超深气井完井管柱屈曲行为研究

超深高温高压气井由于井筒温度高、压力高,井下管柱屈曲风险高,易造成管柱失效或冲蚀加剧等问题。通过超深高温高压气井管柱静力学分析发现热生产和热关井两个工况下管柱屈曲风险最大。鉴于此,针对热生产与热关井工况建立了用于分析两种苛刻工况下全井段油管柱屈曲问题的有限元力学模型,定量得出两种工况下全井段油管柱的屈曲形态、横向位移、油管柱-套管接触力、弯矩与扭矩等力学参数。研究结果发现:在热生产工况下,油管柱发生了不稳定的屈曲形态,在油管柱屈曲段的上部与下部位置,油管柱与套管的接触较为密集;在热关井工况下,油管柱相对只发生了轻微的纯正弦屈曲。所建立的模型可用于油管-套管屈曲损伤失效分析,可为优化现场生产工艺和延长油管柱寿命提供理论依据。     

特大型油气田高温高压气井管柱一体化高效管理

塔里木油田库车山前高温高压气井堪比墨西哥湾、北海等高温高压油气田,油管柱服役环境极为恶劣,管柱失效控制属于世界级难题.2015之前,库车山前高温高压气井管柱失效比例高达10％,造成了巨大的经济损失.自2015年起,为保障高温高压气井安全平稳生产,塔里木油田以"不因管柱完整性问题损失产能"为出发点,"安全、经济、高效"为...     

酸性气田气井采用组合油管柱的优越性

在高含H₂S和CO₂共存的气田深井中,为了既保证生产气井井底不积水,又要保证气井在生产过程中管柱不发生冲蚀;实现低成本高效地开发酸性气田,保证气井安全生产,必须对气井井下管柱进行优化。以徐深气田气井为例,在给定的生产条件下,采用73.0 mm×850 m+60.3 mm×2 880 m组合油管柱和73.0 mm单级油管柱都不会有天然气水合物生成;采用组合油管柱比采用73.0 mm单级油管柱更不容易生成天然气水合物,说明采用两级或两级以上不同尺寸的组合油管柱在高含二氧化碳和高含硫化氢气田气井中具有更大的优越性。该方法对低成本高效地开发酸性气田具有重要的参考价值。     

高产气井油管柱的振动特性

在高产气井天然气开采过程中,由于流体的冲击作用以及产量的波动导致油管柱剧烈振动,剧烈振动易造成管柱的破坏.基于高产气井开采过程中井筒流动及管柱结构特点,综合考虑了油管柱的自重、封隔器约束影响、油管钢材特性、预加应力、流体作用力等对油管柱的振动特性的影响,建立油管柱振动方程,及对应的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵;并采用Lanczos算法计算油管的固有特性参数.     

气井完井管柱安全状态评估系统设计与应用

高温高压气井在生产和井下作业过程中,由于温度和压力的变化容易造成管柱变形,影响到管柱安全,因而需要开展天然气井完井管柱安全状况评估。文中在分析不同工况前后天然气井温度和压力变化的基础上,提出了相应的管柱变形计算和强度校核方法,并进行了实例计算,取得了较好效果。利用该方法,还可以帮助新井设计出安全的完井管柱,指导完井工艺的选择。     

液压状态下管柱弯曲中和点分析

从液压状态下管柱宏观受力出发，导出了管柱弯曲的基本微分方程，给出了管柱发生失稳弯曲的条件，阐明了油井管柱分析中的中和点概念，从液压状态下管柱微观应力状态出发，推导了弯曲中和点的表达式，进一步明确了液压状态下管柱弯曲中和点应定义为管柱可能失稳弯不可能失稳弯曲的分界点，分析了这两种弯曲中和点的一致性。     

高温高压超深气井油管柱屈曲行为研究

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并以塔里木油田某超深井为例,针对管柱屈曲行为开展了油管柱屈曲形态与其横向位移、油管—套管接触压力分析。结果表明:(1)所建立的高温高压深井超深井油管柱屈曲分析有限元模型可以对油管柱屈曲形态进行全井段分析,复杂力学工况下的油管柱中和点到封隔器处的油管柱处于非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲;(2)油管柱底部轴向压力为205 k N时,油管柱接触段的顶部和底部分别发生正弦屈曲、螺旋屈曲自锁现象,该自锁现象可能导致油管柱处于永久性的屈曲状态。结论认为,所建立的模型可用于分析油管—套管屈曲过程中的屈曲形态、接触压力及其摩擦力,为油管柱屈曲形态、摩擦损伤失效分析及预防措施制定等提供了方法和依据。还提出了延长管柱使用寿命的措施建议:油管柱坐封前在井口施加适当的提拉力、增加底部油管柱结构尺寸、提高井口油压或适当降低产量等。     

