水平井弯曲段套管下入可行性分析

根据弹塑性理论,应用数值仿真技术建立了套管下入水平井弯曲段的有限元模型;分析了套管在不同曲率、不同井眼扩眼率以及不同载荷情况下的变形、应力及下入位移的变化情况;揭示了φ177.8 mm套管在φ216 mm水平井弯曲段的下入规律及井眼参数对套管下入性的影响。对在水平井内安全下入套管具有指导意义。     

为刚度组合套管柱弯曲变形计算

利用弹性变形原理和研究方法，对不同钢级、壁厚的变刚度组合套管柱的弯曲变形计算进行了研究。三角级数的表达工，导出挠风变形方程及计算方法。在变刚度条件下，套管挠度与变刚度系数β成反比，在两支点间距为常数情况下，仅与惯性矩Ｉ成反比。实例计算表明，在变刚度组合套管柱中，变刚度引起的挠度计算误差不能忽略，与传统的不变刚度计算方法相比，相对误差在３５－４５％之间。应用本文的级数方程和能量方法，可迅速计算变刚度     

中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形，有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况，采用三维实体单元，运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型，分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值，并分析其随井眼曲率的变化规律。计算表明，井眼曲率增大，弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大；同一井眼曲率下，外径较大的套管，径向变形和应力也较大。通过研究，对高井眼曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。     

水平井套管柱下入摩阻三维壳单元有限元分析

水平井固井中，下套管时套管柱会与井壁大面积接触，由于井眼曲线是不规则的空间曲线，套管柱细长而柔性大，无法进行精确解析分析。为此，采用三维壳单元有限单元法，并考虑几何非线性大位移，解决了套管柱与井壁的接触问题，较精确地求出了套管柱各部位的应力和位移，可有效地确定扶正器合理位置。从绘制的变形图和应力分布图中可清楚看到管柱的变形和应力分布状态。     

水平井井眼轨迹及套管初弯曲的计算

本文用数据拟合、三次样条和数值积分的方法模拟水平井井眼轨迹曲线,为有限元分析提供条件,同时用解三弯矩方程计算水平井中套管初弯曲的内力。通过算例分析说明,本文所述的计算方法可行,而且可靠,对指导钻井工作具有实用意义。     

水平井下套管过程中套管与井壁接触状态有限元分析

针对水平井套管下入过程中的摩阻问题,使用有限元数值模拟计算方法,分析了二维平面状态下套管下入过程中与井壁的接触情况。结果表明,套管下入过程中与井筒内表面并非均匀接触,接触压力(摩擦力)较大区域主要是在造斜段,包括造斜段起始、中间及结束点附近,直水平段与井壁接触压力分布较均匀,管端部位的接触压力大于其他部位的接触压力。     

水平井内套管柱下入过程的数值模拟

利用有限元软件建立了水平井中弯曲井眼段套管柱下入的力学模型,动态模拟了水平井眼造斜段内套管柱的下入过程,并对套管柱在下入过程中的受力情况进行了分析。结果表明,套管柱进入弯曲段后,最大等效应力首先发生在套管柱的底部,随着套管柱下入深度的增加,套管上的等效应力值不断变化,同时套管柱在下入过程中会发生塑性变形。下入过程中,由于套管的弯曲和阻力作用会促使套管与井壁呈交错接触状态。大曲率井眼中管柱下井所需的下入力比小曲率井中所需的下入力要大,这与实际的管柱下入过程相吻合。井眼的摩阻条件对套管的安全下入有较大影响,光滑的井眼条件产生的摩阻力更小,更加有利于套管柱的下入。     

定向井和水平井套管柱的优化设计

为了满足定向井和水平井套管设计的要求 ,在综合分析套管设计理论和方法的基础上 ,通过对套管柱载荷的计算 ,建立了其优化设计模型 ,利用数据库技术 ,研制出套管柱优化设计软件 ,并通过计算实例给出了软件的操作过程。软件界面友好 ,操作简单 ,功能齐全 ,设计者在进行套管设计时 ,只需输入设计所需基本参数 ,按界面提示操作即可完成全部设计工作 ,便于现场实际推广应用。     

水平井套管挠曲变形计算

应用能量守恒定律将具有初弯曲的水平井套管柱转化为直管柱，从而简化了套管柱挠曲变形的计算。讨论了相邻两扶正器问套管的力学模型，指出在铰支处应加上弯矩的作用。由此模型可得到水平井套管最大挠度的计算公式。     

侧钻水平井膨胀套管完井新技术

针对侧钻水平井完井过程中存在固井质量差、井筒内径过小、后续作业困难等问题,开发了侧钻水平井膨胀套管完井新技术。该技术能够有效扩大生产套管内径,具有完井管柱坐挂和封隔2种功能。地面试验表明,膨胀套管完井管柱工艺设计合理,可以解决常规侧钻井完井过程中出现的问题;该管柱密封性好、操作简便、成本低、效率高,具有较高的推广应用价值。     

