煤层气水平井射孔完井段抗有效外挤能力的有限元分析

随着技术水平的不断发展与完善,现代水平井钻井技术在煤层气开采中得到了广泛的应用,其中射孔套管在不同的生产时期、生产条件和不同的煤层地质环境下,受力情况是不同的。在常规的条件下研究水平井段射孔套管的受力情况,即在确定套管的有效外挤压力的情况下,利用有限元分析软件ANSYS对射孔套管进行了实体建模、网格划分及有限元计算。最终通过数据处理及对比分析,得出射孔套管受力情况随着有效外挤压力增加的变化规律,从而确定了射孔套管达到抗外挤强度最小值时的最大有效外挤力,为套管强度设计奠定基础。     

基于塑性铰模型的煤层气完井筛管抗挤强度分析

根据煤层气完井筛管受力特点建立了筛管受力的塑性铰模型,利用能量法推导出带有初始椭圆度筛管抗挤强度的计算公式,分析了相位角、射孔直径、射孔密度、初始椭圆度、径厚比和屈服强度等影响因素对筛管抗挤强度的影响规律,并对某煤矿使用的筛管抗挤强度进行了计算,与已有的实验数据和有限元计算结果进行了对比。计算结果表明：筛管抗挤强度的塑性铰模型具有很高的计算精度和准确度,可以满足工程实际需要;筛管抗挤强度随着射孔相位角、径厚比和初始椭圆度的增加而降低,随着屈服强度的增加而增加,相位角和椭圆度对筛管抗挤强度影响比较显著;在射孔直径小于12 mm、射孔密度小于120孔/m时,筛管抗挤强度随射孔直径和射孔密度增加变化不明显。建议在实际煤层气完井筛管设计过程中,采用小相位角,严格控制初始椭圆度,适当增加射孔直径和射孔密度,以达到提高筛管抗挤强度和增加过流面积的目的。     

非均匀载荷和内压作用下石油套管的抗挤能力分析

油井套管往往处于管内外复杂的受力环境下,揭示和分析这些因素对套管抗挤能力的影响就显得非常重要,并可为套管强度设计提供理论依据。根据套管在受到外部非均匀载荷和内压作用下的受力特点和材料力学理论,建立了单位长度的理想圆管的环向应力的计算模型,得到了套管内外壁的环向应力分布规律。计算结果表明:套管发生破坏失效位置在圆周方向与最大水平地应力成90°角的内壁上。依据Von Mises屈服准则由失效点得到了非均匀外挤载荷和内压作用下套管屈曲时抗外挤能力的新公式。实例计算表明:在影响套管的抗挤能力的因素中,外载荷的非均匀系数对套管抗外挤能力影响最大,外载荷的非均匀系数越大,套管抗外挤能力下降得越快;在外载荷非均匀性较小的条件下,提高套管外载荷承载能力可通过增大内压和减小套管径厚比来实现。     

深井温度对套管强度的影响探讨

随着钻井深度的增加,井下温度的增加对套管强度的影响增大,这同时关系到安全钻井和油气井寿命,同时也影响到钻井成本。早期套管强度设计没有考虑温度的影响。实践证明,深井中温度对套管柱的抗挤强度、抗拉强度等都有影响。实际上,套管柱在井内受各种力的作用,但总结起来是三轴应力的作用,即周向应力、径向应力和轴向应力。现在将温度考虑进套管强度设计中,针对深井条件下温度对套管柱强度的影响问题,对套管柱在深井中进行了受力分析,建立了深井温度对套管柱强度影响的计算模型,利用建立的模型对套管柱强度进行了计算分析,优化套管柱设计,所以对于分析温度对套管强度的影响具有重要的意义。     

膨胀套管的力学行为对抗挤强度的影响

由于膨胀管在优化井身结构方面上有很好的应用,膨胀套管也越来越广泛地应用在各个油田,如何保证膨胀管的安全性就显得越来越重要。利用有限元分析软件模拟计算了膨胀管在一系列的力学行为之后的抗挤强度,分别讨论了壁厚误差、偏磨程度和井眼曲率对膨胀管抗挤强度的影响,为膨胀管的安全应用提供了一定的理论指导。     

不同完井方式下注入/压降煤储层参数法测试结果对比

为了得到煤储层参数,采用注入/压降试井法对裸眼、套管、套管内射孔、压裂等不同完井方式下的煤储层参数进行了对比试验与分析。结果表明:在井筒稳定情况下,应首选裸眼井试井方式;在井筒稳定性较差的情况下,应采用套管内测试,而套管内射孔后注入/压降测试次之;裸眼井测试结果能够更加准确地反映煤储层特征,压裂测试结果可以直接指导煤层气井初期的排采工作;套管内射孔后测试由于受到固井、射孔等工序的影响,测试结果没有裸眼井和压裂井测试结果准确;套管内试井应该延长测试时间和注入压力等可控因素,从而获得更加可靠的测试结果。     

