斜井与水平井套管扶正器计算的三弯矩方程解法

套管扶正器的正确位置，是保证斜井与水平井固井质量的前提。在全面分析安装有多个扶正器套管柱的力学特性的基础上，采用了有初弯曲连续梁的力学模型，用初弯曲纵横弯曲梁理论和三弯矩方程组成的多元线性联立方程组，从理论上解决了斜井和水平井套管扶正器安装位置的正确计算方法，并修正了《API套管扶正器技术规范》（APISpec10D）违背扶正器处套管变形连续性原理和我国原石油部部颁标准《SY5334－88套管扶正器间距计算推荐方法》认为扶正器套管转角为0的不妥作法。     

水平井套管挠曲变形计算

应用能量守恒定律将具有初弯曲的水平井套管柱转化为直管柱，从而简化了套管柱挠曲变形的计算。讨论了相邻两扶正器问套管的力学模型，指出在铰支处应加上弯矩的作用。由此模型可得到水平井套管最大挠度的计算公式。     

水平井、斜井油管扶正器应用分析计算

在水平井、斜井中对弯曲段和水平段油管扶正会产生积极作用。本文通过分析计算，说明如何正确选用扶正器和扶正器间距。     

基于ANSYS的水平井下套管摩阻分析计算

随着水平井和大位移井的日益普遍,由于套管柱自重和井眼弯曲等多种因素的影响,水平井和大位移井中的套管柱存在较高的摩阻力,摩阻过大将会影响到套管柱的顺利下入,水平井中套管柱轴向力的准确预测也为套管强度设计提供了重要的基础数据。用CAE大型有限元软件ANSYS,对江沙8-H水平井的?139.7 mm套管的受力和变形进行了数值模拟,计算了刚性扶正器处的接触力和刚性扶正器间套管的横向位移,并得到了套管柱在水平井中的摩阻力。计算模型考虑了套管的刚度和刚性扶正器对摩阻力影响,计算结果与现场实测数据比较吻合。计算结果表明,水平井中套管摩阻对轴向力的影响较大,且刚性扶正器间套管较长时,扶正器间大部分套管仍会与井壁接触,导致扶正效果降低。该计算方法为钻井工程设计提供了理论支持。     

双弓形弹簧片套管扶正器性能特点

弓形弹簧片套管扶正器是使用量最多的固井工具，使用最普遍的是单弓形弹簧片套管扶正器。双弓形弹簧片套管扶正器是单弓形的变异，它既有弹性扶正器的优点，又有刚性的特点。双弓形弹簧片套管扶正器是斜井，水平井理想的套管扶正工具。     

在水平井、大位移井中选用合适的套管扶正器

在水平井、大位移井中选用合适的套管扶正器不仅能使套管顺利下入,而且能确保套管在井眼中的居中度,提高固井质量。介绍了几种新型的套管扶正器,并介绍了国内外在水平井、大位移井固井中使用的套管扶正器的性能特点及应用情况,得出了常规的套管扶正器很难满足水平井、大位移井需要的结论。     

使用套管扶正器提高固井质量

使用套管扶正器,可减少套管磨损,使套管居中,提高固井质量。文中介绍了API规范的套管扶正器:弓型弹簧扶正器、螺旋弹簧扶正器、钢性套管扶正器、带涡流片套管扶正器、尾管扶正器的使用情况,提出了对安装套管扶正器的建议。     

在水平井、大位移井中选用合适的套管扶正器

在水平井、大位移井中选用合适的套管扶正器不仅能使套管顺利下入,而且能确保套管在井眼中的居中度,提高固井质量。介绍了几种新型的套管扶正器,并介绍了国内外在水平井、大位移井固井中使用的套管扶正器的性能特点及应用情况,得出了常规的套管扶正器很难满足水平井、大位移井需要的结论。     

满足页岩气水平井固井质量的套管扶正器研究

为提高页岩气水平井的固井质量,常在套管上安装扶正器.常规的滚轮扶正器对套管的居中度提高有限,旋流扶正器的旋流效果不好.根据页岩气水平井分段压裂的要求,并结合弹簧片、旋流及液力变径扶正器的优点,设计了一种新型扶正器.该扶正器下入过程中其外径与套管接箍外径相同,能有效减小下入摩阻.下入至设计井深时,弹簧片可伸出扩径,且可使注水泥时产生旋流顶替.试验结果表明：该扶正器的居中度可提高至97％,外径缩小30％.     

复杂井眼条件下扶正器对套管下入摩阻的影响研究

在水平井、大位移井等复杂井的固井过程中,套管下入摩阻的大小关系着固井作业的成败,安装了扶正器的套管下入摩阻和不安装扶正器的套管下入摩阻之间的大小关系在固井工程界一直存在争议。为此,对井眼 内安装扶正器和不安装扶正器的套管柱进行了受力变形分析,根据套管在井内的实际情况对各自的摩阻系数进行研究,并通过计算机编程对两者建立的模型进行计算比较。以德阳新沙某井为实例进行计算,并与实测值对比得出两者之间的关系,为固井下套管摩阻的预测提供了参考依据。     

