超声波套损检测室内试验研究

油田套损井数量居高不下,井筒质量问题突出,严重影响了油气井的高质量开发。鉴于此,通过对存储式电池仓、数据存储与控制短节、电子仪短节、声系短节和扶正器短节的综合研发,研制了超声波套损检测仪器;结合超声波测量原理和超声波柱面成像,开发了超声成像解释技术。在此基础上,利用超声波套损检测仪器对射孔孔眼套管和变形套管进行了室内模拟试验,研究了超声波套损检测仪器成像效果。研究结果表明:研制的超声波套损检测仪器可以对射孔孔眼和变形套管进行检测,仪器声波幅度、声波到时图像和三维柱状图像稳定可靠,提升了套损形态精准检测能力;该仪器可对射孔孔眼的大小、位置和角度等信息进行精准解释,针对外径139.7 mm、内径114.3 mm套管的检测精度可以达到1.14 mm;该仪器可对变形套管的变形程度和方位信息进行精准解释,通过4种解释结果得到套管最小内径为90.0 mm,挤压变形的方位为105°。研究成果验证了仪器的可靠性和测量精度,对仪器的现场实际应用具有重要意义。     

蠕变地层水泥环特性对套管应力的影响

蠕变地层套管应力计算是采取套损预防措施的依据,目前采用非均匀地应力作为套管水泥环力学模型边界条件的套管应力计算方法与实际情况不符。提出了蠕变地层套管应力计算应将均匀地应力作为其边界条件的有限元力学模型,并分析了水泥环椭圆度和弹性模量对套管应力的影响:当水泥环弹性模量小于等于地层弹性模量时,套管最大应力出现在最小水平地应力方向,反之则出现在最大水平地应力方向;套管峰值应力随着水泥环椭圆度的增大而增加,套管由缩颈损坏转变为挤扁损坏;蠕变地层水泥环弹性模量与地层弹性模量和井眼椭圆度之间存在合理的匹配关系,改变水泥环弹性模量是降低蠕变地层套管应力的最有效方法。该规律的得出有助于加深套损机理的认识和套损预防措施的实施。（）     

套管应力检测传感器技术

正随着油田注水开发采油技术的持续推进,伴随而来的套管损伤(套损)问题严重地制约油田的发展,一种用于油井钢套管的应力检测技术为解决套损的预测预报带来了突破。套损预测预报的核心是套管应力状况检测,根据油井的应力分布状况才能进行套损评价与预测。应力检测仪器能获取油井的应力分布状况,该仪器的核心是应力传感器及其信号提取技术。     

油井套管应力检测仪器研制与应用

利用逆磁致伸缩效应的铁磁材料应力无损检测技术在无损检测领域中已经发展成熟.在此基础上,开发了一种可以在套管发生塑性形变之初就可能给出套管损坏预报的油井套管应力检测仪.它在大庆油田5口套损井的检测试验表明:该仪器对套管微变形反映明显,此方法在套管检测方面具有其优势.     

利用井径成像测井仪有效指导套损井治理

目前．国内工程测井技术中用于套损监测测井技术按原理分主要有井径测井系列、声波测井系列和磁测井系列。井径测井系列是常规套管技术状况监测技术，可提供套管内径变化情况，定量解释套管损坏程度。声波测井系列主要有超声波成像测井技术．该技术利用声波测距的原理对全井进行全周扫描，分辨率高，基本无漏测现象，且采用成像处理方式，测井资料形象直观．但不能精确地定量解释套损程度。磁测井系列是基于磁感应原理设计．只能对套管的腐蚀情况进行定性评价，无法达到定量和对套管弯曲变形进行测量。     

磁记忆法检测井下金属套管应力的实验研究

依据铁磁材料的磁致伸缩方程，推导出磁记忆方程，并进一步解释了磁记忆效应，阐明了应力与地磁场的作用。通过大量的套管加力检测实验，发现套管所受应力与磁记忆检测信息间具有良好的对应关系，磁记忆检测方法可以分级评价套管的应力状况。     

利用多触角成像测井进行套损检测研究

MIT、MTT是目前比较先进、精度较高的套损检测成像测井技术,它在多臂井径、磁测曲线定性识别的基础上,利用接箍识别、多层管柱刻度处理结合成像实现了对套管变形、腐蚀、结垢、损伤、穿孔以及射孔位置的准确评价。本文通过大量的测井实例、现场实验分析,制定出了适合于青海油田套管质量检测的解释方法和判别标准,为油田套损监测工作发挥了重要的作用。     

数值模拟法在膨胀套管修复套损井技术中的应用

为了分析膨胀套管在套损井修复过程中的应力、应变及残余应力情况,剖析膨胀过程中管材内部变化规律,利用ANSYS软件建立了膨胀套管在套损井修复应用中的有限元模型,优选模型的边界条件,进行模型的数值模拟分析.数值模拟结果直观地反映了管材膨胀过程中的应力一应变情况,结合实验室台架试验及现场施工,总结出可在制管、套管膨胀和后处理3个阶段采取有效措施消减残余应力;膨胀套管在高压液体作用下发生二次形变后.内径尺寸比膨胀锥的外径单边增加0.9～1.3 mm,据此修正了膨胀锥、膨胀套管和原套管尺寸间的经验公式.在华北油田京708井采用膨胀套管技术修复套损井,施工完成后,产油量增加,含水率降低,达到施工要求,表明膨胀套管补贴套损井技术的有限元数值模拟分析符合油田现场施工的需求.     

