中深层水平井套管磨损预测与分析技术

在钻井过程中,对一些复杂井的套管磨损进行预测以及对套管采取防磨措施尤为重要。鉴于此,以2口中深层复杂井为例,对套管的磨损情况进行了预测,通过仪器对套管实际磨损情况进行测量,将预测套管磨损情况和实际套管磨损情况进行了对比,并分析了原因。分析结果表明:利用套管磨损预测模型对复杂结构井实行磨损预测,能够真实直观地预测套管磨损情况;钻井周期、起下钻次数及纯钻时间等施工因素对套管磨损起着决定性作用,缩短施工周期、减少起下钻次数、提高机械钻速及缩短纯钻时间能够有效降低套管磨损量;套管防磨接头对于降低套管磨损具有重要作用。所得结论可为后续的复杂井施工套管磨损预测和防磨提供参考。     

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。     

非旋转钻杆保护器的应用

钻柱扭矩过高和套管员过多是大位移井的严重问题之一。为解决此问题，西江２４－３－Ａ１４井采用了非旋转钻杆保护器，非旋转钻杆保护器自由旋转式固定在钻杆上，相地于钻中自由旋转，而相对于套管内是不转或几乎不转。该保护器可降低钻柱的扭矩和防止套管的严重磨损。介绍了该保护器的结构、原理、安装方法，使用范围及局限性，通过西江２４－３－Ａ１４井φ３１１ｎｍ井眼段的实际应用表明，非旋转钻杆保护器的效果非常显著。     

套管双效防磨技术在川西深井X202井的应用

针对常规防磨接头存在防磨套刚性强易磨损套管、镶嵌防磨套易脱落造成井下故障及安放位置难以确定的缺点,提出采用非金属防磨接头配合钻井液用耐磨减磨剂的双效防磨技术,非金属防磨接头耐磨且对套管磨损小,耐磨减磨剂入井后能够迅速吸附在钻具和套管表面形成高强度低摩阻有机耐磨层。利用计算出的套管内钻柱侧向载荷及现场测出的接头流阻增加值,确定入井防磨接头的数量和位置,根据耐磨减磨剂与钻井液相容性试验结果确定其加量。在X202井的现场试验表明,非金属防磨接头入井连续使用时间超过500 h,平均磨损率仅6.5%,平均返出铁屑量从124.64 g/h降至78.00 g/h,减磨效果显著。研究表明,采取双效防磨措施减缓深井套管磨损具有可行性,为深井、定向井和水平井钻井过程中的套管和钻具防磨提供了新的技术支持。      

沙84井技术套管破损原因分析及处理

沙84井四开井段钻遇复杂地层,钻井周期长,多次起下钻,造成技术套管磨损.由于五开井段钻井液密度一次降低幅度过大,导致技术套管破损.经过磨铣,建立了通径,通过回接一段φ177.8mm套管,封隔了技术套管破损井段,保证了五开钻井作业的顺利完成.     

复合模式下套管磨损形状与深度计算模型

随着钻井面临的客观条件更加复杂,套管磨损问题日益突出,对安全高效钻井造成严重威胁。现场实测数据表明,某些井段的套管上存在多个磨损区域,磨损区域呈现复合磨损模式,磨损形状的复杂性超出了常规模型的适用范围。在前人工作基础上,利用套管截面空间离散化和钻井过程时间离散化将复杂问题分解为一系列简单问题的组合;引入套管磨损过程的独立控制变量,建立了磨损深度和形状增量的计算模型,给出了套管磨损问题求解的具体步骤以及磨损系数反演方法;最后将理论模型应用到大位移井中。研究结果表明,套管磨损形状并不是总是单月牙形,而是呈现多月牙重叠、交叉和分离的复合模式。不同磨损模式是由不同原因造成的,重叠的原因是磨损外径变化,交叉的原因是磨损位置小幅度偏移,分离的原因是磨损位置大偏离。造斜段套管截面上存在多个磨损区域且磨损深度最大,套管失效风险也最大,是采取防磨措施的关键井段。安装防磨接头的效果最佳,推荐1个立柱安装1个防磨接头,降低磨损系数次之,调整钻井参数的效果最差。     

