深水下套管激动压力控制工具研制与应用

深水井具有地层破裂压力低作业压力窗口窄的特点,与常规井相比下套管作业产生的激动压力更容
易压裂地层发生漏失。为了缓解下套管过程中激动压力的影响,降低下套管期间井漏的风险,自主设计了激动压
力控制工具。该工具连接在套管挂送入工具与送入管柱之间,当激动压力大于０．３１ＭＰａ时活动套向上运行,工具
本体旁通机构打开,压力可通过旁通孔释放;工具带破裂盘的阀板可以通过正循环向下打开;当反循环压力达到
５.１７ＭＰａ时阀板破裂盘击穿过流面积增大;当正向压力大于１５．１７ＭＰａ时工具销钉剪切,旁通孔处于永久关位。
功能试验及现场测试结果表明,该工具满足设计及加工要求,可降低深水井下套过程中激动压力过高引起井漏的
风险,对提高下套管速度、作业安全性和作业时效具有应用价值。     

高温高压深井地层测试工具低频度失效案例解析

高温高压深井苛刻的井底工况，很容易使测试工具的缺陷和瑕疵扩大，从而造成地层测试作业的失败。测试作业人员如果没有丰富的经验以及充分的防范措施，很难确保测试作业的高成功率，尤其是一些低频度的工具失效形式，更是增加了测试失败的几率。文章针对在一些案例井中出现的RDS阀循环孔提前开启、RDS/RD阀循环孔无法开启、测试管柱发生单向串漏、油套压力间歇性窜漏等罕见的失效形式，经过逐步的解析，发现了破裂盘的焊接质量问题、密封圈抗气爆性能失效、套管的大尺度变形及磨损、温度效应造成管柱长度的大范围伸缩等潜在原因。从而提出了加大破裂盘的抽检比例，并且在其安装在外筒后，坚持按照破裂值80%试压；选择抗气爆性能优越的密封件；测试前开展套管磨损检测及分析计算；开展作业全过程管柱三轴应力分析计算等对应解决方案，进一步提高了入井工具应用的成功率。     

新型地层隔离阀的研制与试验

球式地层隔离阀内通径小,阀的开关机构易被误打开且需单独一趟钻下入,适用防砂井范围小;简易板式地层隔离阀虽然通径大,但阀板只能打开一次,影响后续作业。鉴于此,研制了可重复开关、大通径的新型地层隔离阀。该阀采用机械式开启,主要通过专用开关工具的开关爪与阀内部开关机构台阶的配合,来控制阀板机构的开关;特有的压力平衡机构能够保证在较大压差下打开阀板,可靠性高,同时开关操作方便。模拟计算开关爪和锁定爪最大轴向载荷分别为34. 184和29. 860 kN,最大应力分别为61. 297和149. 420 MPa,结构强度满足要求。试验中,该地层隔离阀开关性能稳定可靠,阀芯破裂压力为17 MPa。新型地层隔离阀为海上油田储层保护提供了工具支持,可适用于不同的防砂作业,具有广阔的推广应用前景。     

投球式多次激发旁通阀结构设计与试验研究

多次激发旁通阀作为一种能够根据钻完井实际需要通过反复开关旁通来改变局部循环条件的随钻井下工具,主要用于大排量快速随钻堵漏和洗井。针对复杂恶性漏失地层和特殊岩屑沉积井段工况,设计了投球式多次激发旁通阀,并对其关键结构进行了研究,同时对样机原理的可行性进行了试验。研究结果表明:投球式多次激发旁通阀激发方式使用广泛,在流量动态改变情况下开位和关位均可保持,其可靠性在类似工具实践中已被验证;投球式多次激发旁通阀结构原理可行,激发压力稳定在2 MPa左右,压降明显,可作为作业过程中判断井下旁通打开或关闭的重要信号。研究内容可为投球式多次激发旁通阀的进一步优化及现场应用提供参考。     

陶瓷破裂拱阀在高温高压气井的成功应用

渤海油田某油气田油藏埋深大,地层压力大,地层温度高,且生产流体中腐蚀性气体含量高,对井下完井工具要求较高。为了解决作业过程中井控和井漏的难题,同时避免井下复杂情况的发生,亟需一套既能满足临时封井要求又方便打开屏障的技术方案。介绍了陶瓷破裂拱阀临时封井技术的特点和作业程序,该技术在渤海油田成功应用,被证明是一种有效的临时封井技术。     

