分支水平井防砂管柱阻卡原因分析及对策

为了分析分支水平井完井防砂管柱在渤海油田出现阻卡复杂情况的原因,研究形成针对性的技术对策,结合X1H1井作业时出现的现象、作业参数及管柱下入模拟分析,深入剖析了X1H1井完井防砂管柱阻卡原因,并对工艺和工具进行了优化。分析结果认为:井深1 730.88 m阻卡为顶部封隔器卡瓦提前张开坐封造成了硬阻卡,同时井筒内可能有杂物和管柱间隙过小也是该次阻卡的原因;井深1 155.50 m阻卡主要是管柱间隙过小,导致顶部封隔器上规环或胶皮卡在了壁挂器缩径处。形成的针对性技术措施为:完井作业前增加1趟通井作业以保障井筒内通径;刮管洗井采用多功能井眼清洁器,优化洗井管柱,提高井眼清洁程度;将顶部封隔器外径由152.4 mm减小至147.3 mm,提高防砂管柱的通过性。提出的针对性技术对策可有效解决分支井管柱阻卡复杂情况,为分支水平井技术在渤海油田的推广应用提供了借鉴。     

实际井眼中的通井底部钻具组合评价与应用

通井作业是钻完井过程中不可或缺的工序,然而在工程实际中,套管遇阻复杂情况频频发生,暴露出现有通井作业方式的局限性,究其原因,现有的理想刚度匹配法设计的通井底部钻具组合无法反映实际井筒的空间弯曲特征和井筒约束这些重要特征,造成其通井效果不理想。文章基于弯曲变形能原理,考虑实际井眼轨迹、井径及底部钻具组合结构的影响,推导了实际井眼中管柱的弯曲变形能模型,基于实际井眼中通井底部钻具组合与套管弯曲变形能的计算,提出了基于等效刚度的评价方法。理论和现场应用结果表明,利用该方法可以快速评价所用通井底部钻具组合在实际井眼轨迹中的通井效果。     

基于水平井的修井作业组合管柱载荷模型研究

针对水平井水平段长度不断增加的情况,为了提高修井作业管柱的下入能力,现场采用管柱组合两种线重油管的方式下入进行修井作业,而组合管柱的下入能力主要取决于摩阻和钩载。以组合管柱为分析对象,充分考虑井眼轨迹、环空流体摩阻力、流体粘滞力、管柱在各井段受力特点以及井眼尺寸等因素的影响,分析组合管柱与井筒内壁之间的摩阻和钩载与管柱下入能力之间的关系,将水平井划分为4段,建立了组合管柱在水平井各段下入过程中与流体相互作用情况下载荷计算模型。运用插值法和迭代法开发了相应软件,实现了水平井修井作业组合管柱的载荷模型求解。对比软件计算结果与实测数据,钩载和摩阻的平均误差分别为7. 25%和9. 50%。计算结果表明,建立的载荷模型精度较高,完全能够满足工程需要,可为现场组合管柱修井作业提供技术参考。     

水平井完井管柱摩阻预测模型建立与下入性分析

水平井井眼轨迹复杂,完井管柱下入到弯曲段后将与井壁大面积接触,所受的摩擦阻力将大大增加,使完井管柱发生大的变形甚至屈曲变形以致不能顺利下入。为此,分析了水平井完井管柱下入过程中的受力情况,建立了管柱三维摩阻预测模型,根据建立的模型,利用VB语言编制了分析软件。分析软件对井眼数据采用三次样条插值法处理,并采用建立的摩阻计算模型求出完井管柱在下入过程中的总摩阻力。实例计算表明,建立的摩阻计算模型有较高的准确性,所开发的软件可用于大斜度井及水平井完井管柱的摩阻预测。     

油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

在油气井测试过程中,特别是高温高压气井、超深井、水平井的测试,测试管柱在轴向力、管内外压力、弯矩、扭矩及温度等因素的作用下,会形成复杂的应力和应变,有时会造成管柱断脱和屈服破坏。为此,开发了油气测试管柱力学分析与优化设计软件。该软件考虑井眼轨道、测试管柱结构、测试阀类型、井内外流体性能、管柱内外压力、管柱与井壁间的摩擦因数、管柱温度及地层温度,可计算出油气测试过程不同作业阶段管柱的受力状态,包含管柱的轴向拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性状态及伸长等参数,可以对多级管柱组合的各级长度进行优化。现场应用结果显示,软件的计算精度满足工程作业需要。     

