全尺寸套管磨损试验研究

在超深井、大斜度井、大位移井和水平井或狗腿度严重的井段和套管下入后的长期裸眼钻井过程中,经常会出现套管磨损问题,降低了油气井寿命甚至造成油气井报废。采用美国Maurer公司的全尺寸套管磨损试验机,在泥浆中加入不同加重剂——铁矿粉和重晶石、减摩剂,施加不同侧向力,对采用不同钻杆接头的套管进行了磨损试验,分析了不同情况下套管的磨损,并提出了预防套管磨损的措施。     

GXJM-1有机减磨剂的性能评价及现场应用

在大位移井、大斜度井、水平井以及狗腿度较大的深井钻井过程中,常常出现套管严重磨损的问题.给正常钻井完井作业带来极大困难,同时易降低油气井使用寿命,严重时还会导致油气井部分井段或整口油气井报废.针对这些突出问题,研制开发了一种新型的GXJM-1有机减磨剂,并建立其室内评价方法,开展了室内评价及现场应用.通过室内评价及现场应用表明,GXJM-1有机减磨剂使用方便,可实现对套管和钻井管柱的有效保护,一定程度上解决了川西北地区深井和超深井钻井过程中套管磨损的难题,同时也验证了所建立的室内评价方法与现场应用结果基本一致,可用于同类产品室内评价和质量检验.     

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油气井钻井过程中，由于钻具和套管相互摩擦，造成套管内壁磨损并引起磨损套管抗挤强度降低，直接后果是：降低油气井寿命，严重时将导致某段油气井报废或整口油气井报废。因此，套管柱设计尤其是水平井、大位移井、深井、超深井钻井必须考虑磨损对抗挤、抗内压强度的影响，而现有计算方法在计算磨损套管抗挤强度时通常忽略了制造缺陷对挤毁强度的影响，计算值与实测值差异较大。为此，文章研究了磨损套管的挤毁机理，认为计算磨损套管的抗挤强度应重点考虑磨损对抗挤强度的影响，同时考虑制造缺陷对套管抗挤强度的影响。基于此，文章进行了大量研究，应用叠加原理，建立了计算磨损套管抗挤强度的新算法。通过对此算法和其它算法的计算结果与试验数据比较分析表明，新算法优于其它算法并与试验数据更接近，能较好满足工程要求，为磨损套管柱设计提供了理论依据。     

深井和超深井套管磨损研究现状及发展趋势

在深井、超深井、大斜度井、大位移井及水平井钻井中,钻井时间延长,钻杆运动复杂,使其作用在套管上的侧向力增大,因此套管和钻柱的摩擦与磨损问题越来越突出。概述了近年来国内外深井、超深井套管磨损机理及预测技术的研究动态,讨论了套管磨损的机理及其影响因素,指明今后关于深井、超深井套管磨损研究的发展趋势。     

套管磨损防护技术应用研究

在大斜度井及大位移井钻井过程中,钻柱摩阻过大,常常导致送钻困难、顶驱能力超限、钻柱和套管磨损严重等复杂情况,给正常的钻井作业和完井作业带来很大困难。从套管磨损机理分析入手,研究了造成钻柱摩阻增大的主要因素。对各种方案和工具进行对比分析,重点阐述了几种用于减少钻柱摩阻的井下工具的工作原理及其使用条件,指出在大斜度井施工过程中使用减磨接头,能够大大降低钻柱的摩阻和扭矩。现场应用表明,在大斜度试验井施工作业过程中,使用井下减磨工具在钻井过程中可将钻柱扭矩降低10%~30%,减磨效果良好。井下防磨工具在防治大斜度井和大位移井套管磨损方面具有很好的效果和广阔的应用前景。     

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随着石油工业的不断发展，深井、超深井、水平井和大位移井越来越多，而这类井由于其自身的特殊性，在钻井过程中钻具在井中旋转及起下钻对套管内壁造成磨损，导致其抗挤强度、抗内压强度等使用性能降低，对油气井的安全构成威胁，因此，套管设计时应当考虑磨损对抗挤强度的降低问题。API Bul 5C3挤毁压力公式没有考虑磨损对套管抗挤强度的影响。章主要通过有限元法并辅以理论分析，深入研究套管内壁磨损对其抗挤毁性能的影响规律，分别详细比较“月牙形”磨损模型与偏心筒近似磨损模型、最小壁厚均匀磨损模型之间的差异，并从挤毁强度降低的机理上阐述导致这些差异的原因所在。     

