东方13-1 高温高压气田全寿命多级屏障井筒完整性设计

东方13-1 气田目的层温度高达141℃,压力系数1.90~1.94 g/cm3,天然气中CO2 含量14.63%~50.04%,属高温高压高含CO2 天然气藏,实际开发中极易造成固井窜槽、油套管强度下降及腐蚀失效,给井筒安全造成隐患。为此设计采用了具有防漏、防窜、防腐蚀、防应变、防温变功能的“5 防”树脂水泥浆体系及油气响应型自修复水泥浆体系,实现全井段水泥封固;并提出了“尾管树脂水泥浆+ 尾管顶部封隔器+ 回接插入密封+ 回接管柱顶部封隔器+ 自修复水泥固井+ 树脂水泥固井”六级屏障设计技术,形成多级屏障的安全系统。现场应用结果表明,东方13-1 气田各生产井?177.8 mm 尾管及回接段固井质量优良, 而且从投产至今,各生产井井口压力监测均未发现有环空带压问题。该套技术可以有效封固高温高压高含CO2 产层,保障从钻完井至后期开发生产整个周期过程中的井筒完整性,降低了环空带压风险。     

莺歌海盆地东方13-1气田高温高压尾管固井技术

为解决莺歌海盆地东方13-1气田小井眼尾管固井时存在的气窜和CO2腐蚀问题,研发了高密度高效清洗液和新型抗高温高密度水泥浆,并采用旋转尾管固井工艺,形成了高温高压气井尾管固井技术。抗高温高密度水泥浆配方中引入了胶乳颗粒、非渗透剂、超细填充颗粒及膨胀剂,有效改善了水泥浆的非渗透性和抗CO2腐蚀性,并采用颗粒级配技术提高了其稳定性。室内试验表明,密度2.20 g/cm3的水泥浆可抗160℃高温,24 h抗压强度为15.1 MPa,防气窜系数为0.59。该固井技术在南海东方13-1气田6口开发井固井中进行了现场应用,水泥胶结测井结果表明,高压气层及重叠段固井质量优良率100%,生产期间气井井口无异常带压情况,应用效果良好。研究与应用表明,高温高压气井尾管固井技术能够满足莺歌海盆地东方13-1气田高温高压开发井尾管固井的需求。      

莺琼盆地抗高温高密度水基钻井液

莺琼盆地地温梯度高,压力系数大,安全密度窗口窄,抗高温高密度钻井液技术是其高温高压地层钻井面临的主要技术难题之一。对该区块现用水基钻井液进行性能分析,通过对钻井液性能进行优化,构建了莺琼盆地高温高压段水基钻井液。该钻井液体系在200℃热滚16 h后的黏度为39 mPa·s,动切力为7 Pa,高温高压（200℃、3 MPa）沉降因子为0.512,高温高压滤失量为8.6 mL,高温高压砂床滤失量为14.4 mL,在4 MPa被CO₂污染后黏度为43 mPa·s,动切力为9 Pa,API滤失量为4.5 mL,高温高压滤失量为13.6 mL。研究结果表明,该体系的流变性、沉降稳定性、高温高压滤失性、封堵性及抗酸性气体CO₂污染性能均优于莺琼盆地现有高温高压段水基钻井液体系。      

CO2注采井油管柱服役安全状态评价方法

针对CO₂注采井油管柱因腐蚀失效而频繁更换的问题,研究了适用于CO₂注采井井筒环境的CO₂腐蚀速率预测模型及管柱力学分析方法,分析讨论了CO₂注采井工况、产出液含水率等因素随时间的变化对CO₂注采井油管柱腐蚀速率及承受载荷的影响,结合管柱腐蚀剩余强度计算方法,建立了CO₂注采井油管柱服役安全状态评价方法,并进行了实例计算和比较。结果表明,针对CO₂注采井油管柱腐蚀预测,DW-95模型有较好的适用性,生产阶段为CO₂注采井腐蚀发生主要阶段及安全状态评价的主要对象;管柱安全服役时间与其腐蚀速率及承受载荷呈负相关,且管柱抗压安全服役时间为管柱最小安全服役时间,是安全状态评价的主要依据,以此为标准可确定管柱更换周期,优化CO₂注采井吞吐周期,指导现场安全生产。     

