套管柱拉力—扭矩模型及在定向井中的应用

在固井作业中，不仅要将套管下入到设计深度，还要在注水泥浆结束后，上提、下放和旋转套管以提高固井质量；在某些特殊情况下，还有可能将套管起出。在固井施工之前，应该对套管柱进行拉力和扭矩分析，以确认套管强度和地面设备是否满足要求。文中在考虑钻柱刚度的基础上建立了定向井套管柱拉力扭矩模型，提出了套管柱强度校核方法。对大庆油田的一口定向井的套管柱进行了拉力、扭矩和强度分析。结果表明，该井套管具有足够的强度，可以实施上提、下放和旋转套管作业。     

旋转尾管固井套管扭曲失稳分析

在深井中选用旋转尾管固井技术可以提高顶替效率和固井质量.分析了旋转尾管固井过程中套管扭曲失稳的原因;建立了套管扭转的力学模型;计算了固井作业过程中钻具的扭矩载荷及其变化规律;分析了由于套管扭曲失稳在全井段存在的危险点,并提出了预防措施;从理论上分析了影响旋转尾管固井过程中扭曲失稳的因素,并提出了在设计和施工中减小套管扭矩的措施,对现场应用具有指导意义.     

LG163井旋转套管固井技术

旋转套管固井技术能够有效提高水泥浆的顶替效率,从而提高固井质量。但其施工存在较大风险,主要是套管悬挂器在旋转中会受到磨损,容易造成套管悬挂器不能有效密封、座挂。LG地区163井在须家河地层井深H2370m下Φ177mm套管固井,采取旋转套管固井技术,通过认真通井,强化套管串设计,保证了套管顺利下入。在联顶节与套管悬挂器之间加装扶正器,保证了套管悬挂器与套管头的有效密封。注水泥作业中控制套管旋转扭矩,确保了施`工安全。在LG地区163井首次应用旋转套管固井,固井质量合格,优质率达73.50%,为川渝地区推广应用旋转套管固井积累了经验。     

复杂井眼条件下旋转套管速度对固井质量的影响

针对改善旋转套管周围流体的流动形态从而有效地避免钻井液的滞留问题,根据赫巴模型的本构方程和非牛顿流体力学的有关理论,建立了赫巴模型下的套管与井壁间水泥浆旋转流动模型。采用数值计算方法,得到了便于计算的套管最小转速与环空间隙因子的关系,以及环空中水泥浆旋转速度径向分布规律。针对实际施工中存在的井眼扩径情况,计算并分析了井径扩大率对套管最小转速的影响。结果表明：环空间隙越小,环空中的水泥浆完全旋转所需的套管旋转速度越小;环空间隙越小,水泥浆的旋转速度沿径向下降得越平缓,效果越好;井径扩大率的增加明显增加了套管最小转速。采用旋转套管去除井壁泥饼,从而在保证下套管安全的前提下,提高了二界面的固井质量。     

页岩气水平井套管偏心条件下注水泥全过程压力动态预测

某油田二叠系山西组页岩气水平井注水泥过程中易出现漏失和溢流等复杂问题,严重影响固井质量,现有套管居中条件下井筒压力计算方法难以满足井筒压力精确计算要求。亟需建立一套考虑实际井下工况的注水泥全过程井筒压力计算模型来准确预测、实时评价井筒压力分布特征,以确保固井安全与提高固井质量。考虑套管偏心工况下注水泥过程中多种流体注入对井筒静压和循环摩阻的影响,引入偏心环空摩阻压降修正系数,建立了考虑套管偏心条件下注水泥环空流动计算模型,结合计算A井套管偏心数据,分析了套管偏心对环空压力的影响。结果表明,套管偏心条件下环空摩阻压降比同心环空降低了22.7%～33.42%,套管偏心条件下压力计算模型的预测值与实际泵压吻合度高,计算误差在1.37%以内,采用该计算方法确保了注水泥施工过程中的压稳不漏原则。验证了建立的注水泥全过程压力预测模型与计算方法的准确性,成果对低压易漏地层固井施工具有重要指导意义,避免了井下复杂情况发生,确保固井施工安全。     