非均匀套管磨损对套管强度的影响

在深井、大位移井钻井过程中，由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损，导致套管抗挤强度和抗内压强度降低，给安全钻井带来隐患。根据ISO 10400推荐的套管抗挤强度和抗内压强度计算模型，考虑磨损后套管壁厚不均度、内壁不圆度的影响，推导出了非均匀磨损套管抗挤强度和抗内压强度的计算模型，分析了套管磨损厚度对套管抗挤强度和抗内压强度的影响。计算结果表明，非均匀磨损套管的抗挤强度和抗内压强度降低百分比随套管磨损厚度的增加而增加；在相同的磨损厚度情况下，磨损后套管的抗挤强度比抗内压强度降低得更快；与磨损后CS 110T套管抗挤强度试验数据相比较，由理论计算出的非均匀套管磨损抗挤强度与实测值的相对误差在5%以内。该计算模型为深井、大位移井钻井过程中非均匀套管磨损提供了新的评价方法。     

几种泥浆加重剂的减磨性能研究

在钻超深井、大斜度井、大位移井及水平井的过程中，套管和钻柱的磨损是必须考虑的问题。对套管磨损过程进行应力分析知，最大剪应力是造成套管磨损的主要原因；套管的磨损主要是接触疲劳磨损和磨粒磨损共同作用的结果。针对现有的减磨措施．文章利用改进的ML-100型试验机．分析对比几种泥浆加重剂的减磨性能．在钻井液中加入活性减磨加重剂，以改善钻井液的润滑性能．可方便有效地降低套管与钻枉的磨损。     

套管磨损量及剩余强度预测技术研究

在水平井、大位移井、深井钻井过程中下技术套管之后还需长时间钻进,钻具会对套管产生较大的磨损,造成套管强度下降,因此,建立了套管磨损量及其剩余强度的预测模型,利用模型对XG1井进行了计算分析。结果表明,套管磨损会明显降低套管的剩余强度,应采取相应的防磨损措施。     

两种套管剩余强度计算方法的对比与应用

在深井、超深井的钻探过程中,套管磨损问题越来越突出,严重影响了钻井施工和后续的开发生产。以X井为对象,在分析套管磨损量的基础上,分别运用最小壁厚法和弹塑性有限元分析法对磨损套管的剩余强度进行了计算。计算分析表明,弹塑性有限元分析法计算的剩余抗内压和抗外挤强度比最小壁厚法的结果均稍大,且更贴近实际,该方法的计算结果对现场选择套管及采取防磨措施具有重要的指导意义。     

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。     

深井套管磨损几何力学模型及计算分析

在深井、超深井钻井过程中,套管磨损有可能导致套管封隔失效和油气井的早期报废.建立了深井钻杆与套管之间磨损模型,对深井套管磨损机理进行分析,研究钻杆本体与套管的接触情况,计算钻杆与套管之间的接触力.讨论了井眼曲率、套管钢级、钻杆轴向拉力、钻井时间对套管磨损的影响.应用所建的模型分析了不同因素对套管磨损厚度的影响,预测了深井套管磨损厚度.     

高效降摩减扭工具的研制及现场试验

针对冀东油田大斜度井、大位移井在钻井过程中存在的摩阻扭矩大和套管易磨损等问题,在分析国内外降摩减扭工具优缺点的基础上,设计了一种由分体式结构的橡胶外套、低阻耐磨陶瓷涂层轴套和主轴组成的高效降摩减扭工具。基于三维井眼中钻柱受力分析计算模型,结合常用钻杆抗拉强度、抗扭强度和顶驱钻机最大连续工作扭矩,确定了工具主轴的抗拉、抗扭技术参数;并根据井眼轨迹、钻机设备的施工能力和现场施工情况,确定高效降摩减扭工具的安装位置及数量。室内测试结果表明,工具主轴抗拉强度、抗扭强度满足现场钻井安全要求。高效降摩减扭工具在冀东油田5口水平位移均超过2 000.00 m的大斜度井进行了现场试验,结果表明,钻进时的扭矩平均降低15%以上,并减少了钻具对套管的磨损,取得了良好的应用效果。高效降摩减扭工具为降低大斜度井、大位移井钻井中的扭矩及保护套管提供了一种新的技术手段。      

