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。     

新疆玛湖地区致密油水平井套管螺纹扣型优选

为了解决新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业过程中的套管螺纹接头断裂失效问题，采用有限元数值模拟方法和全尺寸套管实物试验方法，对比分析了下套管作业上提–下放过程中API-LC长圆扣型和TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的连接强度和疲劳寿命。数值模拟和试验结果表明，在相同上提拉力或下放压力作用下，TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的应力水平明显低于API-LC长圆扣型套管螺纹接头；在相同拉伸–压缩循环交变载荷作用下，TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的疲劳寿命约为API-LC长圆扣型套管螺纹接头的6.9倍。研究表明，新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业时采用TP-G2特殊扣型套管螺纹接头代替API-LC长圆扣型套管螺纹接头，能够更好地满足现场下套管作业技术需求，提高作业效率。      

一种新型的油管锚定装置

本文介绍的油管锚定装置,由井下油管张力锚和井口可调式悬挂器组成。当张力锚下到预定位置后,转动管柱并上提一定高度,油管张力锚的控制部分推锚定卡瓦外张,卡在套管内壁上,建立支点。继续上提管柱,当油管承受一定的预拉力时,井口可调式悬挂器调节出油管承受的设计张力,并将管柱重力和预拉力全部传递给井口,使张力锚与悬挂器间的油管柱,长期处于预拉力状态,从而控制了油管的伸缩。解卡时,下放管柱,使原工作件回到初始住置则可解卡。胜利油田至1988年10月已在20余井次上进行了试验,作到坐卡灵活可靠,解卡安全,下井成功率达到1     

S22井利用地层压力辅助解封封隔器技术

AHR封隔器坐封在油气井的大斜度段或水平段时,采取常规的过提方法解封封隔器困难,处理不当可能造成大修事故.在分析AHR封隔器结构和工作原理基础上,进行水平井管柱轴向受力分析,模拟计算施加在井口的过提力能够传递到封隔器上的轴向拉力;在油管的额定抗拉负荷内,如果轴向拉力达不到封隔器的预定解封力,用连续油管正循环注入氮气,掏空油管内的部分液体,释放地层压力对封隔器的上顶力,同时上提油管柱,可以剪断销钉实现封隔器解封.国外Y油田S22井的井口上提力达到油管的额定抗拉强度921 kN时,下传到封隔器的轴向拉力仅为236 kN;掏空1 650 m的油套管液柱,释放地层压力的上顶力为205 kN,作用在封隔器销钉的合力可达到预定剪断值441 kN,成功实现了封隔器解封.现场应用表明,掏空油管内部分液体释放地层压力的上顶力,可以补偿上提管柱解封封隔器时管柱抗拉强度的不足,为大斜度井、水平井中解封封隔器提供了新的方法.      

水平井筛管完井提拉预应力工具的研制

为解决稠油热采水平井开发中套管串受热伸长的问题,研制出一种水平井筛管完井提拉预应力工具,采用水平井筛管上部固井段提拉预应力的完井方法,缓解套管损坏和井口抬升问题。室内和现场试验表明,提拉预应力工具可支撑套管完全离地,安全提拉力达100 t,提拉预应力工具可明显吃入地层,产生有效提拉力,满足水平井筛管完井作业要求。该工具填补了水平井提拉预应力工具的空白,具有推广应用价值。     

液压井下拉拔打捞解卡工具

在油井生产中,因套管变形,砂、蜡、落物、水泥卡管柱,小井眼作业,大直径工具下井等原因经常造成卡钻事故,为此在油井作业时必须大力上提管柱解卡。油田投入生产的小修作业设备以配置390kN级提升系统的通井机为主,作业井架极限负荷为750kN,而解卡上提拉力往往超过通井机许用最大工作载荷,这就必须搬迁大修作业车载钻机完成解卡施工,大幅度增加了施工成本,延长了躺井时间,降低了油井产量。     

套管封隔器分段压裂管柱遇卡原因分析及解决方案

为了降低套管封隔器分段压裂的施工风险,解决压裂结束后套管封隔器分段压裂管柱上提易遇卡的问题,以某区块一口水平井的套管封隔器分段压裂为例,从压裂管柱上提时的载荷、上下活动距离和返排液性质等特征因素入手,详细分析了该井前3段压裂后压裂管柱上提遇卡的原因,并制定了解卡措施,压裂管柱顺利解卡.为防止后续6段压裂再出现压裂管柱上...     

