可取桥塞卡瓦结构优化设计

为了使可取桥塞卡瓦满足耐高温及耐高压的要求,需要对其结构进行优化。采用智能优化算法,利用神经网络高度的非线性映射能力和遗传算法的全局寻优能力,建立了锚爪角度、卡瓦连接厚度、锚爪间距、卡瓦锚爪整体倾角、卡瓦曲率半径的BP神经网络仿真模型。应用遗传算法对仿真模型进行优化设计,获得使卡瓦套管间接触力最大的几大主要因素的最优搭配。优化结果表明,遗传算法完成了参数优化工作,对所得最优参数进行有限元计算,计算结果与优化结果相符,优化结构比初始结构的卡瓦套管间接触力增加了81.8%,整体性能有显著提高。     

压裂用可溶桥塞关键技术分析

对比分析了国内外可溶桥塞的性能指标及优缺点。详细阐述了国产化可溶桥塞的关键技术,包含可溶卡瓦表面处理、卡瓦破碎力设计、可溶胶筒技术以及下接头设计。按照页岩气压裂施工情况,首次提出了可溶桥塞耐压试验时的“耐压时效”概念。耐压时效指桥塞入井至压裂的时间间隔。按照现有页岩气施工模式,认为耐压时效24 h可兼顾现场施工和压后溶解的需要。     

复合材料桥塞卡瓦试验研究

目前常用的各种规格的金属桥塞普遍存在易卡钻以及钻铣困难等缺点,为此,试验研究了复合材料桥塞卡瓦。该卡瓦采用热固性树脂基复合材料模压制作,满足了页岩气井用桥塞的各项指标要求,实现了桥塞整体"无金属化"。研究结果表明,镶嵌碳化硼牙齿的复合材料桥塞适用工作压差为35 MPa,镶嵌氧化铝牙齿的桥塞适用工作压差为50 MPa,陶瓷牙齿在卡瓦上的最佳镶嵌角度为18°。碳化钨牙齿虽然强度很高,其桥塞承载破坏为复合材料卡瓦本体破坏,碳化钨牙齿无损伤,但其密度太大,磨铣困难且容易卡钻,因此不适合用作该复合材料桥塞嵌件。     

对可溶压裂桥塞设计的建议

泵送桥塞射孔联作工艺是水平井分段压裂最常用的工艺之一,其前期使用的核心工具复合材料可钻桥塞存在多级使用或套管变形后,钻除风险大的问题,研制不需钻塞的可溶压裂桥塞,节约了时间、成本,降低了风险.针对两种常见可溶桥塞,阐述了其组成、原理、优势、关键参数.对其提出了设计原则和建议,采取小外径、防误坐封机构等设计,保证"下得去...     

复合材料桥塞卡瓦试验研究

目前常用的各种规格的金属桥塞普遍存在易卡钻以及钻铣困难等缺点,为此,试验研究了复合材料桥塞卡瓦。该卡瓦采用热固性树脂基复合材料模压制作,满足了页岩气井用桥塞的各项指标要求,实现了桥塞整体"无金属化"。研究结果表明,镶嵌碳化硼牙齿的复合材料桥塞适用工作压差为35 MPa,镶嵌氧化铝牙齿的桥塞适用工作压差为50 MPa,陶瓷牙齿在卡瓦上的最佳镶嵌角度为18°。碳化钨牙齿虽然强度很高,其桥塞承载破坏为复合材料卡瓦本体破坏,碳化钨牙齿无损伤,但其密度太大,磨铣困难且容易卡钻,因此不适合用作该复合材料桥塞嵌件。     

复合材料桥塞卡瓦的力学计算

桥塞封层工艺中,复合材料桥塞卡瓦锚定后起到支撑桥塞锁定胶筒的作用,其性能的好坏直接关系到油井的产量和生产的安全。复合材料桥塞卡瓦容易钻铣,磨掉的碎屑轻小,可有效防止卡钻,特别适用于斜井、水平井,但同时也存在着坐封不稳、卡瓦易损坏等问题导致桥塞封层失效。运用实验方法和三维有限元数值模拟 技术相结合的方法,对复合材料进行强度分析,并运用有限元技术对初步设计模型进行力学计算,预测卡瓦承受的最大轴向力和压差,为复合材料桥塞的实际生产提供了一定的指导作用。     

