定面射孔套管结构动态响应分析及应用

定面射孔技术采用特殊的布弹方式,能在垂直于套管轴向同一横截面上形成多个射孔孔眼,改变井筒内同一横截面的井周地应力分布,制造射孔孔眼应力集中。它在造成地层应力集中和控制裂缝走向的同时也造成了套管局部应力集中,降低了套管的剩余强度。以解决定面射孔套管剩余强度评价和保障后续作业安全为目的,采用静力学分析、动力学响应仿真和试验测试相结合的方法,对定面射孔套管剩余强度综合分析研究,提出了以最大危险区域应力分布为依据的套管静力学剩余强度表达方法和以套管塑性应变区域体积与分布的套管结构剩余强度动力学响应表达方法,得到了不同参数下定面射孔的套管剩余强度。该技术的试验和应用为保障套管及井筒安全、大规模推广应用定面射孔技术奠定了坚实基础。     

疏松砂岩气藏自流注气井射孔工艺研究

由于目标气田产能有较大下降趋势,为稳定气区产能,进一步提高高烃区块的采出程度,采取将Ⅲ上气组高含CO_2的气体通过水平井井筒注入到压力衰竭的高烃Ⅱ下主力气组,采用射孔方式打开上层压力已衰竭的套管封固的Ⅱ下气组。而自流注气水平井段长,疏松砂岩气藏射孔过程中容易造成沉砂、卡枪,且该区块无射孔经验可以借鉴。因此建立了水平井射孔完井出砂临界压差模型,分析射孔井的出砂临界压差,对比定方位射孔与常规射孔出砂压差,确定了射孔时合理的射孔方向,对定向射孔时的出砂量进行了预测。对比研究了负压射孔、平衡压力射孔、正压射孔时,不同射孔方式井筒内压力变化对该井的出砂影响,最终制定了满足该自流注气井射孔工艺安全的射孔方案。该疏松砂岩气藏射孔工艺优选理论,对现场具有指导意义。     

对龙16井茅口组试油中复杂情况的认识

龙16井是我国少有的超高压特大产量高含硫气井,该井试油成功表明我国超高压高含硫气井的试油工艺技术取得了长足进步。同时,在施工中也出现了管柱被卡等复杂情况。分析认为管柱被卡实为射孔枪被卡,上提拉断油管才得以解卡,起出管柱发现封隔器以下部分油管弯曲,可能为强大的气流对管柱的上顶力造成。因此,建议设计井身结构时要考虑套管内径与射孔枪外径的间隙应适当;进一步改进射孔枪、射孔弹和射孔减震器,最大限度减少射孔枪在射孔后产生的变形和孔眼毛刺;在设计试油管柱和完井管柱时,应计算管柱的流通能力和气流对封隔器上下管柱的上顶力并对封隔器以下管柱进行优选和强度校核。     

应用弹塑性力学相关理论分析套管射孔后剩余强度

针对采用试验和ANSYS建模方法工作量大、周期长的缺点，应用圆柱壳体开小孔弹塑性力学理论建立了套管射孔后单孔应力分布理论力学模型，推导出了理论应力集中系数表达式，计算出整个圆孔周围应力分布，找到了应力集中最大点。在此基础上，考虑多孔影响（如孔密、相位角等），结合材料和应用环境的敏感系数建议值，进一步推导出了有效应力集中系数计算公式，利用该公式计算了几种不同射孔参数下的套管剩余强度，并和ANSYS的分析结果进行了对比，结果表明，该公式可以替代ANSYS软件用于计算套管剩余强度，且具有计算简便，速度快，易于现场应用等特点。     

渤海油田套管射孔作业常见卡钻原因分析及处理方式

在套管井完井过程中，射孔作为沟通油井井筒与产层的主要方式，是作业过程中非常关键的一环。在实际作业过程中，由于地层出砂、井斜原因、压差吸附、枪管及套管间隙小等原因，多次发生射孔后遇卡、无法正常提活管柱的复杂情况。同时，受制于射孔管柱的复杂性及特殊性，管柱一旦遇卡后续处理难度大，造成工程进度延期，严重时会导致井筒报废。针对此类井下事故，通过对渤海油田常用射孔方式、管柱结构、典型卡枪事故及处理过程进行深入的分析及研究，提出射孔管柱遇卡后现场判断、处理及预防措施，希望对后续此类复杂情况处理具有指导意义。     

