连续油管机械接箍定位器研制

国内大多数油气藏在纵向上存在多个产层,且较多为薄互层。在薄互层的开采上,为了提高单井产能和最终采收率,都需要对各层位分别进行压裂酸化增产改造。而这个改造过程中必须对连续油管及其工具下入深度进行较为精确的定位,才能使压裂酸化效果达到最优。机械接箍定位器是目前较为普遍使用的一种连续油管深度定位工具。该接箍定位器上的径向方向设置有3～4块凸起的定位片,当接箍定位器经过套管接箍时,定位片会随着接箍处的内径扩大而外张,随着接箍处的内径缩小而收缩,由此带来连续油管轴向拉力的变化。使用前在完井管串中设置短套管,通过测井手段获取实际接箍深度数据,并通过连续油管拖动接箍定位器经过套管接箍时拉力的变化曲线,并结合测井获得的接箍位置数据,可以较为精确地判断出入井工具与套管接箍的位置,从而确定连续油管深度和作业产层位置。通过室内试验、现场试验与应用表明：机械接箍定位器仪表显示感应力明显,感应力在现场应用时可调整,满足了分层压裂改造工艺的需要。     

接箍锚定式井下节流器锚定机构性能分析及优化

目前苏里格气田广泛应用的卡瓦式井下节流器在打捞时存在解卡工艺复杂、卡瓦咬死油管导致打捞成功率低等问题,为此研发了一种接箍锚定式井下节流器,依靠卡爪锚定于油管接箍槽间隙,具有易解卡、不卡死油管、不下滑和钢丝作业一趟完成打捞的特点。为了提高接箍锚定式井下节流器锚定机构的工作性能,利用ANSYS有限元分析软件,建立了锚定机构与油管接箍的有限元模型,模拟了锚定机构在锚定、打捞时的工作过程;利用中心组合设计法建立了节流器最小打捞力以及下击作业时卡爪所受最大应力与卡爪长度、卡爪厚度的数学模型,分析其影响变化规律,得出最佳卡爪长度、卡爪厚度分别为95.6 mm和2.9 mm,最小打捞力为1.9 kN,下击作业时卡爪所受最大应力为732 MPa,与原节流器相比明显提高。研究结果表明,接箍锚定式井下节流器锚定机构设计合理,在保证节流器锚定机构安全工作的同时,优化了节流器锚定机构的卡爪参数组合,为接箍锚定式井下节流器的现场应用提供了技术保障。      

小型测井仪精确定位套管

美国安泰克公司在其系列测井工具上增设了一个直径22．2毫米的测井仪接头。这种新型接头可直接与该公司的新型套管接箍定位器配套，通过电缆与工具串连接，可探测连接接箍，以准确定位井眼中套管的位置。接箍定位器配置有稀土永磁体，可提供极强的信号和高灵敏度。并且由于其外径较小，可适用于小井眼井的倒扣作业。     

科技简讯

小型测井仪接头美国AnTech公司在其系列测井工具上增设了一个Φ22.2的测井仪接头。该种新型测井仪接头可直接与该公司的新型套管接箍定位器配套,通过电缆与工具串连接,可探测连接接箍,以准确定位井眼中套管的位置。其接箍定位器配置有稀土永磁体,可提供极强的信号和高灵敏度。因此,采用它可高精度地确定套管接头的位置,并且其外径较小,可适用于小井眼井的倒扣作业。另外,它也可用于井底总成遇卡和释放机构故障时的连续油管作业。这时可先将电缆由井中起出,再将连续油管由地面切断。之后,测试接头就可带动切割工具转动,将油管在尽可能接近井…     

水下井口系统拉伸与弯曲测试工装设计与分析

水下井口系统在深水油气开采作业期间承受复杂载荷的作用，极易发生强度破坏和结构失效。目前主要通过数值模拟的手段对水下井口系统进行分析，无法准确评估水下井口在工程应用时的安全性，研制水下井口系统的专用测试设备并分析其试验过程中的结构稳定性具有重要意义。根据水下井口系统实际装配结构，自主设计了水下井口承受悬挂、拉伸、弯曲载荷下的专用测试工装。为论证测试工装结构在测试试验过程中是否会发生强度破坏，基于ANSYS Worbench建立了3种测试工装的有限元模型，分析得到不同工况下测试工装应力响应云图。计算结果表明：悬挂载荷测试时，测试工装最大应力为597.50 MPa;弯曲载荷测试时，测试工装最大应力为349.34 MPa;拉伸载荷测试时，测试工装最大应力为179.14 MPa。各部件应力均未超出材料屈服强度，能够保证测试试验的稳定运行。研究结果可为水下井口系统测试工装的研究设计提供参考。     

