新型矿井套管-水泥环变形与渗漏试验研究

油页岩注蒸气开采过程中,套管-水泥环在高温条件下受热应力作用,发生膨胀变形,会给组合体密封性带来严重影响。基于弹性力学和热力学理论,设计了套管-水泥环渗漏试验装置,分析了套管-水泥环组合体在不同温度不同气压下的密封性。     

水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究

针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论,采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为,在岩性较软的地层,应选用刚度较大的水泥环,可帮助套管抵卸一部分载荷;在地层岩性较硬时,选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管目的;单纯增加水泥环的厚度不一定能够改善套管的受力情况,只有当水泥环弹性模量大于一定值后,加大其厚度可改善套管的受力状况。因此,在实际现场中,应根据具体的地层情况,调整水泥浆特性,达到最好的固井效果。     

气体动力改造煤储层对井下套管柱安全性影响分析

注入气体阶段与压力释放阶段是气体动力煤储层改造工艺对套管柱安全产生影响的2个关键阶段,为研究其影响程度,根据气体动力改造煤储层井的井身结构与套管柱,建立了气体动力煤储层改造井的套管、水泥环、围岩组合体力学模型,运用弹性力学理论对注入气体阶段、压力释放阶段套管的载荷进行了分析,并通过实例说明在注入气体阶段随着注入气体压力的变化,套管的外压载荷首先接近于挤毁压力,在压力释放阶段弹性应变能的瞬间释放会引起套管变形,在同等条件下,使用φ139.7 mm套管比φ177.8 mm套管安全。     

松软煤层瓦斯钻孔蠕变对煤孔的影响

为解决松软煤层瓦斯抽采钻孔变形较大、稳定性差等问题,基于蠕变煤层与套管相互作用力学模型,采用理论分析和ABAQUS数值模拟相结合的方法,研究了在非均匀地应力下松软煤层蠕变对瓦斯成孔稳定性的影响,对比松软煤层在有无水泥环、套管下的蠕变情况。结果表明:水泥环和套管对煤孔的稳定性会产生积极的影响;当钻孔直径取?85 mm时,套管及孔壁应力较小。     

水泥石封隔性能的评价参数研究

以G级油井水泥石为研究对象,研究了油井水泥石应力作用下封隔性能的评价方法,为完善评价水泥石封隔性能提供理论依据.通过三轴力学测试仪和水泥石渗透率仪进行了水泥石的回弹能力和渗透率的试验,并结合套管的相关数据理论分析,给出了回弹能力和渗透率两个评价水泥石封隔性能的重要参数,从套管与水泥环界面及水泥环本体两方面来评价水泥环的...     

水泥环参数和套管形状参数对套管强度的影响

目前,国内外均面临着严重的套管损坏问题,因此研究套管强度的影响因素是必要的。通过建立套管和水泥环的三维有限元模型,并利用Ansys有限元分析软件研究了水泥环参数、套管偏心率和椭圆度对套管强度的影响。模拟结果表明,只有水泥环的弹性模量超过一定值,增加水泥环的厚度、弹性模量才能提高套管的强度,否则还会增加套管内壁的等效应力,并且得出了水泥环对套管强度的增幅效果是套管径厚比的函数;此外套管的强度随着套管偏心率和椭圆度的增加而大幅度降低,容易引起套管屈服破坏。     

非均匀椭圆载荷下套管抗外挤能力分析

目前大多数油井套管的损坏很大程度上是由非均匀载荷引起的,外载荷的非均匀性等因素大大降低了套管的承载能力,为此,揭示这些因素对套管抗挤能力的影响具有重要的实际意义。根据非均匀椭圆载荷作用下套管的受力特点,利用材料力学理论建立了理想套管的环向应力计算模型,分析了套管的应力分布规律,结果表明:套管承载的危险点为圆周方向与最大水平地应力成90°夹角的内壁上,与有限元数值模拟结果有着很好的一致性。并以危险点应力状态为依据,得到了套管在不同的非均匀载荷下的等效外挤压力计算的新公式。计算结果表明,椭圆载荷中的非均匀部分对套管等效外挤压力影响极大;外载荷非均匀度越大,径厚比越大,套管承受外挤载荷能力越差,越容易发生挤毁失效。     

水平井分段压裂水泥环界面应力分布规律分析

水平井分段压裂作业会使水泥环受力平衡被打破,导致水泥环封隔失效,引发油气水窜流,环空带压。针对目前水泥环界面应力分布模型没考虑水力裂缝诱导应力影响,基于诱导应力分布特点,结合非均匀应力下套管—水泥环—地层耦合力学模型,推导除了分段压裂水泥环界面应力分布模型及边界条件,进而展开了某页岩气井分段压裂水泥环界面应力实例分析。分析结果表明:考虑诱导应力时水泥环在裂缝壁面处径向应力第一、第二界面分别增大了8.8%、22.7%,剪切应力第一、第二界面分别增大了3倍、4倍。因此,固井设计时水力裂缝诱导应力对水泥环的影响不可忽略。     

