套管钻井中变应力幅载荷下管柱疲劳强度的评估

套管钻井中，套管柱会承受各种载荷的作用。分对称循环变应力幅载荷和不对称循环变应力幅载荷两种情形，推导了不同钻进参数下考虑变应力幅载荷的套管疲劳强度计算公式，阐明了变应力幅载荷的变化对套管疲劳强度的影响；结合套管钻井的实际给出了算例分析，计算结果显示，在相同条件下采用不对称循环变应力幅栽荷模型，计算出的疲劳强度值要比对称循环变应力幅载荷模型的大，表明在实际评估中采用对称循环变应力幅模型计算所得的结果趋于保守，因而具有更高的安全系数。     

套管钻井用套管与地层岩石磨损的试验研究

在研究套管钻井套管柱与井壁接触压力的基础上,根据中国套管钻井先导性试验工艺参数确定了接触压力范围,用MM型材料磨损试验机对J55钢级套管与典型岩石(砂岩、花岗岩)的滑动磨损情况进行试验研究,所用介质分别是自来水、自来水加润滑剂、钻井液和钻井液加润滑剂.得到了一系列磨损规律和试验回归方程,为预测套管钻井完钻后套管柱的抗挤、抗拉、抗内压强度特性和剩余寿命等奠定了数据基础.     

套管钻井技术研究与试验

套管钻井是近几年新兴的一项钻井技术,由于该项技术具有节省完井时间、减少井下事故、降低钻井成本、保护油气层等优点,目前表现出强劲的发展势头.吉林油田针对套管钻井的特点,立足于工艺及工具设备国产化原则,进行了套管钻井工艺及工具配套技术的研究,并在吉林油田套保及扶余地区进行了3口套管钻井的现场试验,取得了良好效果.证明国产化套管钻井技术经过完善后,可望成为降低钻井成本、提高效益的钻井新技术,具有广阔的发展前景.     

套管钻井专用钻头试验研究

在分析套管钻井技术存在钻头单井成井率难点的基础上,简要介绍了Ф339．7、Ф273．1mm表层套管钻井钻头（镶齿固定式和延展胀开式钻鞋）、Ф244．Ф244.5mm技术套管钻井钻头（铰接胀开式钻鞋镶齿固定式和延展胀开式钻鞋）和Ф177．8mm油层套管钻井钻头（钢体PDC钻头）的结构、原理、技术特点和技术参数。详细叙述了Ф339．7、Ф273．1mm表层套管钻井钻头和Ф177．8mm油层套管钻井钻头的单元试验和现场试验情况。结果表明,大庆油田研制的套管钻井专用钻头可以满足现场应用要求。     

套管钻井应用的螺纹连接条件

随着套管钻井技术的发展,对套管连接有严格的条件要求,例如高温高压和动栽荷下的定向钻井.套管连接的疲劳强度、密封能力、结构能力属于一些原始的条件要求.现在有关于应用套管钻井技术资格的工业标准,但使用并不普遍.对于套管钻井应用连接,本文提出了由一种新的实验方法取得的原始实验结果,结合现行的ISO13679工业标准(正常套管连接实验技术要求),采用动载实验(模拟套管钻井连接的疲劳强度实验)提供了最差条件下的对策.采用一种新的实验方法证明了DWC C-SR的连接特性.预计的使用寿命是在疲劳曲线的基础上确定的.实验表明,螺纹连接公差将在很大程度上影响着连接的疲劳寿命.结合疲劳实验与ISO 13679的组合荷载实验,可准确地确定套管钻井连接功能特性曲线.本文的最初实验结果将帮助说明连接功能特性和制定使连接合格的试验方法.这样可以提高套管钻井操作的成功率,降低成本.     

钻杆与套管摩擦磨损的试验研究

模拟井下工况,利用钻杆/套管摩擦磨损试验机试验分析了摩擦行程、钻井液黏度、接触载荷和钻杆转速等因素对套管磨损的影响规律。得出套管磨损量与摩擦行程、磨损率与接触载荷均呈现近似的线性关系;接触力增大,摩擦因数总体上有增大的趋势;增加钻井液黏度可以使摩擦因数有所降低,但不能大幅降低套管磨损;钻杆转速超过140r/min时,转速增加引起的摩擦副振动逐渐加剧直至共振,导致套管磨损率出现较大幅度的上升。该研究成果为钻井参数优选、套管磨损预测和减磨优化设计提供了参考依据。     

