旋压整形器对C110变形套管整形的实验研究

套管变形会直接影响到油气田后期增产作业和开发措施的实施,而变形井在使用旋压整形器进行整形修复时经常凭经验确定整形力和修复扭矩,如果整形力和修复扭矩过大则易造成变形套管及水泥环的破坏和卡钻事故。为此,在YAW-200压力试验机上对常用尺寸的油层套管进行压扁,然后分别由连续旋转钳和推力轴承提供扭矩和整形力,由小到大依次下入外径为126mm和129 mm的旋压整形器对变形套管(C110)进行了2次膨胀整形,得到了两种整形工具整形所需的整形力修复扭矩、变形套管的变形规律、变形套管回弹量的测试数据。实验结果表明,上述两种旋压整形器的外径级差是合理的。此外,为了确保后期生产工艺实施的可靠性,还对整形前后的变形套管进行了力学性能测试,发现整形后套管的各项力学参数均有所降低,从而导致整形后套管的承载能力降低。该研究成果为优化整形工具结构和整形施工参数提供了重要的实验数据。     

油田套管整形多用式胀管器的研制与应用

针对目前油田最常用的套管修复工具都存在一定使用局限性的问题,研制出一套油田套管整形多用式胀管器。该胀管器在结构上进行了重新设计,由5级胀管器和4个钻铤相组合,按照胀管器从小到大顺序逐级连接,利用现有下钻杆方式完成套管内1次变形量在10 mm的整形施工任务,使修井作业整形施工1次成功,满足了油水井增产措施的需要。现场应用表明,2年来应用该胀管器完成套管整形施工5井次,整形成功率100%,该胀管器运行平稳,满足安全生产需要,极大地简化了作业施工程序,缩短了施工工期,提高了生产时效。     

油水井液压胀管整形修复工具设计

常规套管整形修复技术存在成功率低、施工风险大和施工周期长等问题。为此,研制了油水井液压胀管整形工具。它由机械锚、胀管增压器和分瓣式胀管器等组成,可将井口液压力转化成机械力,作用于分瓣式胀管器的分瓣锥体上,变形套管在分瓣锥体径向扩张力的作用下膨胀,发生塑性变形,进而复原。地面试验表明,油水井液压胀管整形工具能够完成既定的动作,具有很强的修复功能。     

液压式套管滚珠整形器的研制与应用

针对套管变形修复技术中机械整形(冲胀和磨铣工艺)普遍存在损伤套管、牺牲套管厚度、修整尺寸小、施工周期长和成本高等问题,研制了液压式套管滚珠整形器。该整形器采用变径钢珠滚压套管内壁的设计,将以往常规机械整形的面接触变为点接触,可大幅增加胀压力,且不损伤套管;中心轴内含短行程的设计确保钢珠胀管突出后能够适量缩回,防止作业管柱卡井;泄压后提放管柱工具可复位,可以实现长距离连续整形;应用小修作业机和泵车即可实施作业。该整形器在现场应用中收到很好的效果。     

普光气田套管变形井滚压整形修复技术

普光气田高含H₂S和CO₂,套管变形井井深、产层套管钢级高、套管壁厚,套管修复难度大,直接影响到后期增产作业和开发措施的实施。为此,提出采用套管滚压整形修复技术来实现套管变形井的投产。通过普光302井现场应用实例,介绍了滚压整形技术原理和施工工艺过程,提出了套管滚压整形胀头选择的建议：①胀头型号应根据套管变形程度进行从小到大的选择;在自然状态下,滚珠当量圆直径（遇阻直径）应大于整形套管内径4～6 mm,即一次整形量应控制在4～6 mm,依次渐进达到整形要求;②依据多次整形数值分析,套管挤压变形后的回弹量为1.0～1.5 mm。对于不同钢级和壁厚的套管,整形量设计时,一次整形量应稍大于套管材质的弹性形变量。实践证明该技术具有对钻柱强度要求低、整形阻力小、对整形钻具和套管损伤小, 是一种新型的套管整形技术。     

大港港西油田套管受力与修复可行性分析

目前大港油田解决套管缩径的主要技术是机械整形扩径技术,包括梨形胀管器和套管磨铣技术,但普遍存在着损伤套管,牺牲套管厚度,修复成功率低等缺憾。为此,对港西油田套管首次变形与再次变形受力情况分析,提出了套管缩径力学机理,分析预测了套管修复的可行性,避免了无效作业带来的经济损失,提高了套管修复成功的几率,为套管损伤井修复提供了科学的预测方法。     