致密气藏储层开发过程中套管应力分布影响规律研究

目前各大油田套损现象严重,研究套管受力非常迫切。利用离散元与有限元分析方法,建立了套管—水泥环—地层组合体系模型,模拟裂缝密度、裂缝夹角、水泥环缺失厚度、多缺口夹角、套管偏心下水泥环厚度及其弹性模量、断层滑移对套管的应力分布影响情况。结果表明,套管应力随着裂缝密度的增加呈现增大的趋势,套管应力随着次级裂缝与主裂缝间夹角的增大呈现增大的趋势;套管应力随着地应力差值的增加呈现不断变大的趋势,当地应力差值相同时,随着水泥环单缺口缺失厚度增加,套管越容易发生损坏,水泥环双缺口夹角为60°及三缺口夹角75°时,套管应力值最大。当套管存在偏心,偏心率为0037、0074、0111时,随着水泥环厚度的增加,套管应力呈现不断变大的趋势;当偏心率为0148时,套管应力随着水泥环厚度增加而减小,水泥环对套管保护能力随其弹性模量的增大而增强。套管应力随着断层滑移的增大而增大,而增速在不断放缓。     

非均匀载荷和内压作用下石油套管的抗挤能力分析

油井套管往往处于管内外复杂的受力环境下,揭示和分析这些因素对套管抗挤能力的影响就显得非常重要,并可为套管强度设计提供理论依据。根据套管在受到外部非均匀载荷和内压作用下的受力特点和材料力学理论,建立了单位长度的理想圆管的环向应力的计算模型,得到了套管内外壁的环向应力分布规律。计算结果表明:套管发生破坏失效位置在圆周方向与最大水平地应力成90°角的内壁上。依据Von Mises屈服准则由失效点得到了非均匀外挤载荷和内压作用下套管屈曲时抗外挤能力的新公式。实例计算表明:在影响套管的抗挤能力的因素中,外载荷的非均匀系数对套管抗外挤能力影响最大,外载荷的非均匀系数越大,套管抗外挤能力下降得越快;在外载荷非均匀性较小的条件下,提高套管外载荷承载能力可通过增大内压和减小套管径厚比来实现。     

悬空套管段承温能力分析

针对高温高压井因井筒温度升高导致的悬空套管段附加载荷,建立计算模型,对套管的承温能力、环空降压效果进行了分析.计算表明:套管在密闭外环空附加压力和轴向温度应力共同作用下,会很快到达屈服极限,最危险位置在水泥环端面附近;外环空附加压力导致套管径向收缩,能够引起固井段的水泥环与套管剥离;环空降压可以大幅度提高套管承温能力,同时由于环空压力低时套管径向膨胀,能够阻止水泥环与套管的剥离.研究成果对高温高压井套管设计、防护措施选择、生产参数确定等实际问题具有重要参考价值.     

煤层气井固井质量测井评价方法研究

固井质量对煤层气的勘探开发影响大,针对煤层气井井深较浅、储层复杂的特点,在借鉴石油、天然气井固井质量评价方法的基础上,综合利用测井曲线,以声幅曲线、变密度曲线为主,对煤层气井进行固井质量评价。研究结果表明,自由套管、套管与水泥环、水泥环与地层存在几种胶结情况,不同胶结情况有不同的测井响应特征。以贵州某煤层气井固井质量评价为例,分析了煤层及其顶底板的固井情况,为煤层气开发提供了重要的指导意义。     

固井水泥石力学性能研究现状浅析

由于井下工况和后期生产作业等使水泥环受力状态发生改变,水泥石除抗压外其它力学性能也发生变化。导致水泥环本体的完整性受到破坏,进而导致套管抗外挤载荷能力降低,甚至造成油井套损。通过对近年来发表的文章中有关固井水泥石力学性能理论分析与室内试验评价方法研究,及其得出的主要结论进行综合分析,基于大庆油田目前的技术条件,针对今后在固井水泥石力学性能研究方面提出参考建议。     

原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明：(1)含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;(2)不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;(3)煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;(4)层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含...     