连续管底部封隔分层压裂工具的研制与应用

四川气田合川须家河纵向上具有多层段、薄互层的特点。为了提高单井产量,需要有效地发挥纵向上多个层段、薄层的产气能力。基于此,开展了连续管底部封隔环空分层压裂工具技术攻关,形成了多种定型工具产品。连续管底部封隔分层压裂工具管柱主要由套管接箍定位器、机械封隔器、压力平衡阀、喷砂射孔工具、扶正器、丢手接头及连续管接头组成。针对直井、斜井和水平井不同井型,套管接箍定位器可选择不同的定位块和弹簧进行组装,定位感应力可调。现场应用结果表明,工具能保证作业后井筒的完整性,封隔器坐封、密封可靠,解卡转层快速,接箍定位器定位精准,判断显示明显,施工中途砂堵可应急反冲砂解堵。     

高含水期井下工具失效与示功图特征分析研究

针对高含水期油井示功图分析诊断与井下工具失效实际状况不符的情况,对8O口井井下工具失效的描述、实测示功图、井口憋压等现场作业资料进行跟踪、积累和归纳分析,得出油井发生抽油杆断脱、油管漏失、柱塞与泵筒间隙漏失、游动阀漏失等故障时示功图特征及井口憋压特点。分析研究认为,分析诊断高含水期油井井下工具工作状况时,除参考依据上述示功图外,还需结合憋压、悬点载荷变化和相关计算进行综合分析。     

BEST井下开关井工具在渤海油田试井中的应用

BEST井下开关井工具通过钢丝作业的方式将工具串送入井下工作筒内，脱手坐封于工作筒并密封工作筒以下的测试部分，由已编程序控制流体快速关闭阀的启、闭，实现井下开关井的目的。通过现场实验证明，确实达到预期的效果，具有广阔的推广应用前景和较高的使用价值。     

偏心油管接箍复合打捞筒的研制与应用

针对井下打捞作业过程中,打捞带接箍的管类落物时打捞工具难以引进、打捞后分解时易损伤油管及打捞工具、井下落物鱼顶型号不清、重复使用打捞工具等难题,研制了偏心油管接箍复合打捞筒。该打捞筒是在引鞋的作用下,能使鱼顶顺利进入打捞工具,在上部钻具的重力作用下,鱼顶冲开偏心支撑体上移,弹簧压缩,当上移到一定位置后,上部支撑体在弹簧的作用下下移,支撑在鱼顶接箍一侧,消除鱼顶向一侧倾斜的力,另一侧台阶卡住落鱼鱼顶,上提钻具,实现打捞。该工具可同时对φ63.5、76.2mm油管接箍实现打捞,在现场可快速分解,可重复使用打捞,不伤害油管及打捞工具。应用表明,这种偏心打捞筒使用范围较大,捞获成功率100%。     

机械式套管接箍定位器的研制及应用

对于一些需精确定位的连续油管作业,如多薄层压裂,连续油管自有的深度计量设备误差太大。通过对三种井下定位方法的对比,得出机械式套管接箍定位器法定位准确,研发难度小,且成本低。鉴于此,进行了机械式套管接箍定位器结构设计、工作原理研究,并经过室内实验和现场实验论证,性能指标满足现场要求,取得了预期效果。     