疏松地层大位移井钻井液性能优化技术研究

大位移井钻井过程中普遍存在钻进扭矩高、井眼清洁差等问题,因此降低井筒摩阻,防止岩屑床堆积是实现大位移井安全作业的关键.渤海南部K油田勘探初期以浅层大位移井为主,相比常规大位移井具有地层泥质胶结疏松、钻井液滤失严重、岩屑产出量大等特征,进而导致井眼清洁、井壁失稳、井筒摩阻等问题进一步恶化.针对K油田开发难点,提出了强抑制...     

大斜度长稳斜井段钻井摩阻／扭矩分析、预测与控制

在大斜度长稳斜井段钻井作业中,钻柱的摩阻/扭矩分析、预测与控制对大斜度定向井整体作业的安全高效具有重要意义。本文对影响摩阻/扭矩的因素进行了分析,其中包括重力、摩阻系数、井眼轨迹、井壁岩石力学性质、岩屑床厚度、井眼缩径、井壁坍塌、泥饼厚度和压差等。结合井眼轨迹参数计算的最小曲率法,提出了计算三维井眼中钻柱轴向力/扭矩的计算模型,并提出了一套摩阻/扭矩预测方法,其中包括现场数据收集、摩阻系数反演和摩阻/扭矩预测。对摩阻/扭矩控制方法进行了系统的总结,其中包括钻井液性能、减扭接头、清除岩屑床接头、钻杆、底部钻具组合、钻头和作业措施。最后结合江汉油田的工程实例,对本文所述方法进行了验证性应用,结果表明本文方法对工程的实施具有很好的指导作用。     

井下振动减摩技术研究进展

在大位移井、水平井中,无论是常规管柱还是连续管作业时,由于管柱与井壁接触面大、管柱不旋转等因素,管柱与井壁之间摩阻都很大。井下振动减摩技术利用流体能量通过一定方式使管柱产生振动,从而减小管柱与井壁之间的摩擦力,增加钻头的有效钻压,提高机械钻速,延伸管柱入井位移,可有效降低油田开发成本。介绍了连续管减摩器、声波流动脉冲方法和装置、轴向振荡发生器、降摩阻短节、井下振动减摩器以及水力振动减摩加压器等国内外各种井下振动减摩技术和装置,包括原理、结构设计、特性研究以及现场应用等方面。随着我国复杂结构井的钻井和后续作业陆续出现管柱与井壁摩阻大的问题,对减摩技术的需求也越来越多,井下振动减摩技术发展前景广阔。     

倾斜井筒岩屑运移实验研究评述

石油钻井作业中井筒岩屑运移影响钻井花费、时间及成井质量。随着定向井、水平井及大位移井等复杂结构井的广泛应用,倾斜及水平段井筒岩屑运移问题已经成为钻井作业中亟待解决的问题。钻井过程中井眼清洁不充分易引起一系列问题,例如卡管柱、高扭矩和摩阻压耗等。笔者对岩屑运移实验研究进行综述,介绍了岩屑运移实验研究目的、影响因素分类和实验观察流型,总结了实验中主要研究因素对岩屑运移的影响规律。在此 基础上总结目前实验尚未完善之处,提出了下步实验的研究趋势。     