对《套管柱井口悬挂载荷计算方法》的几点意见

套管柱井口悬挂载荷计算方法(SY/T5731—1995),是我国关于套管柱井口装定计算的唯一标准。详细论述了该标准存在的一些缺点,认为其主要缺点表现在三个方面:第一,采用压力面积法计算轴向力,一方面导致计算过程复杂繁琐,另一方面其计算精度没有浮力系数法高;第二,个别计算内容有错误;第三,计算项目不够齐全,附加轴向力计算中没有考虑管内外液面下降,没有给出上提拉力增量和上提长度的计算公式,没有给出井口断面的三轴应力强度校核。建议我国钻井专业标准化委员会尽快修订该标准,并修改标准名称。     

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。     

堵塞器试压法及其拉力公式推导

介绍了堵塞器试压法的具体操作程序,推导出了试压时钻杆所受最大拉力的计算公式,并给出了两种常用套管的拉力值。在胜利油田几百口井的应用表明,堵塞器试压法的成功率100％,且省时,省力,安全性高,值得推广应用。     

膨胀套管膨胀力的理论计算

根据弹塑性的理论，推导了膨胀套管在弹性变形区和塑性变形区的周向应力和径向应力计算模型，确定了膨胀套管膨胀时在膨胀芯头与套管之间所需的最小接触载荷。对膨胀芯头的受力进行了分析，考虑了膨胀芯头几何参数和金属间摩擦系数等影响因素，建立了作用在膨胀芯头上膨胀套管所需膨胀力的计算方法，对相关参数对膨胀芯头拉力的影响进行了讨论，并用实验数据对理论计算结果进行了验证，结果表明，采用本文推导的计算模型所得到的芯头膨胀拉力的计算精度满足工程应用的需要。     

复杂长裸眼井段套管下放动态过程模拟研究

长裸眼水平井由于复杂的空间轨迹和较高的摩阻会导致套管在下放过程中承受较大的阻力而无法到达预定位置。针对该技术问题,基于动力学理论、现场井眼轨迹、井身结构、井径和套管柱结构等数据,建立了全井段动态下放的套管柱有限元模型,对不同下放深度下全井段套管柱的力学行为进行了研究,并在此基础上对现场下套管采取上提冲放措施进行了动态过程分析。模拟结果表明:随着套管摩阻的增大,套管柱在下放5 400 m后无法继续,直井段套管发生了严重的螺旋屈曲;上提下放过程中,套管柱的受力十分复杂;通过对下套管采用动态模拟既可以得到套管在一定井深阶段能否自由下放的决定因素,还可以明确现场采取"上提冲放"优化下套管作业对套管产生的实际影响。研究结果为指导套管顺利下放提供了理论依据。     

循环下套管装置卡瓦牙型选取及有限元分析

为了使循环下套管装置能承受较大的工作载荷,并保证装置能够平稳进行下套管作业,对卡瓦上布置的A、B、C这3种类型卡瓦牙进行了对比分析,应用ANSYS Workbench有限元软件,对这3种牙型在拉力和扭矩作用下的应力进行仿真分析计算。计算结果表明:卡瓦只承受拉力作用时,A型牙应力集中,且最大应力超过其屈服极限,因此易被破坏,B型和C型牙所受应力比A型牙小;只承受扭矩作用时,A型牙应力最小,C型牙应力最大;在相同扭矩作用下,卡瓦数量越多,单个卡瓦承受的应力越小。因此,确定循环下套管装置最优卡瓦牙型为B型。根据不同卡瓦牙排列形式,找出卡瓦牙最先失效的位置在卡瓦两侧最下端,并规定B型牙所能承受的最大拉力应小于1 500 kN,这样才能保证整套装置的安全性。研究结果可为卡瓦牙型设计及优选提供参考。     

液压加固补贴对破漏套管的仿真研究

针对胜利油田长距离套管损坏井连续破漏及管体刺漏等套管失效工况,以∅139.7 mm×7.72 mm的N80套管为例,借助于ABAQUS有限元软件建立了破漏套管经液压加固补贴后的有限元模型,并对套管组合体模型的承载极限进行了定量分析。研究结果表明:破漏套管表面裂缝的存在对套管组合体承受外挤工况的影响较大,而对组合体承受轴向拉力、轴向压力以及内压等工况的影响甚微;当破漏套管最小裂缝宽度小于2.5 mm时,经液压加固补贴后的组合体在轴向拉力、轴向压力、内压以及外挤等4种载荷工况下的承载极限均高于无损套管的承载极限,满足现场工况要求;而当最小裂缝宽度大于6.5 mm时,补贴后的套管组合体承受的极限外挤载荷小于63.4 MPa,抵抗极限外挤的能力有所降低;通过更改补贴管材质,可明显提高补贴组合体在内压及外挤工况下的极限承载能力。研究结果对现场施工作业具有一定的指导作用。     

