ISO10400油管套管抗内压爆裂设计

随着高温(150 ℃)、高压（100 MPa）、高含H2S（2%～70%）气井日益增多,该类气井中的油管、套管一旦爆裂失效,将会导致油套管串通,甚至含硫气体溢出地面,危害巨大。在油套管的设计中,尽管API 5C3给出了油管、套管的最小抗内压强度,但没有给出最大的爆裂失效强度,而准确预测出油管、套管的抗内压极限强度即爆裂强度是非常重要的。分析了ISO10400:2007标准,介绍了油管、套管抗内压爆裂计算模型,并用套管实测爆裂强度与该模型计算爆裂强度进行了对比。结果表明,该模型计算出的油管套管爆裂强度精度较高,能够较好地反映油管套管真实的抗内压强度,对改善油管套管设计具有一定的参考价值。      

油管套管抗内压强度计算研究

高温高压高含硫气井中的油管、套管一旦爆裂失效,将可能导致油套串通,甚至含硫气体串出地面,危害性较大。因此,在油管、套管强度设计中,不但要合理地计算出最小的抗内压屈服强度,而且还要准确地预测出极限强度即爆裂强度。针对API Bulletin 5C3:1994屈服计算公式存在的不足以及ISO/TR 10400:2007爆裂强度计算模型计算精度不够理想的问题,根据屈强比（Y/T）对油管、套管爆裂失效强度影响规律,提出了具有更高精度的油管、套管抗内压爆裂计算新模型,通过与试验数据计算对比,证明了新模型的可靠性和合理性,对优化“三高”气井油管、套管抗内压强度设计提供了新的参考依据。     

油管与套管抗内压强度研究

在深井、超深井钻井过程中,由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损,导致套管抗内压强度降低,给安全钻井带来隐患.文中针对API 5C3模型已不能准确预测套管实际抗内压强度的问题,研究了材料的屈强比对油、套管爆裂强度的影响规律,给出了具有更高精度的油、套管抗内压爆裂计算新模型.结果表明,该模型计算出的油管套...     

ISO 10400油套管强度新模型

随着套管制造工艺的不断改进和制造水平的显著提高，现有的API5C3模型已不能正确地预测套管的实际抗挤强度。通过对ISO10400新标准的研究，给出了考虑微裂纹等各种缺陷的油套管抗挤新模型及两端堵口的抗内压韧性断裂模型。计算的精确度用部分数据与API作了对比，证明了抗挤新模型的可靠性和优越性。新模型对改善油套管设计和生产商改进油套管质量具有一定的参考价值。     

考虑制造缺陷的套管抗挤强度计算新模型

API 5C3未考虑套管的制造工艺及缺陷对套管抗挤强度的影响,已不能准确地预测套管实际抗挤强度。API/ISO工作组针对API 5C3存在的不足,修订了现行API 5C3标准,给出了含制造缺陷的抗挤新模型,大大提高了套管强度计算的科学性。研究中发现,ISO抗挤新模型并不适合所有壁厚段套管强度的计算,为此,在研究和评价ISO新抗挤模型的基础上,提出了考虑制造缺陷的抗挤强度计算新模型。通过与ISO/TG提供的上百个实物挤毁数据对比验证,本文所给出计算式的计算精确度明显好于API 5C3挤毁公式及ISO新模型,为套管强度的设计提供了新的参考依据。     

对油气井油管、套管ISO新抗挤模型的研究

在石油和天然气行业中,油管、套管是油气井生产中重要的设施,准确地预测油管、套管抗挤强度能够防止或减少油管、套管失效事故的发生。针对API 5C3计算精度偏低、对抗挤强度影响因素考虑不全面等问题,API/ISO工作组修订了现行API 5C3标准,给出了含制造缺陷（椭圆度、壁厚不均度、残余应力、制造微裂纹等）的抗挤新模型,从而大大提高了套管强度计算的科学性。研究中发现,ISO抗挤新模型并不适合所有尺寸套管强度的计算,当前研究的成果与实际情况存在一定差异,这并非是ISO工作组要研究、修订API 5C3的初衷。因此,建议后续研究者对ISO新模型进行必要的修正或改进,给出更可靠合理的计算模型。这要比单一用API 5C3设计油管、套管强度更合理,既避免了材料的浪费又能保证材料的安全可靠性。     

深井内壁磨损套管剩余抗内压强度研究

深井钻井过程中,钻柱对套管内壁造成磨损多为"月牙形"磨损。在弹塑性力学分析的基础上,应用长槽形磨损模型分析磨损套管的抗内压强度变化规律。采用有限元数值模拟计算分析了磨损套管剩余强度的变化规律。根据磨损位置产生的附加弯曲应力,对原有的长槽形磨损模型进行了改进,并与试验结果进行了对比分析。分析结果表明,套管接头直径对套管抗内压强度影响较小。使用目前套管柱强度设计中常用的均匀磨损模型进行套管强度设计,偏于安全。改进后建立的磨损套管抗内压计算模型能更准确地描述磨损套管的剩余强度,与试验值更为接近,可为套管柱强度设计提供更为合理的理论参考。     