页岩气水平井固井水泥环状态对套管力学完整性的影响

大位移页岩气井的井眼轨迹复杂,且压裂开发过程中经常出现由于水泥环缺陷引发的套变损伤问题。针对页岩气井压裂过程中高泵压大排量的特点,采用有限元分析方法,通过优化模型网格划分,建立了适用于页岩气井复杂井眼轨迹下套管力学完整性计算的套管-水泥环-地层组合体模型,讨论了水泥环缺失角度、缺失厚度、缺失长度及复合缺陷对造斜段及水平段局部屈曲部分套管力学完整性的影响。结果表明,套管的周向应力随水泥环弹性模量的增大而减小,受泊松比影响较小。水泥环角度缺失会使套管出现应力集中现象,当缺失角度超过90°,应力集中现象得到减缓。随着水泥环缺失厚度的增加,套管所受应力增大。无论是造斜段还是水平段,不同缺失角度下,水泥环厚度、套管尺寸及泵压对套管应力的影响类似,趋势均为随着缺失角度的增加,套管应力先增大后减小。水泥环缺失的临界部位会产生应力突变,该位置也是最容易发生套损的部位。同一缺失厚度下,套管应力最大值随着缺失角度的增加而先增加后减小;同一缺失角度下,套管应力最大值随着缺失厚度的增加而增加。随着缺失角度的增加,水泥环缺失部位对应套管沿管长方向的等效应力先增加后减小。水泥环越厚,套管等效应力越小。在相同厚度下,水泥环剩余厚度越薄,套管等效应力越大,全部缺失时应力水平最大。     

柔性套管铰链接头力学分析

在合适的单元长度和铰链转角下,柔性套管可以较好地适应弯曲的井眼。在套管的提升过程中,由于提升力的作用,铰链接头的失效形式一般表现为铰链拉脱或强度不足。根据柔性套管铰链接头的结构和受力特点,对其受力进行了简化,建立了力学分析模型———受边缘力系作用的长圆筒,并给出了其变形的基本方程,得到了铰链边缘的径向位移和转角的计算公式,形成了完整的柔性套管铰链接头的力学分析模型。当铰链承受196kN的拉力时,铰链外筒的径向位移为051mm,对应的边缘转角为25°,铰链不会拉脱,强度校核满足要求。     

浅层稠油水平井轨迹控制及套管柱下入技术

采用水平井技术开发克拉玛依浅层稠油可以减少投资、提高原油采收率。克拉玛依稠油油藏普遍埋藏浅,原油黏度高,为了热采的需要,一般采用大尺寸的套管柱。浅层稠油水平井技术要解决在极软地层钻进时井眼轨迹控制和大尺寸套管柱在高曲率井眼中的安全下入等问题。通过优化井眼剖面设计、分析影响井眼轨迹的诸多因素、加强井眼轨迹的测量和计算、使用专用软件分析计算钻柱和套管柱的摩阻、优化钻柱和套管柱结构等技术措施,全部使用国产化的工具、仪器完成了国内垂深138.60 m最浅的水平井。分析了浅层稠油水平井施工所涉及到的井眼轨迹控制和套管柱下入等技术难点,介绍了施工中的关键技术和创新点,为同类型油井的施工提供了经验。     

水平井和侧钻水平井筛管顶部注水泥完井技术

提出了水平井和侧钻水平井筛管顶部注水泥技术,改变了常规的水平井筛管完井工艺中筛管顶部套管(尾管)不注水泥、外部环空彼此窜通的状况,为射孔开发筛管顶部过渡段油层、可靠密封过渡段水层提供了条件;研究了筛管-管外封隔器-盲板-分级箍和管外封隔器-盲板-分级箍悬挂器两套工艺,分别实现了水平井和侧钻水平井的筛管顶部注水泥固井,对20口井进行了现场试验,取得了较好的效果.     

Calculation analysis of sustained casing pressure in gas wells

Sustained casing pressure (SCP) in gas wells brings a serious threat to worker safety and environmental protection. According to geological conditions, wellbore structure and cement data of gas wells in the Sichuan-Chongqing region, China, the position, time, environmental condition and the value of SCP have been analyzed. On this basis, the shape of the pressure bleed-down plot and pressure buildup plot were diagnosed and the mechanism of SCP has been clarified. Based on generalized annular Darcy percolation theory and gas-liquid two-phase fluid dynamics theory, a coupled mathematical model of gas migration in a cemented annulus with a mud column above the cement has been developed. The volume of gas migrated in the annulus and the value of SCP changing with time in a gas well in Sichuan have been calculated by this model. Calculation results coincided well with the actual field data, which provide some reference for the following security evaluation and solution measures of SCP.     

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。