套管整形修复技术研究及应用

针对晋45断块油水井套管因受膏岩层非均匀载荷挤压套管变形的实际情况,地面进行了标准套管与变形套管的爆炸胀形试验、爆炸整形对套管材质的影响试验,研制了适用于3500m以内井深的爆胀器材和施工工艺,该技术利用电缆或油管传输将炸药下放到变形位置引爆而达到整形目的。经对晋45断块12口井43井段进行爆胀整形修复施工,成功率100％。     

液压胀管整形工具的研制与应用

针对油田套管损坏严重,其中由缩颈引起的套损井占很大比例,是套损井修复中需要重点解决的问题,研制了液压胀管整形工具。工具主要包括液压胀管器和分瓣胀管器两部分,它利用液体易于增压和远距离可控性,将液压力转化成机械力对套管进行径向扩张,并可准确控制胀头挤胀力的大小。利用该工具方便、快捷、安全,节省作业成本,已成功地完成B21-10-15井的现场试验,取得了很好的效果。     

套管径向变形可修复界限研究

由于缩径变形套管的最小可修复内径没有明确值,导致采用胀管器整形时容易造成套管二次伤害。在分析胀管器冲击整形作用机理的基础上,根据缩径变形套管的整形工艺,利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元程序编制了确定缩径变形套管可修复最小内径的计算程序。以钢级P110、φ139.7 mm不同壁厚套管为例,计算了不同缩径量下的最小修复内径,并根据计算结果绘制了缩径套管内径与胀管器规格对应图版。对计算结果进行了评价分析,结果表明,采用高效胀管器修复缩径套管时,最小修复内径取决于套管的屈服强度和需要达到的最小通径,为了达到所需的最小通径,需要在最小修复内径基础上换3~4种规格的胀管器。在中原油田文95-86井的应用表明,根据计算出的最小修复内径修复缩径套管,可以在保证不伤害套管的前提下提高修复缩径套管的成功率。      

页岩油水平井压裂后变形套管液压整形技术

页岩油藏需要大规模体积压裂后才能获得工业油流，但大液量、大排量的体积压裂易导致套管变形、缩径，套变段以下井段无法下入压裂工具和投产工具，而常规液压整形技术存在修复能力差、滚珠易落井和有效期短等不足，难以满足工艺要求。为解决该问题，设计加工了扩张式胀管器等系列液压胀套工具，经过室内试验，完善了胀套工艺，形成了页岩油水平井压裂后变形套管液压整形技术。沧东凹陷页岩油水平井现场试验表明，该技术有效期长，可以解决页岩油开发中的套管变形问题，满足投产时连续管钻除多级压裂桥塞（扫塞）恢复底层井段能量的需要。     

含水泥环的变形套管修复过程实验

油气田现场经常凭经验确定旋压整形器修复变形套管所需的修复力和扭矩,而不合理的整形力或扭矩容易造成变形套管和周围水泥环的二次损伤及卡钻事故。为此,在YAW-200压力试验机上分别制作了无水泥环(水泥环完全损伤)、水泥环部分损伤和水泥环未损伤等3种类型的P110SS变形套管,并采用?126 mm和?133 mm的2种旋压整形器对3种变形套管进行整形测试,得到了变形套管整形所需的整形力和修复扭矩、变形套管回弹量的测试数据。实验结果表明:(1)修复过程中整形力与扭矩整形时间的关系密切——弹性变形阶段,随修复时间增加环向应变呈线性增加,整形力和扭矩早期呈缓慢增加后期保持不变,塑性变形阶段套管开始屈服,随修复时间增加环向应变呈非线性增加,整形力和扭矩急剧降低,直到整形工具通过变形套管,直到整形力和扭矩降低到最低为止;(2)修复后的回弹量不可避免且较大(2.90~3.04 mm),表明水泥环的损伤程度对变形套管的修复具有较大影响;(3)水泥环未损伤的变形套管修复所需机械载荷大于水泥环部分损伤变形套管所需机械载荷,带水泥环变形套管修复所需机械载荷大于无水泥环变形套管所需的机械载荷。     