川东北三高气井测试管柱力学研究

川东北海相碳酸岩气藏地质条件复杂,气井高温、高压、高产使测试管柱在整个测试过程中载荷和变形变化复杂,给完井测试工作的安全、高效开展带来了挑战。针对川东北三高气井测试管柱工作条件和测试作业的特点,考虑管柱组合、管柱载荷、高温高压等因素及屈曲状态、井口和封隔器约束的影响,并综合考虑管内外流体压力、黏滞摩擦、弯曲失稳后法向支反力及库仑摩擦力的影响,给出了井下管柱载荷、变形计算方法与公式。在此基础上,使用可视化Visual Basic语言编制了测试管柱力学分析软件,并使用软件对川东北元坝1井测试管柱进行力学分析,证明了软件和数学模型的科学性和实用性。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

进行管柱受力分析时值得重视的若干问题

对于压力和温度不太高或不合硫化氢的油气井封隔器管柱受力分析都比较简单,但对于井深、压力高、温度高、含硫化氢的气井,管柱受力分析就比较复杂了。高温高压含硫深气井在进行封隔器管柱受力分析时需要考虑相当多的技术问题,特别是技术细节问题,只有做到这样才能抓住管柱受力分析的关键和根本,使管柱受力分析建立在可靠的工艺基础上,也才能使完井试油和完井生产封隔器管柱在使用过程中更安全更可靠,防止封隔器管柱受力分析中出现简单化、主观化、片面化等问题。为此,笔者结合高压高温含硫深气井封隔器管柱受力分析研究、设计、实践经验谈谈自己的一些体会。     

高产曲井油管柱疲劳试验及疲劳寿命分析

针对高产曲井油管柱在生产过程中高速流体诱发其振动产生的疲劳失效问题,建立了油管柱动力学模型并求解得到交变应力响应,再结合管材S-N曲线和Miner线性累积损伤理论,形成高产曲井油管柱疲劳寿命分析方法。开展疲劳试验测定油管材料13Cr-L80的S-N曲线,且考虑试件表面质量、加载类型、应力集中和加工尺寸的影响对S-N曲线进行了修正。以南海西部某气田为例,分析了两口典型曲井(水平井和定向井)管柱在不同产量、不同管柱尺寸下的疲劳寿命。研究结果表明:产量越大,管柱疲劳寿命越短,水平井管柱达到油气藏年限(20 a)的临界产量为1.1×10⁶ m³/d,定向井管柱达到油气藏年限的临界产量为4.5×10⁵m³/d;小尺寸管柱相对于大尺寸管柱更易发生疲劳失效。研究结果可为高产曲井油管柱的设计及现场作业提供有效的分析工具和理论依据。     

单封隔器抽油管柱受力变形分析

分析了直井中单封隔器抽油管柱在坐封前后的受力、变形状态。提出了一种准确计算封隔器坐封前后管柱变形、封隔器坐封高度及管柱附件位置的方法,对设计工艺管柱结构、现场校核管柱附件深度具有重要意义。     

高温高压高酸性气井完井管柱优化设计

近年来,随着天然气勘探开发工作的快速推进,高温高压油气井、深井超深井、含腐蚀性介质气井越来越多,完井管柱优化设计及作业难度越来越大,安全环保的要求也越来越高。已完井投产的气井中有相当比例都存在由各方面原因引起的生产套管压力异常升高现象,具有一定的安全生产隐患,因此对该类气井开展完井管柱优化设计研究具有重要的现实意义。通过总结高温高压高酸性气井完井现场实践经验,深入探讨了封隔器管柱力学分析要点及结构设计方法;提出了高温高压高酸性气井完井管柱设计的原则--安全第一、有利于发挥气井产能、延长气井寿命、经济可行,明确了优化设计阶段需重点考虑的7项因素;形成了一套基于第四强度理论的不同工况条件下完井管柱三轴应力强度校核方法,以及高温高压高酸性气井封隔器完井管柱设计方法。该套设计方法应用于四川盆地龙岗气田某井,取得了较好的效果。     

用计算机校核油管柱强度的方法

油管柱是连接油、气产层与地面采输管线的生产通道,管柱的强度性能将关系到管柱的工作寿命和油气井生产的成败,近年,油管柱力学分析一直是完井的重要课题之一。针对川东高温高压深井的实际情况,在静力学的基础上结合工程力学对油管柱的受力进行分析,推导出油管柱受力、油管柱强度分析与计算公式,并开发了一套使用方便、界面友好的油管柱力学计算软件,用以指导现场生产     