高温高压深井射孔段套管应力理论计算与分析

在高温高压深井套管射孔完井作业过程中,井下套管处在极为复杂恶劣的环境中,特别是封隔器以下套管受射孔冲击力的影响,受力状态瞬间发生改变,出现瞬间失稳、脉动甚至弯曲折断现象。为此,综合考虑内外压、油层出砂及套管自重等因素,运用断裂力学理论和有限元法分析射孔段套管的应力,对比分析其强度安全性。分析结果表明,相同工况及出砂量下,外径139.7 mm、壁厚9.17 mm和10.54 mm射孔套管应力理论解比有限元解大;大量出砂使射孔段套管发生弯曲,射孔改变了套管的力学性质;孔眼附近有应力集中现象,造成射孔处套管抗挤强度降低;孔眼周围的应力沿螺旋线布孔方向相对较小。研究内容可为优选射孔工艺、泵压、排量、套管规格与钢级等参数提供必要的参考依据。     

考虑射孔初始损伤的套管强度失效数值研究

随着油气资源勘探开发逐渐走向深层和超深层,大药量、高孔密的射孔器得到广泛应用,这给完井管柱的安全性带来了挑战。目前关于射孔套管剩余强度的研究忽略了射孔过程中套管的初始损伤,为此,基于冲击动力学及管柱力学理论,结合现场射孔完井工况,建立了三维射孔数值计算模型,计算了射孔后套管抗挤剩余强度系数;对比分析了射孔及机加孔套管的剩余强度的差异;研究了套管物性参数及射孔参数等对射孔后套管剩余强度的影响规律。研究结果表明：机加孔及射孔后的套管在恒定加载外挤力作用下,应力集中位置首先出现在机加孔周围,然后沿套管轴向方向扩展;射孔后的套管在外挤力作用下,套管内、外壁的应力分布差异较小,应力分布较为均匀;随着套管径厚比的增加,机加孔及射孔后的套管剩余强度均增大,射孔后套管的剩余强度对套管壁厚较为敏感;径厚比相同情况下,随着套管直径的增加,射孔后的套管剩余强度明显增大;射孔孔密增加、射孔相位角减小都会加重套管在射孔过程中的初始损伤。所得结论可为油气井的后续增产及生产方案设计提供参考。     

射孔套管抗内压强度计算与拟合

现有研究对影响射孔套管剩余强度因素的分析通常是单独将其关于螺旋角、孔径和孔密的关系分别拟合成曲线,没有将影响射孔套管剩余强度降低系数几个因素联合起来。为此,通过有限元方法计算了不同相位角、不同射孔密度和不同射孔孔径的破裂压力和相应的射孔套管剩余强度系数,并将这些数据按不同相位角拟合成射孔孔密和射孔孔径的函数。对拟合结果的验证表明,原始计算数据与拟合计算数据之间的差异小于1%,拟合函数能精确地表示有限元模拟结果,可以方便地用于射孔套管的破裂强度计算。     

射孔试气联作工艺在苏丹高GOR油井的应用

针对苏丹油田高GOR(气油比)、单井投产施工周期长的特点,对地面试气流程进行优化调整.①将测试管线直接连接至地面生产管线;②在做好井口和井筒准备工作后,通过抽汲作业将井筒上部掏空,再下入射孔和试气联作管柱;③配合使用RD安全循环阀、旁通短节、封隔器等测试工具,通过套管环空灌液和液压传导方式完成射孔枪的点火起爆和负压射孔...     

磨溪气田水平井射孔卡枪原因分析及防范措施

在地层压力高的水平井射孔作业,常采用在重钻井液压井情况下完成施工,给射孔作业提出了更高的要求.磨溪气田水平井射孔出现了卡枪现象,为了弄清卡枪原因,从钻井液、井眼轨迹、井口落物、套管变形、枪管变形、枪管与套管间隙、射孔碎屑、射孔作业工艺等方面分析了卡枪原因,结合实例分析和现场应用统计得出了磨溪气田水平井射孔卡枪的真实原因,同时形成了一套防范卡枪措施.在后续的重钻井液条件下水平井射孔作业中改变了现场作业工艺,射孔后随即将射孔枪提至φ177.8mm套管,再没有出现卡枪现象,应用结果表明新的现场作业工艺行之有效.     