定向井固井注水泥顶替效率研究

本文依据非牛顿流体力学和两相管流力学理论,研究了定向井固井注水泥顶替效率问题。理论分析和实验结果是:对于定向井偏心环空注水泥情况,套管不居中是影响顶替效率的一个重要因素,但它不是唯一的、起决定性作用的因素。有时套管居中解决得很好,可是顶替效率和固井质量不见得高。所以,提高定向井偏心环空注水泥顶替效率的问题最终可归结为泥浆、水泥浆流变学问题。影响偏心环空注水泥顶替效率的关键因素是泥浆、水泥浆的动塑比和顶替流动压力梯度。通过优选泥浆、水泥浆性能参数和顶替流动的水力参数可以抵消套管偏心对顶替效率的影响,优选参数的数学模式可用本文的式(5)。此外,定向井固井时很难实现套管居中。固井施工中,与其扶正套管,不如再适当拉大套管扶正器安放间距,让扶正器之间的套管段呈斜置或弯曲状态,使偏心环空间隙具有三维不均匀性,从而使井中泥浆、水泥浆呈二、三维流动状态。泥浆、水泥浆的这种流动状态可以减小或消除偏心环空中的滞流区,有利于提高顶替效率。     

水平井固井液压式套管扶正器的改进与应用

针对水平井液压式套管扶正器在应用过程中发现的扶正片撑开后影响环空过流面积、活塞二次运动导致密封失效等问题,对液压扶正器的结构进行了改进,并进行了相关的地面实验。为了完善套管居中井下配置工具,研制了与液压扶正器配套使用的球座,液压扶正器下到位后,先投球打开液压扶正器,再进行循环作业,可充分清洗井眼,提高固井质量。改进后的液压扶正器在非常规水平井中应用了4井次,平均每口井应用32只,固井及压裂过程均未出现密封失效现象,固井质量良好,表明改进后的液压扶正器更适应于非常规水平井固井作业。     

套管扶正器的正确安放间距研究

在不同形状的井眼中,套管柱的受力变形计算模式是不一样的。如在变方位的弯曲井眼中,两扶正器间的套管段由于所受重力和轴向载荷不再位于一个平面内,因此将发生非平面弯曲挠曲变形,同时套管扶正器所承受的侧向压缩力也将发生相应变化。此外,扶正器的正确安放间距应当由控制套管弯曲变形和扶正器压缩变形所引起的套管总偏心距不超过某一规定值来确定,而不能仅按这两种变形中的某一种变形来确定。本文较全面地考虑了上述问题,采用瑞利—里兹能量法计算套管的弯曲变形,按扶正器承受的实际侧向力计算其压缩变形,在变方位的弯曲井眼中采用两平面弯曲变形方法研究实际发生的空间非平面弯曲变形,最后以位移的几何迭加原理求出套管在各种井眼中将发生的最大偏心距表达式,控制最大偏心距不超过许可偏心距(文中取等于许可偏心距[c]),建立了斜直、等方位弯曲和变方位弯曲井眼中的一整套套管扶正器安放间距计算公式。通过计算并绘出斜直井眼和变方位变井斜弯曲井眼的两组套管扶正器间距曲线。     

固井施工中套管柱居中的优化设计

目前在固井施工中,对于套管柱居中的设计主要是设计扶正器的位置与间距。现有的设计方法一般均作两种简化处理:一是从整个套管柱中截取一段来独立考虑,对各段间的相关性忽略过多;二是对井眼位置的空间变化作了许多假定。在这两种简化处理后,所得出的结论只能比较粗略地反映套管的居中程度,各个扶正器的位置与间距不是最优的,更难以了解套管在井中任意一个截面上的偏心情况。为此,本文在更严格的力学模型基础上提出了一套优化设计方法。对井眼的实际位置不作任何简化,并对整个套管柱的变形进行整体分析,可精确求出套管在井眼中的空间偏移位置和扶正率。     

不同套管扶正器优选及安放组合研究

套管扶正器的合理优选及安放不仅可以提高套管的居中程度、有利于套管下入,还能有效防止水泥浆窜槽,提高顶替效率,确保在管外形成具有良好封隔作用的水泥环,从而提升固井质量.在归纳总结常规套管扶正器分类和技术特点的基础上,介绍了国外几种新型套管扶正器的结构原理和特点.通过软件模拟分析,对套管扶正器的选型及安放组合进行总结分析,...     

陆相页岩气水平井固井技术——以延长石油延安国家级陆相页岩气示范区为例

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的上三叠统延长组及下二叠统山西组具有良好的页岩气成藏条件,陕西延长石油(集团)有限责任公司采用水平井分段压裂技术对该区页岩气进行开发。针对水平井固井过程中存在的油基钻井液清洗困难、长水平段套管难以居中、固井过程中易发生漏失、水平井及分段压裂对水泥环要求高、长封固段固井附件易失效等技术难题,开展了相关技术研究,获得了解决上述问题的技术措施:1在该示范区通过采用清油型前置液多级冲洗工艺,有效地冲洗界面残留油膜,提高油基钻井液冲洗效率;2新研制的水平井专用扶正器能有效降低管柱下入摩擦阻力,保证套管的居中度;3通过提高地层承压能力、优化浆柱结构实现平衡压力固井;4优选韧性材料提高水泥环的耐冲击能力,较好地满足了页岩气水平井分段压裂工艺对水泥石性能的要求;5研制的高性能固井附件,保证了长封固段水平井施工安全。所获成果已在该示范区的4口页岩气水平井中进行了应用,固井一次成功率达100%,固井质量优良率达100%,取得了良好的固井效果。