高性能系列可溶桥塞的研制与应用

为提升可溶桥塞的工况适用性和稳定性,研发了多水解高分子基团可溶橡胶与高强度可溶金属材料及配方体系。通过开展不同温度下材料力学性能与溶解性能测试评价,验证了材料性能。根据可溶桥塞的结构原理及特点,研制了高性能系列可溶桥塞,进行了综合性能试验和现场试验。试验结果表明：研制桥塞能够在30～150℃温度范围内确保70 MPa有效承压密封时间达24 h以上,且溶解时间可调可控。各大油气田区块现场试验及推广应用结果表明,其坐封、承压、溶解效果等综合性能稳定可靠,能够适用于复杂工况,能有效保障体积压裂施工作业。所得结论可为非常规油气资源的高效开发及水平井分段压裂的提质降本提供有力的技术支撑。     

高强度可溶桥塞结构设计与应用

在页岩气开发时分段压裂需采用复合桥塞进行封堵,后期还要使用连续油管钻磨,存在着施工周期长、成本高、风险大等问题。为了减小页岩气的开发成本和提高施工效果,研制了可溶桥塞,采用了高强度可降解材料,可实现可靠坐封并且能够完全有效溶解。在室内,对可溶桥塞进行了坐封丢手试验、承压试验以及溶解试验,试验表明可溶桥塞各项指标可满足现场施工要求。截至2019年12月底,现场累计应用可溶桥塞28层段,现场应用表明,可溶桥塞性能稳定,坐封安全可靠,压后溶解完全,未出现堵塞放喷采气通道的现象。     

DBP-140型页岩气井全封可溶桥塞研制

目前,可溶解桥塞已替代易钻复合桥塞,并广泛应用于非常规油气藏的分段压裂完井作业中。但是,现有的可溶桥塞只能封隔桥塞上部压力,不能封闭井下高压,因此在压裂结束后的更换试气井口环节,仍需下入常规易钻桥塞封闭井下高压。为解决这一问题,开发了一种页岩气井用全封可溶桥塞,更换井口装置作业完成后,井口憋压即可击穿桥塞,建立产气通道。阐述了该工具的结构、工作原理和工艺流程。地面试验结果表明,该桥塞的结构设计合理,密封承压和溶解性能满足技术要求。研制的全封可溶桥塞在NC204-1HF井应用,不需要连续油管钻塞作业,节省了施工周期和成本。     

分瓣式卡瓦结构优化设计与试验分析

为了满足页岩气水平井套管变形工况下的压裂作业需求,提高小直径可溶桥塞在大环空坐封的锚定效果及承载能力,对分瓣式镶齿卡瓦进行了结构优化设计.结合卡瓦的工作原理,建立了各结构参数的力学分析与计算模型,并通过实例计算对卡瓦的箍环结构尺寸和锥面角等参数进行了分析和优选;同时开展了不同材料及结构参数条件下的卡瓦承载能力和箍环断裂...     

可降解桥塞坐封过程卡瓦力学分析

现有文献对可降解桥塞卡瓦-锥体的断裂压力分析较少,而且大多没有考虑卡瓦-套管弹塑性变形以及卡瓦牙渗碳层的影响。鉴于此,应用ANSYS有限元分析软件对可降解桥塞坐封过程卡瓦-锥体进行断裂压力分析,同时对卡瓦-套管进行锚定压力分析,获得了卡瓦与套管的接触状态分布、接触应力分布和Mises应力分布规律。分析结果表明:坐封过程中下卡瓦断裂压力为24.7 kN,比上卡瓦先断裂;卡瓦与套管的接触状态和接触应力沿轴向分布比较均匀,卡瓦与套管等效应力沿轴向分布不均匀,靠近加载端的牙齿应力较大,起主要锚定作用;卡瓦牙最大等效应力为3 422.50 MPa,套管最大等效应力为403.22 MPa,卡瓦牙尖处局部发生塑性变形,卡瓦牙大部分处于弹性变形,卡瓦对套管损坏程度不大。研究结果可为类似桥塞卡瓦结构的优化设计提供理论依据。     

整体式卡瓦牙型结构优化及试验研究

整体式卡瓦牙型结构若设计不合理会直接影响封隔器的坐封力和锚定效果。以适用于177.8 mm套管的整体式卡瓦为例进行研究,采用ANSYS软件建立模型,利用应力瞬态特性分析方法,对不同参数下的牙齿倾角α、牙齿角度β、牙齿间宽度d和卡瓦锥角γ进行应力分析。在相同的边界条件下,根据不同牙型参数下的应力值,综合分析得出α=70°、β=75°、d=70 mm、γ=13°时,卡瓦载荷分布均匀,无应力集中现象,为最合理的牙型参数。试验结果表明,在150℃的条件下,密封压力64.5 MPa时,整体式卡瓦有效开裂,均匀咬合套管内壁且锚定力满足工作要求。     