摩擦因数对膨胀套管影响的有限元模拟研究

应用ABAQUS大型通用有限元软件和数值模拟分析方法,建立了膨胀套管膨胀过程的三维弹塑性非线性接触问题的有限元力学分析模型,直观地对膨胀套管的膨胀过程进行了模拟。分析得到摩擦因数与膨胀套管的总轴向位移、所需膨胀力和膨胀套管膨胀后壁厚减薄量的关系曲线以及定量关系的拟合计算式。分析还认为摩擦因数对膨胀后套管的最大等效残余应力和膨胀过程中的接触应力影响很小。     

套管钻井中套管疲劳损伤模型研究

根据套管材料的疲劳应力寿命曲线推导出了套管构件的疲劳应力寿命曲线;结合疲劳损伤理论,通过定义套管疲劳损伤量和疲劳损伤强度2个基本参数,对套管疲劳损伤进行度量,建立了套管疲劳累积损伤计算模型。由现场套管钻井实例分析结果可知,位于井口的套管疲劳损伤程度最大;采用单因素分析法,当转速一定时,套管的疲劳损伤随着井深的增加而减小;当钻压固定不变时,套管的疲劳损伤随转速的增大而增大。该模型对于套管的疲劳损伤评估具有重要的指导意义。     

井下套管阀研究及室内试验

随着欠平衡钻井技术的深入研究和推广应用,全过程欠平衡钻井技术已成为研究热点。除了常规的欠平衡装备外,全过程欠平衡钻井还需配备井下套管阀,为此,研制了一种双液控井下套管阀。为检验该阀的使用可靠性,进行了全面的室内试验和测试,试验内容包括压力密封能力,高压、有流动情况下阀板关闭的动作准确性,模拟现场阀板下憋压时打开阀板的作业程序,检测在各种密封压力时阀的微泄漏量。试验结果表明,该阀达到设计要求,能够满足全过程欠平衡作业的工艺要求。     

1例φ244.5mm套管断裂试验分析研究

为了分析某井在钻井作业过程中发生的上层φ244.5 mm技术套管断裂失效事故原因,对失效套管材料的化学成分、金相组织和力学性能进行了检测分析,结合套管失效形貌的宏观分析和套管使用过程中的工况分析,得出了套管螺纹发生断裂失效是由于钻具对套管的撞击、摩擦使套管螺纹根部产生疲劳裂纹,最终导致套管断裂;失效套管的材料缺陷加速了裂纹的萌生和扩展。     

高压低速干摩擦变形自适应机械密封研究

采用理论分析与试验结合的方法,研究了高压低速干摩擦状态下变形自适应机械密封的摩擦特性和密封性能。通过ANSYS模拟外压作用下端面变形和接触应力分布,分析其对机械密封性能的影响。采用硬质合金与浸锑石墨配对组成摩擦副,通过干摩擦试验得出一系列变形自适应机械密封的性能参数。利用电子显微镜（SEM）对摩擦副的磨损表面进行了观察和分析。结果表明,在高压低速状态下,硬质合金与浸锑石墨配对组成摩擦副运转稳定,自适应性能良好,拥有优异的综合性能。     

套管钻井中套管柱的瞬态动力学分析与研究

套管钻井中套管柱力学性能分析是进行钻井工程设计的一项重要研究工作。文章以ANSYS软件为基础,对套管柱组合在不同钻压、转速下的动力学问题进行了有限元建模及分析,获得了在不同钻井参数下的套管柱应力、应变以及接触应力等参数的变化规律,为在套管钻井作业中合理地选择钻井参数提供了理论依据。     

两种主要高强度套管的耐磨性能试验

套管磨损是深井、超深气井钻井过程中困扰作业人员的突出问题,摸清P110和V140这两种主要钢级的高强度套管的耐磨性能对于钻井设计选用套管具有重要意义。为此,采用美国摩尔技术公司的全尺寸套管磨损试验机,模拟油气田现场的钻井作业参数以及钻井液配方,开展了钻杆接头与套管内壁间低、中、高3种典型的侧向力对P110和V140钢级套管的全尺寸实物磨损试验研究,检测并对比分析了磨损套管试样在不同磨损时间段的磨损沟槽深度、沟槽宽度、磨损系数、摩擦系数以及磨损体积等参数,并对套管摩擦表面进行了扫描电镜分析,进而探讨了不同工况条件下的套管摩擦机理。结果认为:在低侧向力的情况下,两种套管的磨损情况基本相当;在中等侧向力的情况下,V140套管的磨损比P110套管严重;在高侧向力的情况下,P110套管的磨损明显要大于V140套管;随着钻杆接头与套管内壁之间接触侧向力的增加,摩擦副之间的摩擦系数增大且处于黏着磨损状态。该研究成果对于在套管柱设计中根据不同井眼曲率考虑套管的耐磨性能选用套管具有参考价值。     

