压缩式封隔器胶筒力学性能分析

将压缩式封隔器分为自由变形和约束变形2个阶段。从胶筒变形的几何、静力和物理方程中推导出了封隔器密封的最小坐封力;计算了自由变形阶段胶筒的高度,得到了胶筒在有、无工作压差2种条件下的接触应力。在此基础上得到了胶筒的极限密封压力,分析了胶筒的强度,确定合理的坐封力和工作压差。为封隔器胶筒结构尺寸的设计提供理论依据。     

基于有限元的封隔器密封性能影响因素分析

选择了能够合理描述封隔器胶筒受力变形的Yeoh模型,通过试验测得封隔器胶筒材料的应力与应变关系,利用MATLAB计算了Yeoh模型的常数。对封隔器胶筒进行有限元分析,得到胶筒压缩距、肩部"突出"以及接触应力随坐封载荷的增加而增加;胶筒肩部"突出"使最大接触应力的作用区域变小,且由胶筒中部逐渐转移到加载端,造成胶筒与套管的接触应力分布不均匀,使胶筒密封的可靠性降低。通过试验得到坐封力与压缩距的关系,验证了有限元模型的正确性。     

带金属护肩封隔器的密封特性研究

针对胶筒肩部突出引起封隔器失效的问题,基于封隔器坐封过程,并考虑高温高压对封隔器密封性能的影响,建立了密封组件非线性接触模型,研究了带金属护肩封隔器的密封特性。研究结果表明,常用封隔器坐封过程中,封隔器胶筒表现出较强的肩部突出特性;胶筒肩部突出随坐封力增大而愈加严重,高温高压加剧肩部突出;阶梯坐封力从初始15 MPa增到38 MPa而最终坐封,随温度上升,左端与中间胶筒的接触压力都随坐封载荷的增大而增加,胶筒的密封性能在井温150℃时达到最优;井下温度30℃时压缩距离最大,随着温度升高,压缩距离逐渐变小但差别较小。     

封隔器胶筒轴向压缩大变形与双重接触力学分析

压缩式封隔器胶筒属大变形材料,在坐封过程中与中心管、套管产生双向接触摩擦,给理论分析带来难度。鉴于此,考虑胶筒材料非线性、几何非线性及双重接触非线性,采用弹性力学理论和橡胶大变形本构关系,推导了胶筒坐封过程中的变形和接触压力计算公式,根据力学基本理论建立胶筒变形方程。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段,利用载荷迭代法求解各阶段的接触压力和压缩量。提出以密封系数作为封隔器坐封的判别条件,密封系数越大,表明密封性能越好;通过密封系数不小于1来判断封隔器是否完全坐封,由封隔器承受的最大压力来判断适用于何种深度的压裂井。该项研究结果可为封隔器设计提供理论依据。     

压缩式封隔器射孔段坐封的有限元分析

在经过射孔工艺改造后的注水井中,常规封隔器胶筒坐封射孔的受力状况比较复杂。通过对压缩式封隔器胶筒进行工况下的受力分析与有限元建模,对压缩式封隔器光滑套管段坐封与射孔段套管坐封进行有限元计算和分析,得出了2种坐封情况下封隔器胶筒以及胶筒与套管之间的应力分布规律。通过对比分析,发现压缩式封隔器在射孔段坐封时,封隔器坐封效果有所下降,但不影响使用,可以在射孔段实现封堵。胶筒与毛刺接触后,胶筒等效应力并未急速增大,同时并未对胶筒造成破坏。研究内容为评估封隔器的使用效果提供了一种新的方法。     

热采井封隔器胶筒非线性大变形分析

井底复杂环境下封隔器胶筒的密封性能是影响热采井生产安全的关键因素之一。采用Yeoh本构模型表征胶筒超弹性与非线性特点,数值仿真封隔器坐封过程,分析胶筒非线性大变形,获得胶筒压缩距与接触应力变化规律。基于正交试验设计方法,系统研究了坐封载荷、井底温度、胶筒长度、胶筒厚度、胶筒与套管摩擦因数等对胶筒力学响应的影响。研究结果表明:封隔器坐封载荷与胶筒厚度是影响胶筒压缩距和接触应力的主控因素;随着坐封载荷增加,封隔器压缩距与接触应力非线性增大;胶筒厚度的增加能明显降低压缩距,提高接触应力。研究结果可为热采井封隔器型号优选提供依据。     