事故井打捞管柱扭矩分析及其应用

针对事故井在打捞过程中倒扣扭矩和套铣扭矩选择难的问题，建立了打捞管拄扭矩分析计算模型。利用扭矩计算模型对打捞施工过程中整个管柱扭矩载荷进行计算，可以确定井下管柱各个位置处的扭矩大小。根据井下各个管柱的安全允许扭矩值大小，进一步判断作业过程中井下管柱潜在危险点的位置，提高修井作业的安全可靠性。在落鱼管柱套铣过程中，利用井下管柱扭矩传递规律，     

Tesco旋转套管固井工艺和应用评价

旋转套管固井是钻完井作业中提高套管固井质量最有效的手段之一。介绍了Tesco顶驱旋转套管固井工艺以及地面配套设备和井下套管固井附件; 描述了Tesco旋转套管固井工艺在现场的施工。对采取常规固井方式的井和采取Tesco旋转套管固井工艺的井进行了固井质量的评估和对比,与常规固井工艺相比,旋转套管固井工艺在定向井和水平井中具有提高固井质量的优势。建议我国加快技术研发,尽快掌握旋转套管固井技术,提高固井质量。     

南海西江大位移井摩阻和扭矩数值分析研究

井下摩阻和扭矩,是影响大位移井设计与施工的2个关键因素。对三维井眼中管柱单元进行受力分析,建立了通用的井下摩阻和扭矩计算模型和算法,并开发出大位移井摩阻和扭矩的数值计算软件。该软件在南海西江大位移井钻井和下套管作业案例分析中得到成功应用,对井下摩阻和扭矩进行了数值模拟计算及预测分析,获得较好的结果,并可在今后的大位移井工程中推广应用。     

鄯科1井二级三段固井工艺

鄯科1井是1口科学探索井,实际二次中完井深4646m。该井三开钻井过程中,井下出现了坍塌、掉块、井漏、油气活跃等复杂情况,尤其是套管下完后的环空失返,给固井施工带来了很大的困难。通过制定解漏方案,采用了二级三段固井工艺技术,并优选了3种水泥浆配方,优化了水泥浆性能,使井建立了循环。施工中,下部井段第1级固井正注水泥,上部井段第2级固井先正注、后反注水泥。测试表明,固井质量达到了设计要求,为四开安全钻进奠定了基础。     

信息

事故井打捞管柱扭矩分析及其应用针对事故井在打捞过程中倒扣扭矩和套铣扭矩选择难的问题,建立了打捞管柱扭矩分析计算模型。利用扭矩计算模型对打捞施工过程中整个管柱扭矩载荷进行计算,可以确定井下管柱各个位置处的扭矩大小。根据井下各个管柱的安全允许扭矩值大小,进一步判断作业过程中井下管柱潜在危险点的位置,提高修井作业的安全可靠性。在落鱼管柱套铣过程中,利用井下管柱扭矩传递规律,根据井底落鱼套铣施工的需要,进一步确定施工作业时所需管柱扭矩大小。本研究成果在渤海油田QK172P4井和SZ361C5井修井作业过程中得到了现场应用…     

电力振动器激振作用下的套管串振动特性

振动固井是一种能够明显提高固井界面胶结强度的新方法,但推广使用该方法则需要解决水泥浆候凝阶段如何使固井管柱产生井下径向振动的问题。为此,研制了电力振动器。该振动器由高温电机振动组件把电能转化为机械能,电机振动组件通过输出轴带动偏心块旋转形成激振源,对套管串底部产生一个沿轴向方向旋转的激振力;然后运用主坐标分析法,分析激振力在直井套管串产生的振动特性,得出电力振动器振动对套管串产生的动响应模型;最后以某井井身结构设计为依据,分析了不同套管串长度、不同激振力和不同振动频率对套管串最下端的振动幅值的影响。研究结果表明:(1)套管串长度与套管串最下端的振动幅值呈反比关系;(2)激振力与套管串最下端的振动幅值呈正比关系;(3)振动频率的平方与套管串最下端的振动幅值呈反比关系。该研究成果可为在不同井深和不同振幅需求的固井现场应用振动固井技术提供理论支撑。     