套管钻井技术应用研究

阐述了套管钻井技术的工艺特点和优点,介绍了套管钻井技术在大庆油田的现场应用情况。现场应用表明,特殊的油层套管钻井工艺、专周转换接头、高扭矩热应力补偿器、防掉水泥式浮箍、特制高抗扭套管及钢体PDC钻头完全满足现场使用要求。     

套管钻井多轴疲劳试验与可靠性研究

根据套管钻井中套管柱承受的载荷状况,借助现有的技术水平和手段,首先进行了套管试件的拉-拉单轴高周疲劳试验,通过相关的试验数据获得了套管试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其统计分布,为进一步获得试件的基于概率的等效P-S-N曲线奠定基础。然后通过拉压-扭转双轴循环复合疲劳试验,验证了等效P-S-N曲线的正确性。最后根据P-S-N曲线,采用有限元疲劳分析软件,进行典型工况下套管的疲劳可靠性分析,计算得到套管体中的最大等效循环应力,并据此计算出要求可靠度(或存活率)下套管的疲劳寿命,再由钻井周期得到套管疲劳的剩余寿命。     

大庆油田油层套管钻井技术研究

在分析大庆油田套管钻井技术中非顸驱条件下的管串连接方式、套管抗扭和连接性能、钻头单井成井率、油层套管完钻后管内测井等难点的基础上，设计了φ177．8nm油层套管钻井、固井及测井工艺，同时研制、配套了φ177．8mm油层套管钻井专用的工具，包括方套转换接头、高抗扭热应力补偿器、防掉水泥式浮箍、高抗扭套管、φ244，5mm钢制PDC钻头等，并详细介绍了其结构、工作原理及技术特性。在葡浅3-更1井和葡浅3-73井φ177．8mm油层套管钻井的成功试验表明，大庆油田油层套管钻井技术能满足现场施工要求，而且与常规钻井技术相比，减少了井下事故，缩短了钻井周期，提高了机械钻速。     

非均匀地应力下套管水泥环受力研究

大多数套管损害是由非均匀外载引起的。以非均匀外载为前提,以弹性力学为基础。以套管-水泥环-储层岩体环组合系统为研究对象,对套管及水泥环在理想状况下受非均匀地应力和均匀内外压共同作用时的受力特性进行分析,并依据不同的接触条件推导相应的线性方程组。借助于计算机,计算不同地应力作用下套管、水泥环内部应力及表面受力分布,并可以分析水泥环弹性模量、水泥环厚度与套管接触情况对套管水泥环受力分布的影响。     

地层流变对套管载荷的影响研究

针对由于地层具有流变特性对套管载荷的影响以及由于泥岩浸水等因素造成的地层流变特性改变而对套损产生影响等问题，根据开尔文模型推导了流变地层中套管载荷和地层粘度的关系，从而反映了套管载荷随时间的变化，在此基础上分析了流变地层岩石力学参数对套管载荷的影响。分析认为地层的粘性不同，其流变程度不同，导致套管达到最大载荷的时间不同。由于泥岩浸水导致岩石弹性模量降低，在相同地应力场作用下会明显加大最终作用在套管上的载荷，从而大大增加了套损的危险性。研究结果揭示了围岩流变导致套管损坏的机理。     

套管钻井远程液压式套管夹持器技术研究

针对国内现有套管夹持器操作效率较低及存在安全隐患等问题,设计了远程液压式套管夹持器技术方案。介绍了外卡式套管夹持器的结构和工作原理,建立了套管夹持器夹持机构的力学模型,并通过有限元分析和理论计算进行验证。分析结果表明,该机构靠套管柱自身重力夹紧套管柱,且夹紧力随下放管柱重力的增大而增大;壳体与卡瓦之间的摩擦因数对液压推力影响很大。远程液压式套管夹持器技术可解决现有技术存在的问题和水平井下套管的难题,为套管钻井技术在国内的发展和推广应用提供了重要的理论依据。     

南一区乙块套管损坏控制措施研究

结合南一区乙块地质特点及套损状况,提出在钻井过程中,以降压保压平衡压力系统为核心总指导原则;钻前对区域地层压力进行先期调整,为钻井奠定坚实基础;钻井过程中,以低压区控制压力下降速度、高压区控制压力回升速度为原则,优化5项防护措施,确保南一区乙块成功度过了钻井危险期;钻井结束后利用周期注水机理,通过强化综合调整措施,进一步控制恢复过程中压力、含水率上升速度。通过采取以上措施,该区不但未发生新的成片套损,而且平均钻11：7井仅影响产量115t,自然递减为7．59％,创近几年来钻降影响水平新低,为今后类似区块成功钻降提供了可靠的依据。