井下钻井液清洁装置

众所周知,钻井液必须配制成一定的质量和粘度,以抵消地层孔隙压力,而不超过地层破裂压力。一旦地层破裂,就不能完全恢复其基本强度,而且造成井漏,损害将来采油作业。因此,应竭力避免下套管时出现地层裂缝现象。再者,下套管时,管端封闭,如被岩屑及碎屑堵塞,引起钻井液快速流入环     

深水钻井司钻法压井过程中立管压力和地层受力变化规律

深水钻井地层破裂压力低、钻井液密度窗口窄,溢流时采用司钻法压井,往往未控制溢流却又诱发井漏事故。因此采用深水司钻法压井时地层受力显得尤为重要。考虑节流管汇影响,利用流体动力学,建立了深水钻井司钻法压井立管压力和地层受力计算模型,分析了深水司钻法压井中立管压力和地层压力变化规律,给出了司钻法压井过程中累计泵入长度对应的立管压力、套压、地层受力变化曲线,结合地层破裂压力极限值,确定压井过程中最优压井排量。对于压井排量和钻具组合相同的情况,司钻法压井时,套管鞋越深,套管鞋处地层受力越大;深度大的套管鞋位置出现最大压力时间要早于深度小的套管鞋位置;当天然气柱顶部达到井深某处时,某处地层受力最大;当天然气柱顶部达到井口时,套管压力最大,并且地层受力最大值总是早于套管压力最大值。     

TAP阀及泵送桥塞分段压裂工艺在束探3井的应用分析

束探3井是一口致密油直井,首次采用TAP阀套管滑套完井工艺。经对该井压裂方案设计讨论,采用TAP阀及泵送桥塞分段压裂工艺。该井压裂过程中,TAP阀分段压裂工艺缺点突出,诸如钻井泥浆杂质堵塞TAP阀进液孔,导致打开困难;TAP阀出液端口与地层接触面积小,使压裂施工中压力较高,地层致密,存在压不开的风险。泵送桥塞分段压裂工艺安全、可靠、高效,更适用于致密油措施改造。     

巴基斯坦DAKHNI-11井钻井复杂事故处理技术

巴基斯坦北部地区DAKHNI区块地层复杂,安全密度窗口小,井控安全工作压力大,针对该区块钻井、固井过程中经常发生溢流、井漏、卡钻和地下井喷等复杂情况和事故,提出了下套管期间产生井口高压时的压井处理及井漏后的井控处理对策,并首次应用了自动灌钻井液浮箍。此技术可以避免由于下套管引起的压力激动而诱发的井漏,且省去了灌钻井液时间以降低出现卡套管的风险,认为在下套管过程中应注意控制下套管的速度且分段循环钻井液,防止憋漏地层。     

南海深水钻井井控技术难点及应对措施

深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。     

基于有限元的安装破裂盘后套管完整性分析

破裂盘是管理深水油气套管环空压力的重要工具,安装破裂盘需要对套管进行开孔操作,会对套管原有的性能造成一定影响。通过建立套管短节有限元分析模型,对破裂盘安装孔位置、安装孔数量、安装孔尺寸、安装孔台阶面及螺纹类型进行参数敏感性分析,探究了破裂盘安装孔相关参数对套管短节强度的影响规律。利用套管短节下放至飞溅区所承受弯矩对推荐方案的套管短节进行强度校核。结果表明：在推荐方案下,当短节下放时经历一年一遇与十年一遇海流时可安全下放,当短节经历百年一遇海流时可能无法安全下放。分析结果可为后续破裂盘套管工具的安装下放提供借鉴。     

套管下入激动压力计算模型及影响因素分析

套管下放产生激动压力可能会压漏薄弱地层,造成井下复杂.基于此问题,根据平板层流模型,建立一种适应于现场的激动压力计算模型.采用数值计算求解,分析钻井液性能、环空间隙、套管下深对激动压力的影响,结果表明,钻井液流变性和胶凝结构同激动压力密切相关,套管进入裸眼段前循环钻井液能减弱钻井液触变性,有利于降低激动压力;环空间隙越小激动压力越大;在上层套管内下套管也应控制下放速度,对窄安全密度窗口井而言可能因猛下套管造成井漏.     