张海39-39Z分支井钻井液技术

张海39-39Z分支井是大港油田第一口真正意上的四级分支井。根据该地区地层特性,综合考虑该井的井身结构、工艺特点、分支井眼工序复杂、保护油气层以及环境保护对钻井液的要求等,结合以往该地区钻井所用钻井液体系应用效果及其现场技术,张海39-39Z分支井在主井眼一开浅地层采用膨润土-聚合物钻井液钻进,二开明化镇组采用聚合物钻井液、进入馆陶组转化为硅基防塌钻井液钻进,主井眼三开及分支井眼均采用有机盐钻井液钻进,较好地满足了分支井不同阶段钻井与其它作业施工要求,钻井液性能稳定,效果明显。该井以合理的流变性能解决了井眼净化问题,以控制合理的有机盐含量和膨润土含量保证了钻井液抑制性、稳定性问题,运用合理的钻井液密度等解决了井壁稳定问题,为今后采用常规钻井液体系及其现场技术完成类似分支井作业提供了借鉴意义。      

超深水平井尾管悬挂器下部环空压力预测及其应用

超深水平井多封隔器分段改造作业过程中,井筒温度下降造成尾管悬挂封隔器下部环空压力下降,易造成尾管悬挂封隔器、下部分段改造封隔器和油管柱失效。针对典型分段改造水平井井身结构,开展分段改造过程中尾管悬挂封隔器下部环空压力变化的影响因素和潜在后果分析,综合考虑油管柱鼓胀效应引起的环空体积变化、井筒压力温度变化引起的环空流体体积变化和井筒温度变化引起的油管柱体积变化对尾管悬挂封隔器下部环空压力的影响,建立了尾管悬挂封隔器下部环空压力变化预测模型。以塔里木油田一口超深水平井为例,开展了分段改造过程中尾管悬挂封隔器下部环空压力预测,并在此基础上开展了封隔器和改造管柱力学分析。分析结果表明:超深水平井分段改造过程中,由于井筒温度场急剧下降,尾管悬挂封隔器下部环空压力相对坐封工况将发生大幅下降,从而给改造管柱和封隔器带来非常大的失效风险,超深水平井分段改造管柱设计过程中必须充分考虑该因素。     

定向井有杆抽油系统诊断力学模型

根据定向井中抽油杆柱的实际工作状态,综合考虑了抽油杆柱刚度、油液粘滞阻力、村眨之间库仑摩擦力、井眼轨迹等因素的影响,从空间曲杆受力和力矩平衡原理出发,应用微元矢量分析理论,建立了定向井吸杆抽油系统诊断力学模型。     

天然气斜井携液临界流量预测方法

目前,广泛应用的天然气井携液临界流量计算模型是建立在直井基础之上的,没有考虑井斜角对携液的影响。但是,随着定向井和水平井的日益增多,现有直井计算模型已经不能准确预测斜井的携液临界流量。为解决这个问题,以Turner计算模型为研究基础,同时考虑井斜角的影响,根据球形液滴的受力条件,认为其在斜井井筒运动过程中不会一直沿井筒中心线上升,而是慢慢运移至油管壁,最终沿管壁向上方滑动。依据牛顿摩擦定律,计算出管壁对液滴的摩擦力,重新建立液滴受力模型,提出了斜井携液临界流量预测模型。最后,在Turner模型的基础上,推导出了修正系数表,认为修正系数与摩擦系数和井斜角有关。通过现场实例应用,计算结果表明该计算方法具有较高的精度。     

异常高压特高产气井井下管柱力学分析

对异常高压、特高产气井完井及生产过程中的管柱受力进行分析,是确保气井长期安全生产的重要课题之一。现有的管柱力学计算方法基本是建立在Lubinski模型的基础上,只能分析、计算封隔器坐封好后由于温度、压力的改变而产生的温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋弯曲效应,而对于封隔器坐封前后管柱受力的变化、浮力的转移、生产过程中气体的粘滞力则没有现成的计算模型。文章通过将管柱受力分解为管柱入井、假定工况不变且无位移情况下的封隔器坐封以及工况改变且有位移时的封隔器坐封三步,在逐步推理的过程中分析了克拉2气田3口异常高压、特高产气井在完井过程中的管柱受力问题,对封隔器坐封前后浮力的转移、坐封过程管柱受力的变化进行了分析计算。并且采用新方法对生产过程中气体的粘滞力进行计算,最终给出了针对异常高压、特高产气井完井及生产的安全建议。     