一种液压式桥塞座封工具的设计与应用

介绍了一种液压式电缆桥塞座封工具的工作原理,设计方案以及现场应用情况。液压式座封工具通过液柱压力可以实现桥塞座封,动力来源为井内液柱压力,不需要民爆物品,与目前采用火药燃烧提供动力源的座封工具相比较,不仅消除了民爆物品给生产组织带来的不便及安全隐患,而且使用后不会产生工业废料,更加安全环保。为油气田电缆座封桥塞的封层需求提供不同的工艺技术参考。     

非金属桥塞镶齿卡瓦的有限元分析及优化

运用Abaqus有限元软件对一种新型非金属桥塞镶齿卡瓦的锚定过程进行弹塑性接触有限元分析,获得了锚定时卡瓦牙及套管的弹塑性Mises应力分布、接触应力分布和接触力分布规律。分析结果表明,套管内壁所受卡瓦牙接触应力和接触力从卡瓦中部沿周向逐渐减小;同时,与卡瓦槽接触的各卡瓦牙底端最大Mises应力均接近于同套管接触的顶端应力值,卡瓦牙应力集中明显。将卡瓦牙和卡瓦结构优化设计后,避免了局部应力集中。卡瓦与套管之间接触应力和接触力的略微增大,也让卡瓦与套管的锚定更稳固。     

水力驱动桥塞的计算流体力学分析

桥塞在水平井段受液流冲击驱动,流体对桥塞的作用力大小除了与流量、流体黏度有关外,还受桥塞长度、桥塞-套管间隙等结构尺寸的影响。运用CFD方法数值模拟套管-桥塞结构的流场,确定了不同工况下的液流作用力和驱动压差,得出以下结论:桥塞端面压力远大于壁面切向力,是桥塞运动的主要动力,随着井口注液速度的增加或套管-桥塞间隙的减小,液流作用力显著增大,对电缆的抗拉强度有较高要求,应严格控制流速和环空间隙,当间隙为1.0~1.5 mm时,注入流速应小于1.0 m/s;在驱动桥塞的过程中,注入液的部分压能转化为高速间隙液的动能,由于存在环空间隙的变截面和桥塞相对液流的速度差,流场出现明显涡漩,增大了桥塞两端压差;桥塞下入速度的提高和偏心使得液流作用力下降,根据同心桥塞在低运动速度下的模拟结果选择电缆,可提高其安全性。分析结果为桥塞在水平井段中的封堵设计和应用提供了理论依据。     

可钻式桥塞的另一种处理方法

七里 2 5井因抢险下入CYY344— 14 6可钻式机械桥塞 ,封闭了产层和原井油管落鱼。后因恢复生产需打捞桥塞及其下部落鱼。因落鱼腐蚀严重 ,不能采用传统磨铣桥塞的方法。该井采取先对桥塞钻孔 ,再磨铣打捞桥塞的办法使该井复活 ,为其它井下封隔工具的创新使用和处理提供了良好借鉴。     

双头单螺杆泵结构优化设计

重点讨论了等壁厚双头单螺杆泵和常规双头单螺杆泵衬套在均匀压力和工作压差的作用下的变形、应力以及应变的变化情况。用ANSYS分别对衬套、螺杆的受力情况做了有限元计算,揭示了双头单螺杆泵衬套、螺杆的受力状态和变形规律,证实了等厚衬套优于常规衬套;并对螺杆的直径和导程进行了参数化优化研究;为等壁厚双头单螺杆泵的优化设计提供了理论基础和有效的数值模拟方法。     

钻头钻削桥塞过程受力分析与试验研究

为了定量分析和控制连续油管钻头钻削桥塞过程中的钻压和扭矩,预防钻屑过大,返屑困难,对复合桥塞钻削过程进行了力学分析。通过建立连续油管钻头钻削桥塞过程力学分析模型,分析了钻头钻压与压入深度和扭矩与切屑之间的力学关系,得到了钻压、扭矩与切削深度的力学方程。为验证该力学方程计算结果的准确性,在2口井进行了现场试验,共钻掉9个桥塞。试验显示,计算结果与现场试验结果的最大相对误差为15%,可满足预测实际钻塞深度的精度需求。研究结果表明,建立的连续油管钻头钻削桥塞过程力学分析模型可以描述钻压、扭矩与切削深度之间的力学关系,对桥塞钻削施工中钻压与扭矩的控制具有指导意义。