液压扩径整形技术在套管变形井杜813-42-63中的应用

针对常规套管整形技术在套管变形井应用中存在的技术缺欠,研究并应用了液压扩径整形技术.该技术利用小修设备及高效液压整形工具对油水井套管变形部位进行液压整形,达到缩短修井周期、提高修井效率、最大限度恢复套管通径以及提高套管变形井产能的目的,为套管变形井的修复提供了强有力的技术支持,并在曙光油田杜813-42-63井得到成功应用.现场应用结果表明,该技术施工简便,使用安全,整形效果显著,在套损井治理工作中具有较好的推广应用前景.     

基于新型油井套管磨损实验机的钻井工况模拟

运用MZM-500新型油井钻杆-套管摩擦磨损实验机,针对转速、温度与正压力、钻井液性能、间歇负载等影响套管磨损量的因素进行试验。对更为精确的套管磨损量值的分析发现,钻杆试件在小转速时套管磨损体积与转速为线性关系,这种关系会被转速继续增加引起的振动所破坏,造成套管磨损体积急剧增加;多项式关系更符合磨损量随时间的实际变化;高于临界温度60℃会直接增大套管磨损;间歇负载对套管磨损影响不明显;高粘度的钻井液会大幅度减小套管磨损。研究成果可为建立正确的磨损模型来预测和计算钻井过程中的套损提供参考。     

套管钻井中套管柱疲劳可靠性及相关力学特性研究

利用CAE仿真技术和可靠性疲劳实验方法,研究了套管钻井中的有关力学问题.分析了不同径厚比套管的受力状态、磨损套管剩余强度、套管柱的振动模态和疲劳可靠度.研究结果表明,径厚比越大,套管管体Mises应力越大,套管发生失稳的临界荷载越小.对于均匀磨损,随着磨损长度的增大,套管的剩余抗拉和抗扭强度逐渐变大,并达到一个极限值;对于非均匀磨损,其剩余抗拉强度与磨损长度之间的关系均近似服从指数分布.两种磨损状态下,套管柱剩余抗拉和抗扭强度都随磨损量的增加而降低;套管柱外径对套管横向振动固有频率的影响大于径厚比对其的影响,纵向固有频率主要取决于管柱长度.运用可靠性方法,基于概率分析设计了单轴和双轴疲劳可靠性试验,得到了套管柱的单轴和双轴概率疲劳特性,推导出套管钻井的P-S-N曲线方程.     

史密斯膨胀锥整形临界参数指标研究

鉴于目前对整形工具的选用规格和避免套管损伤的最大整形量还没有明确定论的现状,通过显式动力有限元程序LS-DYNA模拟膨胀锥整形过程,分析套管和水泥环的应力扩张趋势,确定了整形过程中膨胀锥应用规格和最大可整形量等临界指标。建模时切向接触条件使用Cou-lomb摩擦模型,在模型的顶面边界和底面边界施加垂直方向约束。研究结果认为,屈服强度和工程需求内径是决定膨胀锥整形临界指标的主要因素,修套过程中膨胀锥对套管和水泥环造成的破坏较大,相对于套管,水泥环更容易发生破坏。     

大位移井套管柱磨损的探讨

套管磨损是钻井过程中必然存在的现象。进行套管磨损预防、预测与处理技术的研究具有十分重要的意义。文中用硬度、摩擦因素、侧向力、钻柱接头外径、钻速和磨损时间建立起套管磨损速度模型，建立并推导了套管磨损面积的关系式及任意给定位置磨损套管的剩余壁厚的表达式。     

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

高压气井套管回接固井预应力技术

针对套管回接固井质量不好,未能将尾管重叠段已经存在或潜在的窜流通道堵死,致使气井生产时井口带压的问题,回接固井作业时采取了很多技术措施,但都没有从根本上解决回接固井质量问题。为此,通过增加回接管柱管内外静液柱压差、井口憋回压方式,在固井施工过程中通过液柱压强转换为作用在回接套管本体上的预应力,在水泥浆凝固时该应力就迫使套管贴紧水泥石,防止水泥浆凝固时管柱和水泥环微环隙的形成,提高固井质量。几口试验井的测井结果表明：所采取的固井技术措施行之有效,能够保证套管回接的固井质量。