定向井有杆抽油系统抽汲参数的优化设计和仿真模型

综合分析了复杂结构定向井井眼轨迹、杆管间摩擦力、抽油机悬点运动规律、抽油泵气体影响或供液不足的井下实际边界条件对抽油杆柱轴向振动的影响,建立了定向井抽油杆柱轴向振动仿真模型,利用该模型实现了悬点与泵示功图的自动快速仿真。根据仿真示功图,建立了定向井有杆抽油系统效率的仿真模型。系统分析了定向井井眼轨道对杆管摩擦力、摩擦功率及系统效率的影响。综合考虑油井产能协调、油井配产、抽油机承载能力、抽油杆柱强度与电动机功率利用率等约束条件,以系统效率最高为目标函数,提出了定向井抽汲参数优化设计的计算机仿真方法,开发了定向井有杆抽油系统抽汲参数优化设计的计算机软件。现场试验结果表明,该软件系统具有较高的仿真精度。     

管柱螺旋屈曲时接触压力的研究

在油井生产过程中管柱会受到各种载荷.管柱在轴向力作用时,在有外管壁或井壁约束的情况下,内管柱与外管壁或井壁间会产生接触压力,并可能发生螺旋屈曲,严重时会导致管柱失效.文中综述了一些学者的典型接触压力计算式,发现不同计算式间的计算结果差异很大.根据工程应用中的需要,进行了理论推导并首次对该问题作了实验检测,给出了三维光弹性应力冻结法的实验结果,探讨了管柱在屈曲时接触压力分布规律的三个阶段和工程应用的更接近实际的计算公式.在此基础上对前人所发表的不同接触压力表达式进行分析和探讨.为研究管柱屈曲时的受力情况和工程应用提供了理论与实验依据.     

油管柱在套管中的屈曲行为试验研究

油管柱在套管中的屈曲行为对油气生产有重要影响。依据相似理论,采用1:10的比例尺以缩小的油管、套管模型进行了3组试验,安装分别为:①油管和套管上下同心; ②油管上部偏心2.5 mm; ③油管上下都朝同一个方向偏心2.5 mm。每次试验时都在油管的一端连续施加轴向载荷,测试油管另一端的轴向载荷。分析不同条件下摩擦力的变化,研究结果表明:管柱受压屈曲会导致摩擦力增大; 管柱相对套管的偏心对轴向力的分布影响很小; 证明了管柱力学分析理论中轴向力计算时油管与套管同心的假设是合理的。     

水平井打捞作业管柱轴向力计算模型修正

为了提高水平井打捞作业管柱轴向力传递的计算准确度,准确控制鱼顶解卡力,对管柱受力计算的软管模型进行了修正。采用集中力和均布力简支梁模型,计算出管柱通过弯曲段的支反力,进而计算出管柱刚性造成的附加摩擦力。修正模型考虑了弯曲段管柱的刚性对管柱受力的影响,更加符合管柱的特性和实际受力情况。采用软管模型和修正模型对实例井管柱受力进行了计算分析。     

基于典型示功图的抽油机井杆管偏磨诊断

目前国内各大油田已进入开发中后期,杆管偏磨现象严重。杆管偏磨受多种因素影响,主要包括井眼轨迹、抽油杆失稳弯曲、腐蚀结垢、沉没度、油井出砂和结蜡等。在对杆管偏磨机理以及受力分析的基础上,通过对典型示功图中的泵充不满、出砂、结蜡、油稠等因素以及杆管摩擦载荷值大小的综合分析,达到抽油机井杆管偏磨诊断的目的。     

有杆泵油润滑防偏磨技术的研究与应用

针对胜坨油田特高含水开发后期 ,抽油机井杆管偏磨、腐蚀加剧等问题 ,研究开发出空心杆油润滑防偏磨技术。其防偏磨工艺中 ,油管和空心杆之间是一充满原油的密闭腔室 ,杆管不会受到采出携砂液的冲蚀 ,其原油能减轻杆管间的摩擦 ,抑制电化学腐蚀的发生。该技术工艺对油井偏磨的治理由过去“抗”偏磨 ,彻底转变到防偏磨 ,对老油田延长油井生产周期 ,提高油田开发经济效益具有积极意义