方位——井壁超声成象组合测井仪

用于检测井身倾斜角及倾斜方位,套损程度和套损方位的方位－井壁超声成象组合测井仪,由挠性陀螺方位仪和井壁超声成象仪组合而成。挠性陀螺方位仪利用挠性速率陀螺和加速度计测量倾斜角,倾斜方位角度及成象仪的需的方向角;井壁超声成像仪利用超声波在介质中的传播和反射特性,由超声换能器发射和接收脉冲或超声波,根据套管内壁或井壁的回波幅度和回波时间检测套管内壁或井壁的自然状况。经现场试验验证,该仪器的结构设计合理,     

方位36臂井径成像组合测井仪

为提高套损检测的准确性,研制了方位36臂井径成像组合测井仪.该仪器由组合式井斜方位多功能测井仪和MSC-36多臂井径成像测井仪组合而成.组合式井斜方位多功能测井仪利用挠性陀螺、框架陀螺和3个加速度计测量井身倾斜角、倾斜方位角及多臂井径仪各测量臂的方向角;MSC-36多臂井径成像测井仪通过仪器的36个测量臂与套管内壁接触,测量套管内壁的变化.经现场试验验证,该组合测井仪能准确地指示出套损情况及套损方位,为分析判断套损机理提供准确信息.     

金属磁记忆检测井下套管应力集中的研究

金属磁记忆技术可有效判断应力集中区,对套管的损伤进行早期诊断.利用铁磁材料的磁记忆性,研制井下在役套管检测系统.该检测系统依据采集的磁记忆信号,可准确地判断套管的应力集中区状况.设计了井下磁记忆检测仪的系统硬件结构,给出核心传感器电路的研制方案,保证仪表可靠性和高灵敏度;针对井下复杂的环境,数据处理方面采用中值滤波和自适应小波消噪方法,以提高磁记忆信号的信噪比.提出了新的特征量诊断方法,保证可靠地判断套管应力集中危险区域.通过实验验证该方法的有效性和可行性.     

利用套管变形量进行地应力反演

地应力是石油工程设计与施工所需要的重要参数之一。通常获取地应力大小的方式是通过水压致裂法直接测量、室内试验以及测井资料计算得到,但水压致裂法和室内试验法获取地应力的成本较高,根据测井资料计算地应力需要根据经验校正。而油田具有丰富的套管变形资料,因此,可以利用套管变形量进行反演获取地应力。利用已知的套管变形量作为基础条件,构造符合套管在井下的边界椭圆应力模式,选择测点计算最大变形量与测量最大变形量差值的平方为目标优化函数,采用合理的优化技术对位移进行反分析来获取最大和最小地应力。利用该方法对新疆某油田的A井进行了分析,结果表明,采用该方法能快速有效地计算出套管变形条件下的实际非均匀载荷大小,且计算结果与利用测井资料计算出的结果相差不大,可为合理设计套管柱、减少套管损坏提供依据,为油田获取地应力提供一种新的途径。      

水力压裂地应力测量有关技术问题的讨论

利用水力压裂可获得最小水平地应力的大小和地应力方向。最小水平地应力的数值近似等于水力压裂裂缝闭会压力,但由于套管的存在,不能用套管井压裂数据计算最大水平地应力。在钻井过程中进行地应力测试可在勘探早期获得地应力数据,并用于指导后期的勘探开发工作。斯仑贝谢公司MDT模块式地层动态测试仪和哈里伯顿公司的井下应变仪是比较先进的地应力测试工具。分析了测试层住筛选、使用仪器、施工方案及精确的施工曲线分析等影响地应力测试精度的有关问题,并对进一步开展地应力测量工作提出了建议。     

非均匀载荷下厚壁套管抗挤强度分析

非均匀地应力下套管柱强度设计须考虑非均匀载荷对其强度的影响，对此国内外众多学者进行了大量研究，并取得许多有益成果。但这些研究主要以径向的非均匀外载为边界载荷，没有考虑套管外壁受非均匀剪切力的作用；其次，对非均匀载荷下套管磨损、残余应力、不圆度和壁厚不均度等缺陷的影响未作考虑。为此，建立了厚壁套管受径向非均匀挤压和周向受非均匀剪切的力学模型，应用弹性力学逆解法进行了求解，分析了非均匀载荷下厚壁套管的应力分布规律。研究表明，非均匀载荷作用下沿最小水平地应力方向、套管的内壁是承载危险区。由此提出了非均匀载荷等效为均匀外挤载荷的方法，给出了含缺陷套管在非均匀载荷下抗挤强度的分析方法。     