复合磨损对弯曲套管抗挤强度的影响

在大位移井、水平井和三维定向井的弯曲造斜段,由于井眼轨迹复杂,造成套管弯曲变形、扁化、严重磨损或磨穿,井下摩阻扭矩过高导致卡钻和断钻具等井下事故频发,出现了许多新的套管损坏问题。鉴于此,建立了弯曲套管力学模型,发现随着套管弯曲曲率增加,截面扁化程度加剧,套管抗挤强度降低。同时分析了复合磨损对套管抗挤强度的影响;在单尺寸月牙磨损理论假设的基础上,根据参与磨损的钻杆接头尺寸不同,建立了复合锐进型月牙磨损和复合钝进型月牙磨损两种几何模型;采用解析法计算了复合磨损情况下套管的抗挤强度;通过有限元模拟验证,发现在相同磨损深度下,复合月牙磨损与最小磨损半径单月牙磨损的套管抗挤强度十分接近,最大误差控制在5%以内,且误差随磨损深度的增加而减小。研究结果可为复杂井井眼轨迹设计提供参考。     

Hydril500系列楔型螺纹接头

在大位移井中应用楔型螺纹工具接头 :楔型螺纹钻杆工具接头 ,由于异常扭矩和大内径的很好的结合 ,用来钻常规钻杆不能钻的井。水平井套管和衬管 :在大多数半径中等和半径较长的水平井中 ,5 2 1型、 5 11型和 5 6 3型套管为作业者提供了旋转时必要的弯曲应力和扭矩。钻下部的衬管 :作业者钻掉衬管 ,利用 5 11型和 5 2 1型接头的极大的扭矩和弯曲时的旋转能力在斜井和水平井中钻进。短半径工作管柱 :在无磁钻铤和中等直径的油管上使用泥浆马达 ,为了在短半径井中的造斜点以下钻井时减少钻柱的损坏 ,使用 5 33型和 5 31型。作业者和生产商选择…     

我国滩海地区应加快发展大位移井钻井技术

介绍了六位移井的定义、用途,大位移井用于海上、滩海等地区,可节省建人工岛、修堤等费用。大位移井在美国加利福尼亚、欧洲北海等地效果显著。介绍了大位移井的关键技术:减少扭力与阻力、设计抗高扭矩的钻柱、保持井眼稳定与井眼净化、下套管与减少套管磨损等。着重强调,滩海地区应尽快采用大位移井钻并技术,以加快我国滩海地区的勘探开发速度。     

非均匀地应力条件下磨损位置对套管应力的影响研究

深井、超深井、大斜度井、大位移井等高难度井逐渐普及，其钻柱工作时间的延长以及井眼轨迹的变化使得套管磨损问题日益突出，而磨损位置的不同会对套管强度降低的程度产生重要影响。为此，文章在充分考虑地应力非均匀性的基础上，建立了磨损后套管应力计算的有限元模型。计算结果表明，当磨损位置处于最小地应力方位时，磨损带来的套管应力增加和地应力非均匀性导致的套管应力非均匀分布得到了叠加，是最危险的情况。由于套管磨损位置带有一定的随机性，因此在设计套管强度时，应以磨损位置处于最小地应力方位为基准才是安全的。     

分体轴承式减扭防磨工具设计与安全性分析

在大位移井和狗腿度超标的深直井中,钻柱接头或本体与套管或岩石产生摩擦与碰撞,钻柱承受大的摩擦扭矩,长时间工作后钻柱局部壁厚减薄而导致钻具断裂失效,套管也会发生过量磨损,降低油井寿命。为解决该问题,设计了一种销栓连接分体轴承式减扭防磨工具,工具的轴承及复合套可分别减少扭转和轴向的摩擦阻力,且可吸收横向振动。对φ139.7 mm(51/2英寸)规格工具的主要承载件及易损件进行了安全性分析。结果表明,本体、钢球和螺栓工作安全性高,该工具可用于大位移井和深直井的钻井作业。     