顾桥煤矿大口径瓦斯入井工程施工技术

该文针对大口径钻孔防斜,下套管焊接保直,焊缝的强度校核,套管的抗挤强度校核,大吨位套管的安全下入技术措施,以及固井措施作了简述。     

煤层气水平井割缝筛管优化设计

煤层气水平井割缝筛管的优化设计考虑了割缝参数对筛管抗挤强度和产能的影响。采用有限元数值模拟对比分析了布缝参数对筛管抗挤强度的影响。采用割缝筛管表皮因子模型,计算了不同布缝参数下割缝筛管引入表皮因子的大小。基于遗传算法的多目标优化方法,以筛管最大抗挤强度、最小表皮因子为优化目标,建立了割缝筛管优化设计模型,得出了高抗挤强度、低表皮因子的割缝参数的最优组合。结果表明:煤层气井中的割缝筛管更适宜采用交错布缝;其过流面积可达3%~10%;产气量高的井采用高缝密、短缝长、缝单元内缝数为3或4条的筛管;煤层埋深较深的井,采用低缝密、长缝长、缝单元内缝数为2或3条的筛管。     

射孔参数对注聚溶液黏度影响研究

注聚井射孔孔眼附近的高速剪切会使聚合物溶液发生机械降解导致黏度损失严重,影响驱油效率。分析了聚合物溶液在射孔孔眼处的黏损机理,研究不同射孔参数对孔眼内黏度与孔眼前后黏损的影响。研究表明,孔眼内聚合物溶液的表观黏度及其对流量的敏感性随流量增大而减小;其对孔径的敏感性较射孔密度更强;在高射孔密度、大孔径下溶液黏度更高。为保持黏度的有效性,特定射孔参数下存在极限流量。孔眼处聚合物溶液黏损对不同参数的敏感性差异大,较高流变指数、射孔密度、孔径及小尺寸套管可减小黏损。运用本文的研究结果,可以合理选定射孔完井参数,进而提高聚驱效率。     

非均匀椭圆载荷下套管抗外挤能力分析

目前大多数油井套管的损坏很大程度上是由非均匀载荷引起的,外载荷的非均匀性等因素大大降低了套管的承载能力,为此,揭示这些因素对套管抗挤能力的影响具有重要的实际意义。根据非均匀椭圆载荷作用下套管的受力特点,利用材料力学理论建立了理想套管的环向应力计算模型,分析了套管的应力分布规律,结果表明:套管承载的危险点为圆周方向与最大水平地应力成90°夹角的内壁上,与有限元数值模拟结果有着很好的一致性。并以危险点应力状态为依据,得到了套管在不同的非均匀载荷下的等效外挤压力计算的新公式。计算结果表明,椭圆载荷中的非均匀部分对套管等效外挤压力影响极大;外载荷非均匀度越大,径厚比越大,套管承受外挤载荷能力越差,越容易发生挤毁失效。     

水平井筛管充填通道建立适应性研究

面对南海西部大部分采用简易筛管防砂且水平段长度为300~700m的在生产水平井,筛管充填通道建立适应性研究需进行技术攻关。对常用的应用在套管井中的井下开孔工艺进行对比,优选火工品射孔。通过模拟分析及打靶试验,优化通道的孔径及与射孔设备的匹配度。通过对水平井筛管基管数值模拟及物模试验对比,研究射孔后筛管基管的抗坍塌性能,分析射孔后筛管的承载力能否满足筛管强度要求。     

江汉油田盐间非砂岩油藏套管损坏原因分析及其预防

江汉油田王广区块盐间非砂岩层是一个重要的产能接替区块,对该区块先前所钻井以及周边地区钻井套管损坏情况进行了分析,得出套管损坏绝大多数发生在泥(页)盐岩地层,套管设计载荷偏低,高压注水是加剧套管损坏以及射孔是射孔段套管损坏的主要原因.并针对泥盐岩的特点分析了套管损坏的机理.最后给出了减少损坏的建议.     