压缩式封隔器坐封力学有限元分析

封隔器胶筒与套管的接触压力是衡量密封性能的重要依据。应用ANSYS有限元软件,数值模拟了封隔器坐封后的应力、应变分布及接触状态,得出胶筒的整体接触压力分布和上、中、下3个胶筒与套管接触压力的分布规律。线性回归了坐封力与接触压力的关系式。指出封隔器各胶筒与套管的最大接触压力随着坐封液压力的增大而增大,并且上、中胶筒呈线性关系,下胶筒呈二次曲线关系。     

压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进

针对常规压缩式封隔器密封胶筒存在的问题,对常规型和改进型封隔器胶筒在不同坐封载荷下的接触应力进行对比分析,以提高封隔器下井安全性、工作稳定性和密封可靠性。结果表明：改进后的新型压缩式封隔器胶筒比常规封隔器胶筒具有更高的承压能力,使管柱的下井安全性能大幅提高,满足了现场操作需求,提高了下井成功率。     

NMY341-114型封隔器的研制与试验

油田开发中后期,油水井井筒状况恶化,油井堵水和水井分注需要可靠性更高、寿命更长的封隔器,为此,研制了NMY341-114型封隔器。该封隔器采用最简化设计,只有15个刚体零件,结构简化也提高了可靠性,坐封动作简单合理;将胶筒压缩后的坐封回弹距离降低到最低程度,特别是解锁环设计使得封隔器解封动作可靠,且具备二次坐封能力;平衡活塞的过平衡设计有效消减了管柱蠕动带来的解封风险,偏高的坐封力提高了恶劣井况下胶筒的密封能力,同时肩部保护器延长了胶筒在大坐封力下的密封寿命。室内和现场试验结果表明,NMY341-114型封隔器具有性价比高,抗管柱蠕动能力强,密封有效期长,适用范围广等特点。     

无骨架内衬扩张式封隔器的研制与现场试验

为解决常规钢丝帘线或重叠钢片式扩张封隔器胀封承压后残余变形大、易卡管柱的问题,通过设计无骨架内衬扩张式胶筒,研制了无骨架内衬扩张式封隔器。该封隔器采用两端嵌套弹簧的方式来提高胶筒多次坐封的可靠性,在工作压差2.5~5.0 MPa下,胶筒可以充分胀封并可靠密封。室内试验表明,无骨架内衬扩张式封隔器在150℃下可以反复坐封/解封50次,双向承压85 MPa,解封后胶筒残余变形率小于1.5%。该封隔器在延长油田2口老井重复复压裂施工中进行了试验,其坐封显示明显,且在井内工作50 h多后,顺利解封,封隔器胶筒完好,外径仅由108 mm扩大至109 mm。研究结果表明,无骨架内衬扩张式封隔器封隔能力强,能重复坐封、解封,比常规扩张封隔器胶筒残余变形小,更易于解封起出管柱。      

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国内对水平井进行分流压裂施工尚属首次，压裂管柱设计及力学分析是压裂施工的关键技术问题之一。水平井压裂管柱在井眼曲率作用下随井身产生初始弯曲，弯曲后的压裂管柱在温度、自重、内外压力和局部集中力的综合作用下再次产生变形，变形后的压裂管柱必将与套管内壁产生接触，这种接触状态随井深和井眼圆周方向随机分布，是一种随机的多向接触摩擦非线性问题。文中将运用“多向接触摩擦间隙元法”对这一问题求解，并结合大庆油田水平井分流压裂管柱工程实例，进行了受力变形计算，给出了不同工作状况下压裂管柱与套管内壁的接触摩擦状态、管柱下端变形、井口载荷以及管柱任一截面处的内力和应力，为压裂管柱的设计和施工提供了可靠的理论依据。经现场试验表明，井口载荷的理论计算值与实测值的相对误差均在１３％以内，完全满足于工程的需要，并在水平井中成功地实施了大型分流压裂作业。     

水平井套管受力变形分析的有限元方法

以整体套管柱为研究对象，设计了特殊的有限元模型来描述套管与井壁的接触状态和套管的受力。此模型综合考虑了井壁的间隙、井眼的曲率、摩擦力等因素的影响，能较为准确地反映套管的受力变形。据此编制了相应的计算程序，能计算出套管的变形及受力大小，为模拟套管整个下入过程的受力变形提供了一套有效的方法。     

空气泡沫钻井流体的室内研究

通过对空气泡沫钻井流体用处理剂的优选,室内确定了阴离子型空气泡沫钻井流体的基础配方,对该泡沫流体性能进行了评价。结果表明,所研制的空气钻井泡沫流体具有良好的耐温性,耐温达90℃;良好的抗污染能力,耐NaCl量为6％,耐Ca^2＋浓度为500mg／L;较强的抑制性,能使泡沫在井壁形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌。并且,通过合理使用化学消泡剂,可达到泡沫基液循环利用的目的。     

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��In this paper,the static stress of drill tool assembly with multi-stabilizer in deflection borehole is analysed and the theoretical equation which can adapt to any deformation and stress of lower drill tool assembly is derived.Applying the equation to pendulum drill tool,the formulas for calculating the lateral force of bit and internal bending moment of stabilizer at this drill tool are given.The optimum design of stabilizer placement is discussed also.     