考虑射孔方位的出砂预测模型

以往的射孔完井出砂预测模型都不能计算和分析不同方位角下的出砂临界压差。针对这一问题,采用岩石力学理论和分析方法,根据应力坐标转换理论和线一弹性力学基本理论,并将直井中的射孔孔道换位看作是特殊情况下的水平井（井眼半径极小）,在分析射孔孔道受力的基础上,将Drucker—Prager强度准则作为出砂判断准则,建立了一种考虑射孔方位角、新的射孔完井出砂预测模型。实例计算和分析表明,在射孔完井的直井中,射孔孔道壁上各点的出砂临界压差各不相同,差异较大。出砂总是首先发生在孔道壁的最薄弱处,此处对应的出砂临界压差最小;方位角有规律地影响射孔孔道的出砂临界压差,而2个水平主应力的不均等是造成方位角影响射孔孔道出砂临界压差的最根本原因;水平地应力非均匀系数越大,射孔孔道出砂临界压差随方位角变化的趋势越明显。因此,应根据水平地应力非均匀系数的大小和它对射孔孔道出砂临界压差的影响程度,决定是否使用定向射孔技术。     

射孔套管抗组合载强度研究

本文采用力学有限元方法分析油层套管射孔后套管的剩余强度。为提高数值计算精度,以适应射孔套管孔边存在的高倍应力集中问题,构造了新型高精度三角单元,并论述了射孔套管应力场分布的数值计算方法;文中还根据套管上相邻孔间区域强度相对较弱时的破坏模式概念,建立起以强度理论为基础的射孔套管强度折减系数的计算方法。运用上述理论和方法,以N80钢级?139.7mm套管为算例,阐述了在单一载荷作用下射孔孔径、孔距及布孔螺旋角等多种因素对射孔套管强度的影响。文内首次研究了不同形式的组合载荷和不同组合载荷比对射孔管强度的特殊影响,给出了在常规射孔密度下不同组合载荷形式和不同组合载荷比的强度折减系数值与布孔螺旋角关系曲线族,指出选择布孔方式与组合载荷形式以及组合载荷比值有密切关系。最后本文还讨论了不同载荷工况下射孔套管优化布孔方案。     

再生老井二次射孔和三次射孔套管强度安全性评价

老井再生需利用原井筒进行二次甚至三次射孔,增加射孔穿深、孔径,以提高压裂效果。为研究多次射孔套管的剩余强度,以冀东某再生老井实际工况为例,应用有限元软件为套管模型定义强化的MISES屈服准则,10倍细化孔边网格,经网格无关性测试,分析多次射孔套管的剩余强度。对比新旧孔轴向、环向和螺旋线向相切等不利分布的分析结果,轴向相切是重复射孔套管剩余强度降低的最不利分布;采用二次16孔/m射孔的?139.7 mm壁厚9.17、10.54 mmP110套管,剩余强度分别降低21%和22%;三次分别采用32、32、16孔/m射孔的?139.7 mm壁厚9.17 mmP110套管,剩余强度降低36%,三次均采用16孔/m射孔的?139.7 mm壁厚10.54 mmP110套管,剩余强度降低30%。初步量化了多次射孔套管剩余强度降低幅度,可为老井再生井筒安全性评价提供参考,并形成了再生老井重复射孔段套管安全性评价推荐方法。     

射孔套管抗外挤剩余强度系数计算与拟合

在石油开采过程中,射孔段套管的损坏占套损井的60%以上,其中外挤载荷是引起套损的主要原因。通过有限元方法计算不同相位角、不同射孔间距和不同射孔直径的挤毁压力和相应的射孔套管抗外挤剩余强度系数,并将这些数据按不同相位角拟合成射孔间距和射孔直径的函数。对拟合结果的验证表明,绝大部分有限元计算数据与拟合计算数据之间的差异小于1%,仅个别误差在2%左右。拟合的多项式函数可以方便地用于射孔套管的抗外挤剩余强度计算。     

封隔器在射孔管柱中的安全距离评估

在射孔作业时,为了避免射孔管柱中封隔器解封或损坏,保障作业安全,需要确定封隔器与射孔枪串的安全距离。分析了井液中压力波的形成、衰减和反射过程,根据封隔器的承压技术指标,通过压力波的衰减和反射规律,理论计算了封隔器在不同套管条件下的安全设置距离。针对7in*枪、9 5/8in套管和1 300m液柱的高度,安全距离设计为31.3m并进行了安全评估。该研究为指导封隔器的安全距离设计提供理论依据。     