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用弹塑性有限元方法 ,建立了套管的有限元力学模型。给出了磨损量、抗内压强度系数的确切定义。对套管内壁不同磨损量的抗内压强度系数进行了分析计算 ,得出了套管的抗内压强度与内壁磨损量成抛物线关系。并分析了不同磨损量时 ,在内压作用下 ,套管管体达到屈服时 ,磨损量与抗内压系数、套管内VonMises应力以及套管内的位移变化关系。并得出了P110× 2 4 4 .4 8mm× 11.99mm套管结构尺寸下 ,磨损套管抗内压系数与其磨损量的经验公式 ,为磨损套管柱设计提供理论数据。     

含微裂纹油井套管的抗内压断裂强度预测

API 5C3抗内压屈服设计的基本原理是管内壁屈服即失效,实际上,管内壁开始屈服并不会丧失密封和结构的完整性,内壁屈服在实际试验和现场应用中都体现不出来,爆裂能真实体现套管丧失密封的完整性.当裂纹深度大于管壁厚的5%时,失效形式是一种裂纹扩展失稳,应采用基于断裂力学理论的裂纹失稳断裂公式来预测套管的断裂压力,并与ISO的韧性爆裂压力对比,以二者中小者为准.ISO10400:2007给出了油井套管的JIC值,由JIC和油井套管临界应力强度因子KIc的关系可求得油井套管的KIC值,根据KIC与预测断裂压力的失效评估图(failure assessment diagram,FAD)就可以预测出不同裂纹深度油井套管的抗内压断裂强度.FAD为油井套管的抗内压设计提供了一种重要的参考依据.     

固井缺陷对磨损套管抗内压强度的影响

套管磨损和固井缺陷是钻井过程中必然存在的现象。应用相似准则设计出磨损套管的相似模型,对不同固井质量缺陷和不同磨损情况的套管进行组合实验,将实验结果与有限元分析相结合来研究模型套管在不同固井缺陷和不同磨损量下的抗内压强度。将模型套管推广到原型,利用有限元方法分别计算了水泥环—套管—地层系统在不同水泥环缺失范围、不同套管磨损程度下的抗内压性能。研究结果表明:当水泥环有缺损时,不但不能增强套管的抗内压能力,反而降低了套管的抗内压强度。水泥环的缺失范围越小,应力集中现象越严重。     

基于井下作业载荷的A环空带压值计算研究

当前气井环空带压现象日趋普遍,部分井已严重影响其安全生产。环空带压机理较为复杂,大致可以分为温度效应诱发的环空带压、鼓胀效应诱发的环空带压、泄漏或密封失效等因素诱发的环空带压等,文章主要讨论鼓胀效应诱发的环空带压机理及相应的计算模型。对于两端固定且封闭的油管柱,当油管内压力大于油管外挤力时,油管柱的外径发生鼓胀(即鼓胀效应),导致油管和套管之间的环空体积减小,从而诱发环空带压。笔者运用弹塑性力学基本理论,将油管柱简化为薄壁圆筒,推导出了油管柱内压力与其膨胀量、A环空带压值之间的关系模型,为环空带压安全评价和下一步治理方案提供理论依据。     

油气井管柱完整性技术研究进展与展望

在回顾油气井管柱完整性概念的提出与发展历程的基础上,介绍了我国在钻柱构件适用性评价、"三超"(超深、超高温、超高压)气井油套管柱可靠性设计与完整性评价、"三超"气井油管腐蚀行为与评价、热采井基于应变设计与选材评价技术等方面的最新研究进展及其应用情况。指出现有油气井管材与管柱技术仍不能满足"三超"、严重腐蚀、非常规、特殊工艺和特殊结构井等服役环境,进而提出了进一步加强油气井管柱完整性技术研究与科技攻关的建议:1持续完善和发展中国西部深层油气勘探开发套管柱优化设计与管材选用及完整性评价技术;2急需建立有针对性的非常规页岩气开发套管柱优化设计、选材及完整性评价技术;3建立"三超"高含CO2气井环境及压裂酸化工况复杂油管优化设计、选材选型、完整性评价技术;4深入研究含缺陷油气井管柱缺陷检测、安全评价、风险评估、寿命预测、维修补强等关键技术;5建立油气井管柱完整性管理体系和配套的支撑技术体系。     

新型多层金属管柱电磁探伤成像测井技术及应用

井下油、套管损伤是油气勘探、开发中较为普遍的现象,在油套管损伤失效之前,及时发现井下油套管损伤并评价油套管的损伤程度,是油气藏开发需要注意的问题。利用测井技术开展油气井井下油套管损伤检测（或监测）是一种有效的手段,但对于油套管外壁损伤的测井检测与评价、多层金属管柱条件下的油套管损伤检测与评价、高压气体介质条件下的油套管损伤检测与评价等方面,现有的一些测井方法还存在较大的不适应性。在介绍了一种新型油套管损伤测井检测技术--多层金属管柱电磁探伤成像测井技术（MID-K）的基础上,阐述了仪器的测量原理和方法、仪器结构及特点;并据四川油气田的测井应用实例,讨论了该项技术在单层或多层金属管柱油套管检测方面的应用效果。现场应用表明,MID-K电磁探伤仪是一种测量精度高、适用范围广、操作简单、易于推广的新型油套管损伤检测仪,能较好地满足四川油气田勘探开发的需要。     