水平井录井技术研究与应用

水平井录井过程中,只有数字化精细描述井眼轨迹,才能将录井信息与井眼轨迹以数据的形式联系起来,有效地指导水平井施工。在水平井录井应用软件研发过程中,应用反推法建立了定曲率井眼轨迹数据离散、井眼轨迹盲区预测公式,实现了井眼轨迹的数字化描述,在此基础上将井眼轨迹与录井曲线变化有机地结合在一起。结合水平井现场录井实际,总结出录井气体参数变化反映水平井油气水特征的规律,将该方法用于指导水平井施工,有效地提高了水平井钻遇率,为水平井录井技术的拓展奠定了一定的基础。     

厚壁井筒井眼稳定性模型与分析

井壁稳定性情况是钻井、 完井和开采都十分关注的一个问题, 长期以来人们对这个问题进行了大量研究, 也提出了一些判断分析方法, 文中介绍了一种井壁稳定性判断方法, 这种方法从厚壁地层的受力、 变形的基本特点出发, 得出了受力变形的计算公式, 这个公式可利用钻井、 完井、 开采的早、 中、 后期各个阶段的井底压力情况计算井壁变形量, 并通过变形量的大小判断井壁稳定性情况。     

ERW焊管成型变形研究及有限元分析

研究了ERW焊管成型的变形特点和相应辊花图的计算方法,编制了变形辊花图自动生成及分析软件.利用该软件可针对不同的成型方法和变形参数自动生成辊花变形图,并能计算辊花曲线极限位置坐标、辊花开口度、管坯变形边沿延伸率和升起角等变形数据.以自动生成的辊花图为基础,建立了管坯变形的有限元分析模型,使用有限元分析软件COSMOS对管坯变形进行了非线性有限元分析,得到了管坯变形的各种力学参数(包括变形应力、应变、变形量等).综合辊花图自动生成及分析软件和有限元分析的结果,得到了ERW焊管成型过程的几何变形参数和物理变形参数,从而为ERW制管机组的设计和制定变形工艺提供了重要的参考数据.     

孔喉尺度弹性微球调驱影响因素

为了进一步表征孔喉尺度弹性微球的调驱效果,通过填砂管驱替实验,研究了微球粒径与岩心孔喉直径之比、驱替速度、微球质量浓度对调驱效果的影响。结果表明:微球封堵率和最大变形运移压力梯度随微球粒径与孔喉直径之比的增加先增大后减小,随驱替速度的增加而减小,随注入微球质量浓度的增加而增大。当微球粒径与孔喉直径之比为1.4～1.5时,调驱效果较好;当微球粒径与孔喉直径之比为1.42时,微球封堵率和最大变形运移压力梯度均达到最大,分别为90.4%和0.1MPa/m;当驱替速度大于5m/d时,驱替速度对微球封堵率和最大变形运移压力梯度的影响变小。在矿场条件下,近井地带驱替速度大,远井地带驱替速度小,微球可以顺利运移至远井地带,到达油藏深部并形成有效封堵,实现深部调驱。当微球质量浓度大于1500mg/L后,随微球质量浓度增加,封堵率的增加幅度变小。     

考虑泥页岩黏弹性的钻井液密度计算方法

泥页岩地层受到外来流体侵入后，岩石具有明显的流变效应，易造成井壁坍塌。为了研究泥页岩井壁受入井流体影响产生的黏弹性力学行为对井壁稳定性的影响，建立了黏弹蠕变本构模型来反映井壁流变失稳破坏的力学机理与演化规律。根据井壁围岩受力推导出平衡方程、几何方程，结合物理方程和边界条件，得到考虑泥页岩黏弹性特性的钻井液密度方程。结合现场钻井数据给出不同时间、不同收缩速率下泥页岩的钻井液密度图版。结果表明:泥页岩地层钻进时，井眼的收缩速率越小，则所需的钻井液密度越大；井越深，钻井时间越长，所需钻井液密度越大。