套管柱和注汽管柱热弹性力学分析

结合固井和热采过程,分析了套管和注汽管柱在井内的受力状态,导出了注汽过程中套管和注汽管柱内各种应力的计算公式,给出了套管和注汽管柱强度校核方法。     

套管钻井中套管柱动应力研究及计算方法

在套管钻井过程中,套管柱在旋转情况下同时受到轴向荷载及旋转带来的扭矩荷载的作用,其受力状况与套管柱在非旋转情况下的受力状况有较大的差异。在分析套管钻井过程中套管柱实际受力状况的基础上,应用双向应力状态分析方法和能量守恒原理,分析和研究了套管柱在静态轴向力和剪切力作用下的许用扭矩,并针对套管钻井过程中套管柱旋转的工况,提出了套管柱在旋转状态下的许用扭矩及安全转速的计算方法,为合理地选择套管钻井作业参数提供了依据和方法。     

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。     

固井早期气窜预测新方法及其应用

水泥浆静胶凝强度过渡时间是固井早期气窜的主要时期,但若初凝前发生较显著的塑性体积收缩,造成孔隙压力大幅度下降,井内压力出现较大程度欠平衡,引发气窜的可能性仍然很高。为此,基于初凝前套管、地层在井下的实际受力工况,建立了水泥浆凝固过程中的"套管—水泥浆—地层"物理模型,并求解得到了初凝前水泥浆塑性体积收缩与孔隙压力下降之间的解析关系。立足于该关系,在综合考虑水泥浆性能、井底温度、压力及套管力学性能等特定工况的前提下,建立了针对初凝前整个塑性态的固井早期气窜问题的气窜预测新方法,即把固井环空水泥浆初凝前的"有效液柱压力与启动压力之和大于地层孔隙压力"作为判别条件。最后,利用X区块2口井的资料进行了气窜风险预测分析,分析结果与施工结果一致。该方法可有效预测固井早期环空气窜风险,为针对性地调整水泥浆体系和措施,避免固井后井口环空带压,保障油气井固井质量和安全提供了分析依据。     

模拟下套管技术在河坝区块大斜度井中的应用

为解决河坝区块大斜度定向井在实钻过程中由于井眼轨迹不规则、盐膏地层缩径,大斜度井段下套管作业的实际难题,在调研大斜度井下套管方法的基础上,结合河坝区块大斜度井特点,建立了井眼、套管相容性模型并总结出下套管过程的模拟步骤：①依据收集的实钻井眼资料,计算套管串和井眼两种最小曲率半径,分析无接箍套管能否下入井眼;②针对实际套管接箍或扶正器尺寸,以实钻井眼数据反算出允许通过的套管串的不变形长度;③分析不同管串所对应的不变形长度与井眼曲率的关系,然后确定出与套管柱刚度相当的通井管柱结构。模拟下套管技术在HB1 1D等井的成功应用,为大斜度井现场模拟下套管提供了理论依据。     

套管柱在水平井弯曲段的可下入性

套管柱在水平井弯曲段随井眼弯曲产生较大的弯曲应力和受到较大的摩擦阻力，有可能产生强度破坏、密封失效、稳定性破坏而不能下入。下套管前应对套管柱通过弯曲段的可能性加以判断，其准则是：（１）下套管通过弯曲段时，套管柱在直井段的浮重应大于总摩阻；（２）弯曲应力与拉应力之和小于套管的最小许用应力；（３）在弯曲段套管柱不发生屈曲变形；（４）螺纹密封不应失效。经判断套管柱不能通过弯曲段时，可用不封固井底的完井方式（如裸眼完井及其变种形式）。     

液力转向器研制与应用

针对连续管管柱不能转动的固有特性,根据定向钻井的技术要求,通过在地面启停泥浆泵的方式,利用液力转向器驱动井下定向钻具组合进行转动,从而调整定向钻具的工具面,实现连续管定向钻井。连续管液力转向器可单次转动角度45°,额定输出转矩700～945 N·m。试验表明,外径95 mm的连续管液力转向器完全满足121 mm井眼连续管定向钻井的技术要求,实现了连续管定向钻井。     

定向井套管入井摩阻分析

基于前人提出的“软钻柱”模型，采用空间分析方法详细分析了三维井眼中套管单元体的受力情况，推导了计算套管轴向载荷和扭矩的统一公式，这些公式也可以用于采用“软钻柱”模型的钻杆单元体的受力分析。结合濮2—平1井和文266—9井现场采集的数据，运用这些公式计算摩阻系数，并由摩阻系数预测大钩载荷，对所建立的模型进行了分析验证。