套管偏磨曲率对其抗挤毁强度影响的有限元分析

随着油田开采的不断深入,应用于深井、超深井的套管经常发生偏磨现象。套管偏磨降低了其使用性能,尤其降低了其抗挤毁能力,使石油套管经常因偏磨而损坏,严重影响了原油的正常生产。文章主要运用有限元软件,研究了不同钻杆直径造成的套管偏磨对套管抗挤毁能力的影响。结果表明,随着钻杆直径增大,偏磨区域增大,但偏磨区域曲率变小。其综合影响是偏磨“月牙形”的曲率对套管的挤毁能力影响很小,而偏磨深度对套管的挤毁压力影响很大,因此实际钻井时,钻杆直径对套管抗挤强度的影响可以给以较少的考虑。     

油井钻杆-套管摩擦磨损试验机的研制

随着定向井、水平井、深井所占的比例增大,造成钻杆与套管磨损严重,摩擦阻力大,甚至发生卡钻事故,因此对钻杆与套管的摩擦磨损试验研究提出了更高要求,而插销式试验机不能有效地模拟现场工况,为此,研制了MZM—500型油井钻杆-套管摩擦磨损试验机。通过选择钻杆、套管、钻井液、温度等参数的不同组合对钻杆外壁沿套管内壁的摩擦旋转进行了有效模拟,该机能够实时显示正压力、摩擦因数、磨损量、温度等试验数据。应用表明,该机工作平稳、振动小、转速恒定,与设定值相同,钻井液温度与温度调控系统一致,取得了良好的试验效果。     

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.     

水平井套管磨损规律及防磨优化研究

在水平井钻井过程中,受造斜段井眼曲率大、水平段钻具受重力影响躺在井眼底边等原因,技术套管磨损问题极为突出,井筒完整性存在极大的隐患,对水平井套管磨损及剩余强度的分析展开系统性的研究是非常有必要的。文章采用套管磨损实验和套管磨损效率预测模型相结合的方法,对技术套管的磨损厚度、磨损系数、磨损后套管的剩余强度进行了研究分析,得到了在水平井磨损系数为1.52×10^-13/pa^-1、井眼曲率在（2～6）°/30 m时的套管磨损厚度、磨损后套管的剩余抗内压强度和剩余抗外挤强度,并对磨损后套管剩余强度进行安全评价。随后从井眼轨迹优化、套管内径及钻杆接头耐磨带选择等出发,总结出水平井技术套管防磨优化建议。此项研究结果对水平井技术套管防磨设计及防磨措施具有指导意义。     

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。     

塔里木油田井口偏心对套管偏磨的影响

井架不正或井口偏心，会造成近井口套管（或套管防磨套）的磨损。针对深井钻井中的井口附件套管偏磨问题，以动力学为基础，建立了钻柱偏磨力学模型，推导出了套管/钻柱正压力的近似计算公式，分析了影响偏磨的主要因素。计算结果表明，有效偏心距和上部钻柱的提升力是影响近井口套管偏磨的主要因素。有效偏心距越大，上部提升力越大，套管/钻柱之间的正压力将越大，磨损将越严重。由于上部钻柱的提升力随井深的增加而增加，因此应当尽量避免井口偏心或井架安装不正，防止有效偏心距过大而造成近井口套管的严重偏磨。     

钻杆防磨技术的现状和发展

在深井超深井勘探过程中，由于径向力、涡动、横向振动等因素的存在，随着钻井时间的增长，钻柱作用于套管内壁的侧向力增大，导致套管磨损的问题越来越严重。介绍了近年来钻杆防磨技术的发展，主要从钻杆接头表面处理和钻杆保护器2方面来研究防磨减磨措施的现状和发展。