隔器坐封以及工况改变且有位移时的封隔器坐封三步,在逐步推理的过程中分析了克拉2气田3口异常高压、特高产气井在完井过程中的管柱受力问题,对封隔器坐封前后浮力的转移、坐封过程管柱受力的变化进行了分析计算。并且采用新方法对生产过程中气体的粘滞力进行计算,最终给出了针对异常高压、特高产气井完井及生产的安全建议。