套管漂浮技术在海洋钻井中的应用

套管漂浮技术主要应用于大位移延伸井和水平井中,它是在套管柱下部封闭一段空气或低密度钻井液,使套管柱在大井斜段处于漂浮状态,以降低下套管摩阻。主要介绍了套管漂浮工具的结构和工作原理以及漂浮技术在国内几个海洋油田钻大位移延伸井和水平井中的应用情况。     

南海西部地区异常高压气井套管防磨技术

南海西部地区高压区域分布广泛，高压井在各种工况下，内外压比常压井要高，对套管强度的要求更高。海上开发井主要采用定向井和水平井开发，套管磨损问题突出，加大了套管挤毁或破裂的风险。针对以上问题，通过不同磨损带磨损实验，得到不同工况下套管磨损系数，建立了考虑磨损的高压井套管强度校核方法。针对南海某D气田套管磨损问题，选取了井深最大的B井，根据其井身结构、井眼轨迹计算了钻井过程中钻具组合对套管的侧向力，评估了磨损对套管强度的影响。综合考虑钻井过程中磨损、抗内压和抗外挤安全系数，提出了基于磨损风险剖面和套管校核安全系数的配套防磨技术方案。该方案已经用于D气田的套管设计和招标采办中。     

南堡13-1706大位移井钻井技术

冀东油田南堡滩海油田受端岛面积限制，需要部署水平位移大于3 000 m的大位移井开发。针对大位移井钻井施工中存在摩阻扭矩大、轨迹控制难、循环泵压高、井眼清洁难度大、长裸眼井壁失稳、深部井段定向托压等技术难题，开展了人工端岛大位移井钻完井技术研究。通过对井眼轨道优化设计、装备升级改造，提升大位移井井眼延伸极限，利用Landmark软件对摩阻扭矩、钻井参数进行分析，研究了KCl抗高温钻井液复配新型固壁剂和封堵剂强化钻井液封堵能力及套管安全下入技术。采用井眼轨迹控制、降摩减扭、优化钻井液、套管安全下入等常规技术的优化和集成应用，成功实施了大位移井南堡13-1706井。该井完钻井深6 387 m，最大井斜83°，水平位移4 941 m，为水平位移大于4 500 m的大位移井钻井实践积累了经验，为加快南堡滩海中深层油藏的勘探开发提供了技术支持。     

渤海油田浅层大位移水平井钻井关键技术研究

渤海A油田浅层大位移井最大水垂比为2.98,突破了渤海湾水垂比的现有极限.其浅部地层疏松,井眼轨迹控制难度大,泥岩易水化膨胀,频繁出现倒划眼困难和下套管遇阻等复杂情况.针对以上问题,在定向井轨迹设计、大位移井安全钻井周期、井身结构优化、大位移井摩阻扭矩及钻井液性能等方面进行了技术研究.结果表明,采用大位移井均布设在外排...     

漂浮下套管技术在吉木萨尔页岩油水平井的应用

漂浮下套管技术主要应用于大位移井和水平井中,它是在套管柱下部封闭一段空气或低密度钻井液,以减轻整个管柱在钻井液中的重量,从而达到减小摩阻、将套管顺利下入的目的。2019年7月新疆油田公司在吉木萨尔页岩油区块进行了首次漂浮下套管技术实验,本文通过理论与实际结合的方法介绍了漂浮下套管技术原理,以及吉木萨尔页岩油J10028-H水平井的漂浮下套管技术方案、各项施工参数和附件的确定,及最后现场下套管、固井施工的作业情况。虽然最后该井由于井壁失稳垮塌造成套管最终没有下至预定位置,但不可否认的是,漂浮下套管技术仍然是大位移水平井及长水平段井下套管作业的有力保障。该井的漂浮下套管技术作业也为新疆油田后期大位移及类似长水平段井的下套管技术提供了现场经验参考。