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。     

深水油气井非稳态测试环空压力预测模型

为了解决深水油气井测试时各环空压力上升而破坏井筒完整性的问题,针对气井测试的短期非稳态过程,建立了井筒非稳态传热模型;然后,根据流体等压膨胀系数、等温压缩系数与密度的函数关系,建立考虑流体性质非线性变化的环空压力预测模型;在此基础上,以南海西部某深水高温高压气井为例,采用所建立的模型预测了不同测试制度下的环空温度与压力,根据最小安全系数对井筒管柱强度进行校核,进而确定井筒各环空最大允许压力,并且绘制出不同测试制度下的安全诊断图版。研究结果表明：①环空温度随着测试产量和测试时间的增加而升高,但井口和井底的温度差减小,在同一测试产量和测试时间下,环空2温度始终高于环空3,并且环空之间的温度差较大;②环空2、3的压力随着测试产量和测试时间的增加而升高,但上升的趋势变缓,并且在同一测试产量和测试时间条件下,环空2的压力大于环空3;③若不考虑流体性质非线性变化的影响,将会低估环空压力值,并且随着测试产量和测试时间增加,相对误差会继续增大;④随着测试产量和时间的增加,环空2的压力值会率先超过环空最大允许压力,因而在深水高温高压井测试作业中应重点关注不同测试制度下环空2的压力变化情况。结论认为,基于所绘制的诊断图版,可以方便、快捷地判断深水气井测试制度的设计是否合理,最大限度地保证测试过程中的井筒完整性。     

南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术

针对南海莺歌海盆地中深层高温高压气藏水平井钻井中高密度钻井液流变性难以调控、大斜度井段套管磨损严重、摩阻扭矩大、钻具负荷大及大斜度井固井质量难以保证等问题,从保障钻井安全和提高钻井时效出发,进行了井身结构设计和抗高温高密度油基钻井液技术、钻井液微米级重晶石加重技术、高密度油基钻井液滤饼冲洗技术、高温高压含CO₂气井套管材质优选、高温高压水平井段安全钻进等方面的技术研究,形成了南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术。现场应用表明,该技术可以有效保障安全高效钻井和提高固井质量,应用井投产后清喷产能比预期高30%。水平井钻井关键技术为南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井提供了技术保障,也可在同类条件同类型井钻井中推广应用。      

金属二次切削残余应力的有限元分析

残余应力是影响构件表面完整性的重要因素,合理分析和研究连续切削状态下构件表面的残余应力,对现实生产有很大的指导意义。本文通过建立二次切削有限元模型,将一次切削完成以后的应力、应变场作为初始边界条件加载到二次切削过程中,运用可靠的材料模型及切屑分离手段,合理施加位移和速度边界条件,对金属二次切削过程进行数值模拟,得出了不同切削次序、切削深度和刀尖圆角半径对工件表面残余应力的影响规律。这对进一步研究连续切削过程及机械加工的表面完整性具有较高的参考价值。     

多因子长时序信息联合建模的深度卷积卡钻事故预测

为充分运用钻井监测平台多个监测因子的长时序信息, 实现海上石油钻井卡钻事故的准确预测, 提出一种多因子长时序信息联合建模的深度卷积卡钻预测方法(CNN-MFT), 利用自注意力机制结合卷积网络对多个监测因子的时序信息进行联合建模, 同时考虑当前时刻各因子的具体值的信息以及各因子的历史时序信息, 实现准确的卡钻预测. 使用海上钻井平台实际监测数据开展验证对比, 与目前常用的基于随机森林(RF)、SVM等8种卡钻预测方法相比, 所提的CNN-MFT方法在50%和70%等不同训练样本比例的条件下, 其卡钻事故预测准确率最高, 且稳定性强, 可为海上石油事故预测应用提供关键算法支撑.     

服役工况及喷丸强化对航空齿轮钢接触疲劳性能的影响

目的 针对不同服役工况和表面处理下航空齿轮钢接触疲劳性能不明确的问题,探究不同工况参数及喷丸强化对AISI 9310航空齿轮钢接触疲劳性能的影响。方法 基于双圆盘滚动接触疲劳试验台,对AISI 9310航空齿轮钢圆盘滚子试件在2种接触应力、3种滑差率的服役工况,以及渗碳磨削、喷丸强化2种工艺下开展滚动接触疲劳性能研究。使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度仪对喷丸强化前后的表面形貌、残余应力和显微硬度进行表征,探究喷丸处理后的表面完整性与滚动接触疲劳性能之间的规律。结果 当接触应力由2.5 GPa增至3.0 GPa时,AISI 9310试件的滚动接触疲劳寿命降低了64.7%;当滑差率由10%增至20%、30%时,试件的滚动接触疲劳寿命分别下降了18.9%和42.8%,同时寿命分散性有所降低。此外,研究发现喷丸强化使试件表面残余压应力提升了104.3%,并形成了残余压应力层,表面显微硬度提升了4.8%,同时使试件的沟壑状刀痕转变为凹凸不平的弹坑,表面性状宽高比提升至0.931 0,更有利于润滑油的储存,从而使得试件的滚动接触疲劳寿命提升了87.8%。结论 获取了不同接触应力、滑差率和...