机械式双定位块套管接箍定位器的设计与现场试验

连续油管入井过程中存在预弯曲、受力易伸缩的问题,无法满足连续油管压裂中对目的层高精度定位的要求,为此,设计了机械式双定位块套管接箍定位器。在分析现有套管接箍定位器优缺点的基础上,设计了机械式双定位块套管接箍定位器的结构,对该定位器入井过程中5种情况下的受力进行了分析,揭示了其工作原理——利用大钩载荷的变化与测井数据,找准定位块经过套管接箍时管柱下放力的2次波动,实现精确定位。利用ADAMS软件对该定位器进行了动力学数值模拟,分析了定位块角度、弹簧刚度、定位块高度差对该定位器产生的力学波动幅度的影响。模拟分析发现,定位块角度、弹簧刚度与该定位器产生的力学波动幅度成正比,而定位块高度差对该定位器产生的力学波动幅度影响较小。根据模拟结果,优选定位块角度为65°、弹簧刚度为220 N/mm。该定位器在塔河油田X井的现场试验结果发现,可以将因振动、固体颗粒等引起的干扰波动与经过套管接箍所产生的力学波动区分开来,从而有效避免误判。研究认为,机械式双定位块套管接箍定位器定位精度高,能有效解决连续油管入井过程中对目的层定位不准的问题。      

井下机械定位器的研制与应用

校正井下管柱深度及封隔器卡封位置常用测磁定位曲线来实现,但该方法工艺复杂、工作量大、生产时间长、成本高。鉴于此,研制了井下机械定位器。该定位器采用机械原理触摸井下短套管接箍的方法来确定井下管柱深度及封隔器位置,现场工作人员就可及时准确定位,可降低生产成本,提高作业效率。现场试验19口井,成功率100%,单井节约磁定位成本6000元以上,减少作业时间6h以上,取得了很好的经济效益。     

侧钻开窗钻具组合挠性短节非线性力学模型及失效分析

挠性短节是套管侧钻开窗钻具组合中易产生弯曲大变形失效的管柱,合理设计钻压、扭矩、挠性短节尺寸等参数,保证挠性短节安全是侧钻成功的基础。为建立挠性短节受力失效条件与影响因素的定量关系,文章考虑开窗钻进的动态过程,建立了挠性短节非线性力学模型,采用ANSYS Workbench数值分析了挠性短节的应力与变形分布,研究了钻压、扭矩、挠性短节壁厚对挠性短节力学状态的影响规律,得到了三种型号挠性短节失效时的极限钻压和极限扭矩。研究结果表明,挠性短节壁厚是影响开窗钻具安全的首要因素,其次为钻压和扭矩;挠性短节壁厚增加20 mm(10.4 mm增大至30.4 mm)时,开窗钻具最大压应力由870.64 MPa减小到804.04 MPa,减幅为7.65%;钻压由3 t增大到13 t时,挠性短节最大压应力由838.33 MPa增大到860.13 MPa,增幅为2.60%;扭矩由1.5 kN·m增大到6 kN·m,挠性短节最大压应力由842.42 MPa增大到849.56 MPa,增幅仅为0.85%。文章所建立的挠性短节力学模型及失效分析方法为开窗施工参数及钻具尺寸的设计提供了参考。     

水平井封隔器卡瓦的有限元分析及结构改进

在石油钻采中，封隔器卡瓦承受巨大压力易发生断裂，直接影响到封隔器的密封性能，从而影响油井的开采过程及生产安全。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对卡瓦进行有限元数值模拟分析。施加140 kN载荷时，卡瓦最大应力为230.11 MPa，超过其材料的最大抗压强度；对卡瓦封隔器试验模型进行压裂试验，试验施加压力为186.33 kN时卡瓦发生断裂，测得抗压强度为233 MPa；对卡瓦进行结构设计，卡瓦牙间距尺寸分别为15 mm、25 mm和30 mm。根据有限元分析结果，卡瓦牙间距为30 mm时卡瓦应力、应变分布趋于均匀，所承受的最大载荷为240 kN，最大应力为230.66 MPa、最大变形量为0.058 mm，证明此卡瓦结构尺寸较为合理。     

砾石充填服务管柱防窜力学分析及解决方案

海上砾石充填完井防砂作业中,井下工具的相对位置是影响其功能实现的关键因素。为了保证内层服务管柱与外层管柱的位置准确性、选择合适的井下负荷定位工具及最佳压载吨位,对充填作业中及作业后的服务管柱进行了受力分析,建立了充填流体作用于完井管柱的力学模型,并推导出井下负荷定位工具的最佳压载吨位,模型假设井下负荷定位工具为承载点,管柱轴向窜动负载受流体循环压差、管柱热胀冷缩以及管柱弯曲等因素的影响。试验井模拟试验和现场实例分析表明,管柱力学模型与实际作业情况基本吻合,验证了在砾石充填作业过程中使用配套井下负荷定位工具的必要性,为现场作业提供数据支持,并对异常情况进行预判。     