复杂工况油套管柱失效控制与完整性技术研究进展及展望

随着对深层碳酸盐岩、新区、页岩等油气勘探开发力度的加大,油气田的地层条件和介质环境变得更为苛刻复杂,油套管柱变形、泄漏、腐蚀、挤毁、破裂等失效事故时有发生;加上特殊结构井和特殊工艺井、特殊增产改造措施等对油套管柱提出的新要求,油套管柱面临着一系列新的挑战和难题需要破解。为此,围绕我国石油天然气工业增储上产的迫切需求和深井超深井、特殊结构和特殊工艺井、强酸/大排量高压力反复酸化压裂增产改造等复杂工况油套管柱失效频发的技术难题,历经十余年攻关,取得了一系列试验研究进展与重要技术成果,主要包括:(1)形成了基于气井全生命周期的油套管腐蚀选材评价、腐蚀控制和油套管柱完整性技术;(2)形成了油套管柱螺纹连接结构和密封可靠性设计评价及配套技术;(3)研发并形成了低渗透致密气井经济高效开发“API长圆螺纹套管+CATTS101高级螺纹密封脂”套管柱技术;(4)建立了高温高压等复杂工况油套管柱结构和密封完整性试验平台和评价技术。进而根据当前国家大力提升油气勘探开发力度的新要求和面临的新问题,提出了继续深入开展深层、酸性环境、页岩气等复杂工况油套管柱失效控制与完整性研究攻关的若干建议。结论认为,上述技术成果有力地支撑了我国重点油气田的经济有效开发。     

高压气井环空压力许可值确定方法及其应用

对于高压气井,在采气过程中环空带压现象非常普遍。环空压力过高可能导致潜在的安全生产事故;若环空压力过小,则井口处油套压差过大,安全系数过低,油管长期疲劳生产,也易发生事故。因此,针对高压气井,有必要给出环空压力安全范围,以指导安全生产。为此,借助ARP RP90海上油气井环空套压管理和NORSOK D-010 油气井钻井与作业时的完整性等2个公认的国际技术标准,将带压环空进行了分类：油管-生产套管环间、生产套管-技术套管环间、两层套管环间,然后用承压构件的强度、水泥环及保护液注柱压力对气井环空的安全性能进行综合评价,给出了适合塔里木油田的高压气井环空最大、最小压力许可值的确定方法,用以指导高压气井的方案设计和安全生产。该方法已经在该油田展开现场应用,对于高压气井的环空压力安全管理具有重要意义。     

油套分层注水井注水剖面测井新技术

中原油田高压注水井越来越多,其注水剖面测井技术的完善是亟待解决的技术难题,而地面油套分层注水井测井新技术能够解决这一问题?该技术对井口进行优化设计,安装活塞式同位素投放器,根据油套分注情况给出不同的施工工艺及相应的资料解释方法,并在中原油田进行了13口井的测试,其中测试成功11口井,测井成功率达85％,资料合格率为100％,解决了高压油套分层注水井注水剖面测井难的问题。     

MIT和MID-K组合测井技术在川渝地区的应用

川渝地区高温高压高危井多,井下状况复杂,井筒完整性测井评价在油气田开发中有着重要意义。分析讨论了多臂井径MIT和电磁探伤MID-K测井技术的特点和不足,将2种测井技术组合应用可满足该地区复杂井况油套管损伤检测的需求。设计制作了管柱损伤检测实验装置,验证多臂井径MIT和电磁探伤MID-K组合测井技术的可行性。通过对川渝地区280余口井测量结果跟踪分析,建立了适合该地区油套管损伤程度评价的5级测井评价标准;通过21口井起油管实际验证测井评价结果显示,符合率为90.48%。     

龙岗地区复杂压力层系下非常规井身结构设计与应用

在龙岗地区的油气勘探开发过程中,传统的5层井身结构设计无法安全应对三高（高温、高压、高含硫化氢）、多压力层系和压力不确定性强等地质风险。以地层情况和相关压力信息为依据,结合现场实际,对油管、生产套管和完井管柱的设计,地层压力体系和必封点的分析,6层套管层次的优化以及小间隙下抽吸压力和激动压力的校核等问题进行了深入的研究,并据此设计了龙岗西部超深井和复杂压力层系下的非常规井身结构方案。从2008年至今,该方案先后在龙岗61井、龙岗62井、龙岗63井和龙岗68井成功实施,从而进一步提高了龙岗地区在钻完井过程中对地质风险的预防和控制能力。非常规井身结构设计适应了超深井以及复杂多压力层系下三高气井的生产要求,为四川盆地油气勘探提供了可靠的钻井安全保障,在川渝等复杂地区的勘探开发中将会得到进一步推广和应用。