深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式

受开采卸荷扰动影响，深部岩体互层及其组合结构系统的破裂失稳是诱发采场突水等灾害的主要原因之一。为研究深部开采围压卸荷对岩体组合结构破裂的影响，室内开展了原生煤岩组合体三轴加卸荷-渗流试验，获得了不同初始围压下原生煤岩组合体围压卸荷致裂的竖向、倾斜及环向裂隙分类特征，研究了其轴压卸荷起点、围压卸荷终点的强度特征及主导破裂模式的力学机制；结合CT扫描与三维重构技术，获取了原生煤岩组合体卸荷破裂的几何特征；建立了围压卸荷量与岩体卸荷致拉破裂、致剪破裂的关系，揭示了围压卸荷致裂模式与渗透率突变关系，验证并判定了不同初始围压下原生煤岩组合体的主导卸荷致裂模式。结果表明：在围压卸荷和轴压加载共同作用下，原生煤岩组合体卸荷破裂模式主要分为围压卸荷致拉破裂、致剪破裂及轴压协同卸荷致裂模式3类；随初始围压增加，原生煤岩组合体围压卸荷致拉破裂的围压卸荷终点临界值及致剪破裂的轴压卸荷起点临界值均线性增加；围压卸荷可致轴压协同卸荷突降并驱动煤岩分界面及层理等原生裂隙结构环向张拉破裂，且以沟通倾斜及竖向裂隙为主导；而围压卸荷致拉破裂与致剪破裂模式均可致原生煤岩组合体渗透率突变增高，突变点致裂模式与其围压卸荷终点...     

煤岩单体及原生组合体变形损伤特性对比试验研究

研究煤岩组合体在不同应力条件下的变形损伤规律,对揭示矿山动力灾害机制具有重要 意义。 在单轴加载条件下,分析原生煤岩组合体、人工煤岩组合体及煤岩单体应力-应变规律,通 过采集加载过程中试样声发射行为信息,初步探究原生煤岩组合体损伤破坏规律。 对比分析发 现:① 煤岩组合体界面的差异对煤岩组合体力学性质、声发射特征具有较大影响;② 单轴加载条 件下4种试样抗压强度依次为:岩样>人工煤岩组合体试样>原生煤岩组合体试样>煤样;③ 组 合体受载变形和峰值强度受介质间界面条件、弹性模量及尺寸效应等多重因素影响;④ 原生煤 岩组合体在加载屈服破坏阶段内部裂隙发育贯通现象相对活跃,且早期损伤主要发生在原生煤 岩组合体界面或附近煤岩体。     

SBT技术在工程找窜中的应用

扇区水泥胶结测井(SBT)不仅具有标准的声幅和全波列变密度显示,还可以对套管外水泥环进行分区评价,更加直观清晰反映水泥环的分布情况。通过与CBL/VDL资料的对比,显示SBT资料在评价管外窜槽方面效果明显,是检测固井质量和管外窜槽的有效测井方法。     

水岩作用下不同强度煤岩组合体力学特性损伤规律研究

在富水矿井中，煤岩体以及井下留设的隔水煤岩柱受到地下水的长期侵蚀，导致煤岩体在水岩作用下力学特性发生改变并受到损伤，直接影响到矿井的稳定及安全生产。因此，对泥岩-煤-泥岩(N-M-N)、砂岩-煤-砂岩(S-M-S)、石灰岩-煤-石灰岩(H-M-H)3种不同煤岩强度比的煤岩组合体开展饱水前和饱水后的单轴压缩试验，研究水岩作用下煤岩组合体的力学特性演化规律和声发射损伤特征，并结合RFPA2D数值模拟分析水岩作用对组合体破裂形式的影响。研究结果表明：水岩作用对煤岩组合体抗压强度和弹性模量有明显的劣化效应；水岩作用使煤岩组合体的声发射计数和累计计数下降明显；水岩作用使煤岩组合体裂隙扩展及破裂形式发生明显改变，声发射事件数始终伴随有裂隙的产生与扩展。     

影响新疆油田滴西油气田尾管固井质量的原因分析及解决方法探讨

新疆油田滴西油气田目前新钻井大部分采用裸眼段尾管固井工艺,由于在尾管固井过程上下环空间隙大小不同,固井水泥浆不能均匀分布,水泥浆候凝过程中失水,容易出现尾管固井水泥浆小循环现象,造成悬挂器及尾管与上层套管重叠段无水泥,并且由于套管与水泥浆胶结不好,导致固井质量差、环空气串和套管抗外挤能力降低等问题。通过对影响尾管固井质量的原因进行分析,针对性地提出了几个解决办法,并对几个解决办法可行性及实施效果进行了探讨。为以后在该区块及其他区块的尾管固井完井施工类似问题的处理提供了参考。     

大直径工程井套管完井关键技术应用研究

大直径工程井成井后井眼直径一般为?300～?1500mm之间,深度1000m以浅,入井的表层套管和工作套管直径一般在?280～?1200mm之间。由于井眼直径大、深度大、施工周期长再加上套管直径大、总质量大等特点。在施工过程的不同环节发生了不同形式的套管挤毁事故,造成整井报废,损失惨重。通过运用材料力学基本原理,对下入井内的套管进行了深入的力学分析,确定套管的规格。根据钻孔深度、套管材质、设备提升能力的具体情况,确定具体的下管方法。结合大直径工程井套管与井径环空容积大、固井时注水泥量大的特点,采用井口密封止逆内管法固井,提升固井质量。为今后大直径工程井的施工技术,具有重要的借鉴和参考意义。