超深井上部大尺寸井眼稳定器接头母扣失效机制

顺北区块超深井?444.5?mm大尺寸井眼井段长达5000?m,不但需要面对提速、控斜难题,而且存在稳定器母扣频繁失效问题.为此,从钟摆钻具组合(BHA)动力学分析着手,探讨了大尺寸井段稳定器母扣失效机制.基于钻柱动力学有限元方程,研究了大尺寸井眼中BHA稳定器处的复杂动力学特征,确定了稳定器母扣附近的动态弯矩和涡动特...     

可提出式插管封隔器关键技术及现场应用

插管封隔器是水平井多级滑套裸眼封隔器压裂工艺的核心工具。针对多级滑套压裂施工过程中插管封隔器存在的提前坐挂、下入遇阻等问题,分析了可提出式插管封隔器工具的工作原理及关键技术,阐述了送入和坐封工具的结构组成,采用整体式合金卡瓦避免入井过程中卡瓦损坏导致的提前坐挂现象和保证卡瓦的双向锚定性能,创新地提出了机械和液压双作用丢手工具和解挂工具,提高其承载能力和回收性能。数值模拟和地面实验表明,可提出式插管封隔器承载能力大于600 k N,封隔压差70 MPa,并顺利解挂,各项功能均满足设计要求。在现场×6井应用中,由于异常井况,工具发生提前坐挂,下入解挂工具后顺利实现封隔器解挂和管串提出。     

套损井多次补贴用可变径膨胀锥设计与性能分析

针对套损井已补贴段下方无法进行多次补贴的问题,设计了一种可变径膨胀锥,以实现膨胀工具小直径入井、大直径膨胀,从而达到对套损井多次补贴的目的。在设计可变径膨胀锥结构的基础上,建立了膨胀锥闭合过程中的力学计算模型和运动计算模型,得到了膨胀力与推力、楔形角、摩擦系数的函数关系及推力与约束力、摩擦系数的函数关系。计算结果表明,可变径膨胀锥的膨胀力是推力的1.53倍,端面摩擦系数由0.1增大至0.4过程中推力增大8.8 kN,由0.5增大至0.8过程中推力增大19.0 kN,膨胀锥最大应力454 MPa。样机室内试验结果表明,该工具结构设计合理,启动压力3~5 MPa,完全闭合压力52 MPa,膨胀锥最大外径由188.0 mm增大至220.0 mm,与常规膨胀锥尺寸相同,膨胀率达17.02%。研究结果表明,可变径膨胀锥的膨胀力随推力增大而线性增大,能够实现膨胀工具小直径入井、大直径膨胀,进一步降低闭合压力后具有广阔的应用前景。      

铰链式采油井架的卧式轴向加载型式试验

对CJ30－18型采油井架进行了卧式轴向加载型式试验，并电测了主要构件的应变，静压缩载荷最大为1000kN，最大的压应力绝对值为127MPa，低于井架材料的屈服极限（240MPa），这就考核了井架的抗压强度。经过轴向加载型式试验的井架已在现场正常工作了两年，证明了对铰链式采油井架进行卧式轴向加载试验等效于井架实际工况，且简便、安全，占用场地小。若井架工作时的结构布置改变，可参照此方法重新分析计算。     

海洋平台Y型管节点静力强度研究

在海洋平台结构中,管节点是关键部位。以典型Y型管节点为例,采用有限元法,研究Y型管节点的静力强度。利用ABAQUS建立某海洋平台某Y型管节点有限元模型,通过施加一系列不同的载荷,计算得到Y型管节点失效时所承受的载荷。基于ABAQUS计算该Y型管节点在承受轴向拉伸、平面内弯曲和平面外弯曲载荷时构件发生失效的应力情况,发现构件失效时,所承受的轴向拉伸载荷为1 430 kN,平面内弯曲和平面外弯曲时弯矩载荷分别为37.28 kN·m和17.69kN·m。敏感性研究通过改变弦杆的壁厚,计算得到该Y型管节点在承受外部载荷一系列最大应力和变形值。研究表明,随着弦杆壁厚的增加,Y型管节点的应力和变形值减小。