石油钻井震击工具向上震击动载荷计算

美国BowenTools公司将震击器井下动载荷定为上提拉力的4～6倍。我国的打捞专家根据经验判断为2倍多，而有的学者计算出上击器的打击力为上提拉力的9倍多。文中根据上击器的工作原理，在三个假设条件下，推导出上击动载荷的计算公式。通过实例计算出上击动载荷为上提拉力的3．2倍。必须注意的是，在假设条件下计算上击动载荷，既忽略了部分能量损失，又进行了简化处理，因而计算值比实际值偏大。     

对我国《套管柱强度设计方法》标准的疑问

研究分析认为,2000年修订的《套管柱强度设计方法》(SY/T5322-2000)新标准存在一些值得商榷的问题,主要有:1)三轴应力强度在计算轴向应力时,对第一段套管采用压力面积法,以上各段则采用浮力系数法,两种方法混合使用;"轴向压应力可增大抗挤强度"的设计,是欠安全的;2)三轴抗拉强度计算公式、附录B中管内压力pi的计算、附录B2中有效拉力的绘图等,都可能有错误;3)用"垂深长度"乘以套管的"线浮重"计算定向井套管的自重拉力,与实际相差太大;4)套管弯曲力的定义不够严格,把弯曲力加到垂直井段是不正确的.     

裸眼井取换套工艺技术

<正> 取换套工艺技术的基本原理是采用套铣、倒扣打捞等相应的配套措施,将油水井中已经严重损坏的油层套管取出,然后下入新油层套管对接,达到修复套管的目的。 施工程序 ①起出原井管柱;②下封找漏或其它工具确定套管损坏位置;③拆四通、上提油层套管,割环形钢板;④下φ193.7mm的套铣头套铣油层套管外环空;⑤去丝堵、下捞矛倒扣,打捞油层套管;⑥下新油层套管对扣并充分紧扣;⑦上提φ193.7mm套铣管,解卡后起出;⑧上提油层套管,焊环形钢板;     

稠油注蒸汽热采井套管柱预应力松弛效应分析

为了验证提拉预应力固井技术是否适合井深小于1 000 m的稠油热采注汽井,在280℃的高温蒸汽作用下,对热采N80H和普通N80Q两种套管进行了应力松弛试验;建立了套管-水泥环-地层全井筒平面有限元模型,进一步说明预应力固井技术在浅层稠油热采井中的作用。分析结果表明,稠油热采井在长期高温注蒸汽作业过程中,因管体应力松弛现象而致使预拉力失效;在高温作用下套管上施加的预拉力经过一定时间后会降低;提拉预应力固井对浅层稠油热采井没有效果,不能预防热应力导致的套管失效,建议在浅层稠油热采井中不采用预应力固井技术。     

磨损套管螺纹接头密封面力学特性

螺纹接头磨损是影响套管密封完整性的主要原因之一。由于套管螺纹接头结构特征复杂,常规计算模型无法得到解析解,实验研究也较困难,因此针对磨损条件下接头密封面力学特性的研究很少。鉴于此,建立了均匀磨损、偏心筒型磨损和月牙型磨损3种磨损形式的套管螺纹接头三维弹塑性有限元模型,基于ABAQUS软件分析了磨损深度为5 mm时套管螺纹接头在复杂载荷条件下的应力应变特征,研究了上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下3种磨损形式对套管螺纹接头密封面力学特性的影响。研究结果表明,均匀磨损套管螺纹接头的密封面上存在较大塑性应变,且接触力比其他磨损形式大,密封失效风险较高。偏心筒型和月牙型磨损使得套管螺纹接头密封面接触面积、环形密封带最窄处接触宽度都有所降低,增加了接头局部漏失风险,影响套管螺纹接头的密封可靠性。     

水泥浆胶凝失重与套管轴向拉力关系实验研究

水泥浆固化过程是固井工程的重要环节。水泥浆固化好坏直接影响固井质量,继而影响整个钻井工程质量。在水泥浆固化过程中,浆柱压力降低会增加上部套管的拉力,这是导致油、气、水窜及套管早期损坏的主要原因。设计了水泥浆固化过程中套管载荷测试的实验装置,模拟井下不同工况,研究了水泥浆密度、水泥环长度、添加剂以及地层环境等因素对套管顶部应力的影响,得出套管轴向拉力随水泥浆凝固时间增长先增加后降低、最后稳定的规律,为水泥浆体系配方优选、改进注水泥施工工艺等提供了参考。