酸性气田开发中腐蚀对套管强度的影响

在酸性气田的套管服役过程中,酸性等腐蚀条件会引起套管的腐蚀,套管腐蚀都会降低套管的有效强度,从而影响套管的抗挤强度和抗内压强度。研究了腐蚀孔引起的应力集中对套管强度的影响。将套管的腐蚀孔看成是类圆形腐蚀孔,以弹塑性力学的知识建立了计算套管腐蚀孔引起的应力集中系数的数学模型,在此基础上建立了套管腐蚀后的剩余强度的计算模型。利用该文推导出的计算套管腐蚀后的剩余强度的计算公式,对影响套管强度的腐蚀孔参数进行了分析,分析了套管剩余强度随着腐蚀孔开口直径和腐蚀孔开口深度这 2个参数变化而变化的关系。     

热采井出砂套管损坏机理的有限元分析

热采井出砂套管损坏机理已成为桐油热采生产中迫切需要解决的问题。油层大量出砂造成的空洞、塌陷等引发套管弯曲，局部热应力集中，使套管应力增加而损坏。文章采用三维有限元法，对辽河油田杜84段二区内的若干口井，按照出砂量的不同进行数值计算．得到了热采井套管、水泥环、射孔与油层的应力场分布规律及套管的应力与出砂量的变化关系，并得出了热采出砂井套管损坏的机理。     

射孔套管高应力区域压缩体积系数有限元分析

针对射孔完井引起套管损坏的问题,从射孔套管整体受力的角度出发,依据板壳开孔力学模型,建立套管射孔螺旋布孔有限元力学模型,清晰反映出套管射孔后孔眼周围应力区域变化。对比不同射孔参数条件下射孔前后套管高应力区域体积比,得出高应力区域压缩体积系数,分析出正常生产压差条件下,不同射孔参数(孔径、孔密、相位角)对射孔套管压缩体积系数影响。结果表明:不同射孔参数对射孔套管压缩体积系数均有影响,根据不同参数影响规律各自特点,给出了降低射孔套管高应力区域体积系数的射孔参数优选方案,整体上减少正常生产状况下射孔套管高应力区域压缩体积,保障了油井的正常生产。     

塔里木盆地高压气藏出砂测井评价方法研究

塔里木油田大北克深地区由于超深井高温高压,在测试过程中地层出砂,严重影响了试油试采以及储层的评价。介绍了油气井产层出砂机理,认为深储层压实作用较强,岩石致密且稳定性较好,只有生产压差过大或采出速度较快时才会导致岩石发生剪切破坏或张性破坏而引起地层出砂。基于测井计算的岩石力学参数和地层压力及地层应力数据,建立了裸眼完井的临界生产压差计算模型、射孔完井的临界生产压差计算模型和基于岩石单轴抗压强度的临界生产压差计算模型。采用出砂指数法、临界生产压差法及灰色关联统计分析法等综合预测产层出砂情况。实现了利用测井资料快速准确地计算生产压差,用于出砂定量分析与确定最优完井方案,为采油防砂提供决策依据。     

防砂射孔

在油井生产过程中不可避免地产出砂现象，该文介绍了一种通过优化射孔参数（相位、孔密、弹型）进行防砂的射孔方法。事实证明出砂是由射孔孔道裂造成的，为了有效地防砂就必须有一个稳固的射孔孔道（影响因素有生产压差、产能损失和含水率）。本文从模型、试验模型及经验值三个方面中何预防射孔孔道出砂。深穿透射孔弹比大孔径射孔弹能更好地避免孔道出砂，因为它产生的细孔道比大孔径弹产生的大孔道更稳定。优化相位角是在井筒半径和孔密一定的条件下，使相邻射孔孔眼间距在三维空间最大，避免相邻孔眼间断裂带的联结。北海Magnus地区数据表明采用以上两种方法有效地减少了出砂问题。在层位各点有明显地应力变化的情况下，采用定向射孔可增加孔道的稳固性（特别是压差增加和产能损失时）。该文主要介绍了如何应用这三种方法来进行防砂射孔，此外还对根据不同井深的地层强度变化进行射孔选择和根据生产压差、产能损失和含水率等因素对射孔孔道的稳固进行确定等方法做了简要介绍。