水力喷砂射孔技术在煤层气开发中的应用

针对煤层气井水力喷砂射孔过程中出现的喷嘴堵塞、喷嘴反溅严重、寿命低、无法形成有效射孔孔眼的问题,研究了不同孔径喷射器水力参数的影响因素。通过对喷嘴水力参数和结构的优化,设计了新型的喷射器,并改进了现有水力喷砂射孔工具组合。结果表明:在规格4(个)×6 mm喷射器、排量1.4 m~3/min、砂比8%、泵压50 MPa的条件下,15 min内可以将井下5.5英寸(140 mm)厚的套管射穿;所优化的喷嘴和工具组合解决了以往施工过程存在的喷射器喷嘴堵塞、抗反溅能力差以及以往水力喷砂射孔孔眼验证问题,实现了喷砂射孔环空压裂的一体化,缩短了煤层改造的时间。     

煤矿瓦斯抽排井套管强度校核计算方法探讨

近年来在煤矿安全生产中瓦斯抽排井得到越来越广泛的应用。这类井施工周期长、难度大、要求高,再加上套管直径大、总质量大、施工和套管的成本费用也很高,据所掌握的工程资料,国内已有数口井在施工过程的不同环节发生了不同形式的套管挤毁事故,造成整井报废,损失惨重。以某瓦斯抽排井下套管过程中工作套管发生严重挤毁事故为例,对其受力情况进行了深入分析,并在此基础上对大直径套管三轴应力强度校核计算方法作了详细论述。通过与传统单轴应力强度计算方法进行对比分析认为,套管三轴应力强度计算结果更准确科学,采用三轴应力强度计算方法指导前期套管设计,工程质量更加安全可靠,值得推广应用。     

基于注入压降法的煤层气井裸眼和套管射孔后测试试验研究

为了对煤层气井试井方法有更加全面的认识,采用注入压降法试井对裸眼井和套管射孔后煤层气储层参数进行试验测试,测得试验井不同阶段的煤层气储层参数结果;研究了试验井的不同阶段的试井试验条件,采用不同阶段试验测试得出结果进行全方面系统对比,结果表明:对复杂井况的裸眼井,采用套管射孔后测试可以有效获取煤层参数并且确保了测试井的安全;延长注入压降试井的测试时间,可以更准确的获取煤层参数;对于套管射孔试验井,增加射孔密度和射孔距离可以有效的沟通煤层与井筒的连通性,而且采用跨隔双封隔器试井测试可以降低井筒储集效应,减小井筒畸变时间。     

水泥环参数和套管形状参数对套管强度的影响

目前,国内外均面临着严重的套管损坏问题,因此研究套管强度的影响因素是必要的。通过建立套管和水泥环的三维有限元模型,并利用Ansys有限元分析软件研究了水泥环参数、套管偏心率和椭圆度对套管强度的影响。模拟结果表明,只有水泥环的弹性模量超过一定值,增加水泥环的厚度、弹性模量才能提高套管的强度,否则还会增加套管内壁的等效应力,并且得出了水泥环对套管强度的增幅效果是套管径厚比的函数;此外套管的强度随着套管偏心率和椭圆度的增加而大幅度降低,容易引起套管屈服破坏。     

挤扩支盘桩抗压抗拔特性的非线性有限元分析

用大型有限元软件ABAQUS分析了挤扩支盘桩的抗拔特性,并与抗压特性进行了比较.分析结果表明,承力盘的形状、间距、大小等参数对支盘桩的抗压、抗拔承载力存在一定影响,其中对抗拔承载力的影响程度较大.     

煤层气井固井质量测井深度校正方法探讨

固井质量检测是煤层气开发中必不可少的重要环节,而作为检测固井质量主要手段的测井施工,包含2个重要任务:①利用声波对套管间水泥环肢结程度进行评价,检测固井质量;②利用自然伽马对目的层位置进行深度校正,从而为后续射孔工序提供准确数据.分析了裸眼测井和套管测井之间产生深度误差的原因,介绍了2次测井的深度校正方法,探讨了深度校正后的深度误差对射孔位置的影响.     

神经网络法在岩体抗剪参数选取中的应用

岩体抗剪参数取值研究是岩质边坡稳定性分析中的一个关键问题,是工程特性研究的重要内容之一.以前人的研究为基础,吸取了近年来在其它相关领域的一些前沿性的成果,尝试用人工神经网络系统中的B-P网络对岩体抗剪参数进行分析,借助MATLAB强大的计算功能完成了程序设计,最后对10个影响岩体抗剪参数的输入参数的作用强度进行了分析,分析结果表明,对摩擦角作用强度影响最大的3个参数依次为岩石的摩擦角、岩体结构、节理密度;对粘聚力作用强度影响最大的3个参数为岩石的粘聚力、岩石的摩擦角和岩体类别.     

塔河油田石炭系盐层固井工艺技术

塔里木河周围地区石炭系盐层纯度高，水溶性比较强，蠕动能力强，前期多口井发生套管变形和挤毁现象，盐层井段的固井具有很强的挑战性。研究优化了盐层套管选型，针对石炭系地层特点优化盐层段尾管固井水泥浆液柱结构，优选了AMPS／AM／AA三元共聚物抗盐降失水剂、膨胀剂，使水泥浆体系具有低失水量、高早期强度和微膨胀特性。优选了具有良好抗盐、冲洗和加重能力的前置液体系，通过T914井现场试验，盐层段固井质量为优质，避免了套管挤毁的危险。