ERW直缝套管残余应力分布规律的研究

采用盲孔法配合计算机数据采集技术对 7种不同规格或状态的ERW直缝套管残余应力分布状态进行了测定。结果表明 ,ERW直缝套管上存在着较大的残余应力 ,个别区域的残余应力值达到材料的屈服极限 ,但焊缝及其附近区域的残余应力值较低 ;自然时效处理可以显著降低残余应力水平 ,特别是显著降低焊缝及其附近区域的残余应力水平 ,但其降低的程度与套管的直径大小有关 ,在相同条件下 ,小直径套管残余应力降低的幅度较大 ;在线热处理对其残余应力大小和分布的影响不明显 ,甚至有可能使焊缝及其附近区域应力水平升高 ;国产ERW直缝套管的残余应力水平与日本同类套管相当 ,可以替代同类进口产品。     

CJ18-200套管变形组合测量仪及其在临盘油田的应用

在油田的开发过程中，油水井套管的损坏日趋严重，直接影响了油田的正常生产。为解决这一问题，胜利油田临盘采油厂引进了CJ18—200套管变形组合测量仪，该仪器具有18个独立井径传感器，能提供环套管内壁18个方向上的井径变化，其成像功能能够提供套管的立体图、展开图和截面图，结合该仪器的井温、磁重量、磁井径等曲线能清晰准确判别套管的损坏类型和损坏程度。现场使用表明，该仪器对套管的孔眼、裂缝、错断变形反映准确，为进一步采取措施提供了可靠依据，取得了显著的应用效果。     

稠油热采井套管的预应力分析

以暴露于热蒸汽中的目的层套管为研究对象,根据弹性力学理论,首先给出了套管在热应力和非均匀地应力作用下的三轴应力表达式,然后利用对套管施加预应力来降低套管的轴向热应力,使得套管的有效应力控制在相应温度下套管的最小屈服极限内为原则,得到了热采井套管三轴预应力设计方法,并对辽河油田常用的N80钢级套管进行了预应力设计分析,给出了该套管在不同注汽温度和井深条件下所应使用的径厚比及相应的预应力值。研究表明,拉预应力在一定范围内有利于提高套管的安全性,传统的单轴预应力设计方法具有明显的缺陷,建议以后稠油热采井在进行预应力设计时应考虑热应力和实际非均匀地应力的共同作用,以及油层出砂对套管产生的影响。     

膨胀套管中的残余应力问题

为探求套管径向扩张膨胀后的残余应力大小、产生原因及对套管性能的影响,进行了套管的实物膨胀试验,用切环法对膨胀后套管的横向残余应力进行了测量分析,发现套管膨胀后具有高的环向收缩残余应力,这种残余应力削弱了套管的抗挤强度。分析了套管膨胀后残余应力较高的原因,认为套管膨胀过程中的不均匀变形是套管膨胀后残余应力大的主要原因。介绍了衡量套管不均匀变形程度的指标-截面形状变化指数,并用试验数据对该指标的应用进行了检验。最后从制管工艺及膨胀工艺2方面提出了减弱套管膨胀后残余应力的措施。     

常规测井三向应力计算方法研究

大庆油田注水开发油藏套管损坏的主要原因是长期高压注水造成的区域或局域孔隙压力不平衡,导致地层滑动或地层应力集中释放的结果,套损预测的关键是有效地求取地层应力参数.首先以地层测试资料为标准,利用常规测井建立了水淹油藏孔隙压力计算方法,进而以交叉偶极子声波测井解释结果为相对标准,给出了水平主应力与孔隙压力关系,实现了常规测井计算水平主应力方法,为油水井地层应力求取提供技术保证.通过5口井交叉偶极子声波测井资料检验,平均相对误差5%,最大绝对误差1.1 MPa,基本满足工程要求.     

非均匀地应力下套管水泥环受力研究

大多数套管损害是由非均匀外载引起的。以非均匀外载为前提，以弹性力学为基础。以套管-水泥环-储层岩体环组合系统为研究对象，对套管及水泥环在理想状况下受非均匀地应力和均匀内外压共同作用时的受力特性进行分析，并依据不同的接触条件推导相应的线性方程组。借助于计算机，计算不同地应力作用下套管、水泥环内部应力及表面受力分布，并可以分析水泥环弹性模量、水泥环厚度与套管接触情况对套管水泥环受力分布的影响。