深层高温高压气井完井测试管柱失效分析

深层高温高压油气井完井测试管柱的安全可靠对于确保深层油气的安全高效开发具有重要意义。考虑测试过程中的温压变化、管柱端部约束及屈曲摩阻等因素综合影响,建立了测试管柱受力分析模型,开发了深层高温高压气井完井测试管柱力学分析软件,对新疆顺南地区某井测试管柱进行了温度压力分析、受力变形计算和力学强度校核,揭示了该井完井测试管柱失效的原因。结果表明:利用开发的软件能够较为准确地分析高温高压井测试管柱所处的温压环境,并能对其进行受力变形分析和强度校核,可用于工程实际;该井测试管柱表面受到的局部腐蚀损伤和产生的裂纹会使管柱强度降低,是导致其失效的主要原因;该地区高温高压井中腐蚀对管柱力学强度的影响应给予特别重视。该研究可为高温高压井完井测试管柱优化设计及安全控制提供理论依据。     

异常高压特高产气井井下管柱力学分析

对异常高压、特高产气井完井及生产过程中的管柱受力进行分析,是确保气井长期安全生产的重要课题之一。现有的管柱力学计算方法基本是建立在Lubinski模型的基础上,只能分析、计算封隔器坐封好后由于温度、压力的改变而产生的温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋弯曲效应,而对于封隔器坐封前后管柱受力的变化、浮力的转移、生产过程中气体的粘滞力则没有现成的计算模型。文章通过将管柱受力分解为管柱入井、假定工况不变且无位移情况下的封隔器坐封以及工况改变且有位移时的封隔器坐封三步,在逐步推理的过程中分析了克拉2气田3口异常高压、特高产气井在完井过程中的管柱受力问题,对封隔器坐封前后浮力的转移、坐封过程管柱受力的变化进行了分析计算。并且采用新方法对生产过程中气体的粘滞力进行计算,最终给出了针对异常高压、特高产气井完井及生产的安全建议。     

四川盆地超深高含硫气田井下管柱完整性设计理念与方法

四川盆地天然气“气大庆”建设过程中气井面临高温高压、H₂S/CO₂强腐蚀环境、管柱强度衰减等诸多技术挑战,管柱腐蚀穿孔、开裂等井下管柱完整性失效事件时有发生。为此,针对现有管柱腐蚀速率测试方法在井下精细流动模拟以及腐蚀环境设计上的不足,使用自研高温高压多相流动态循环腐蚀实验装置,综合考虑多种腐蚀介质下的酸性环境设计方法,还原了井下管柱的服役环境,对比了不同生产阶段腐蚀速率;并基于DCB实验,提出了高温高压强腐蚀环境下管柱断裂韧性的测试方法及管柱强度校核模型;最后,以四川盆地X井为例,得到了管材剩余服役年限与优化建议。研究结果表明：①对腐蚀环境与井下流动的精细化模拟,还原了不同服役阶段的腐蚀速率与特征,保证了腐蚀速率测定的准确性;②气井生产后期积水阶段管材平均腐蚀速率远大于生产初期携水阶段,且积水阶段点蚀现象极为严重,易造成管柱腐蚀穿孔甚至开裂;③C110管材的断裂韧性衰减严重,平均衰减比例达41.37%,必须针对应力腐蚀开裂现象开展管材DCB实验及强度校核;④在管柱服役寿命预测时,需综合考虑均匀腐蚀、点蚀及磨损对管柱强度的衰减作用,校核结果应...     

气井油管柱应力与轴向变形分析

气井投产前后温度和压力变化会引起油管应力及轴向变形的改变。若改变量超过某一限度则将导致封隔器解封或管柱损坏等。目前对气井油管柱研究较少,且很多研究在计算时将状态改变前后的温度压力均考虑为定值，或者将温度分布简单考虑为关于井深的线性函数，这样将导致计算结果产生较大的误差。利用考虑传热、相变、生产时间等因素的气井井筒温度、压力分布模型以及弹性力学理论分析并计算温度、气体压力、油管自重、封隔液、产气量等对油管柱应力和轴向变形的影响。将其应用于现场实际气井表明：管柱轴向变形随产量增加而增加，但增加的幅度逐渐减小；与现场实测数据对比表明，计算结果较为准确。     

钛合金材料在石油工业中的应用及其抗腐蚀性能研究进展

钛合金材料由于具有高强度、低弹性模量和优良的耐腐蚀性，在石油工业中常被作为油井管的新材料来代替碳钢。从钛合金在油井管中的应用入手，综述了其力学性能和钛合金钻杆、油套管抗腐蚀性能的研究进展，并对比了石油工业中常用的几种碳钢材料与钛合金的疲劳寿命。同时，讨论了添加金属元素与优化制造工艺这两方面因素对钛合金抗腐蚀性能的影响。最后，提出了钛合金在实际生产应用过程中可能面临的问题。     

体积压裂与速度管柱排液复合技术的应用

介绍了体积压裂与速度管柱排液复合技术在气井修复中的应用,以及体积压裂后一边放喷排液一边安装速度管柱的流程。气井进入开采后期,地层能量降低,产水量增加,产气量降低,采用连续油管做速度生产管柱,减小了流体流动面积,增大了流体流速,在极短的时间内大幅度提高了排液效率和排液能力,使气井恢复生产。