窄安全密度窗口地层控压下尾管技术研究及应用

在窄安全密度窗口地层下套管过程中,套管柱在井眼中运动产生的波动压力极易诱发井下复杂情况。为保障窄安全密度窗口条件下下套管作业的安全,文章建立了偏心环空下套管瞬态波动压力计算模型,并基于井筒压力平衡关系建立了尾管下入与钻杆送入过程中井筒压力预测与控制模型,分析了作业中井底压力瞬态波动的主要影响因素,开展了现场控压下套管案例研究。研究结果表明,套管下入速度、套管偏心度、钻井液流变参数是影响井底压力波动的主要因素。环空瞬态波动压力随着环空流体流变参数(屈服值、稠度系数、流性指数)、套管下入速度的增大而增大,随着偏心度的增加而减小。并在DB-X井开展了现场试验,建立了控压下套管井筒压力控制图版,计算结果显示当尾管送入速度控制在0.16～0.20 m/s时能有效保障井底安全,该数据指导了本井的现场施工,有效防止了下套管过程中井下复杂的发生。文章的研究结果为下套管速度优化、井底压力控制提供了新思路,对降低窄安全密度窗口地层中下套管施工风险和提高固井质量具有重要意义。     

气体钻井连续循环短节旁通阀的设计与分析

气体钻井连续循环短节能有效解决井底压力不易控制、地层孔隙压力与破裂压力之间的操作压力窗口窄小、井眼鼓胀效应严重以及油气意外入侵等难题。设计了一种气体钻井连续循环短节,对其核心组件旁通阀在两种工况下受力状态进行了分析:关闭和打开两种工况下循环介质均会对阀体局部产生冲击力,易造成阀体局部强度破坏,且旁通阀关闭时,容易出现循环介质泄漏的情况。利用ANSYS有限元分析软件模拟了旁通阀处于关闭和打开两种工况下阀体的力学行为,对阀体危险截面进行分析。结果表明,该阀体结构满足各种工况下的强度条件,且旁通阀处于关闭状态时对密封性能有严格要求。研究同时完成了旁通阀密封副的密封设计分析。     

深水井套管环空泄压装置的研制与应用

针对深水油气开发中因密闭环空压力升高而导致的套管挤毁、破裂等问题,研制了一种深水井套管环空泄压装置,并对其进行了性能测试和现场应用。该泄压装置以高精度破裂盘为核心部件,利用爆破片材料能瞬时泄压的特性,释放环空高压膨胀流体,消除套管环空压力升高带来的危害。破裂盘阀体选用SS316不锈钢,爆破片选用NS312镍铬合金,采用普通正拱形结构,最高设计破裂压力36.6 MPa;破裂盘套管短节采用双孔泄压设计,以防破裂失效。室内性能测试结果显示,破裂盘结构完整,耐温性能、时效稳定性好,能满足工程中0.80倍设计破裂压力条件下的稳压要求;实测破裂压力符合制造范围偏差±3.0%的设计要求;同时,随着流体介质温度升高,破裂压力降低,降低幅度不超过5.0%,小于破裂压力允值,满足现场应用需求。深水井套管环空泄压装置在南海东部某区块3口深水井进行了应用,均取得良好的应用效果,投产至今未出现由于环空压力升高导致的井下故障。研究表明,深水井套管环空泄压装置达到了预期的环空压力控制和管理的目的,可保障井筒安全。      

套管阀在夏72井的应用

在以往油田的勘探开发中，欠平衡钻井技术允许地层压力大于钻井液液柱作用于井底的压力，但在起下钻作业中，为保证安全，往往需先进行压井施工，这就难以使井底一直处于欠平衡状态。在夏72井三开欠平衡井施工中，施工人员在国内首次应用了套管阀(DDV)，该套管阀产自美国Weatherford公司，外径为孔θ244．50，这种尺寸的套管阀目前在世界上也是首次使用。它使夏72井三开欠平衡起下钻成为现实，这项技术势必将进一步完善和推进欠平衡钻井工艺的发展。     

南海西部高温高压小井眼钻井技术

莺歌海中深层地层地质情况复杂,地层压力高,温度梯度大,纵向上存在多套产层并且具有涌漏同层的特点,在保障现场作业安全的前提下,为防止出现复杂情况而无法到达勘探开发目的层,在设计时预留一层套管以应对复杂情况。DF13-1-A 井因地层复杂,出现涌漏同存的复杂情况,被迫提前下入?177.8 mm 套管封隔上部复杂井段,下部采用?149.225 mm 井眼,面对小井眼钻具组合限制、井控压力大、储层保护压力大等技术难点,通过优化钻具组合、钻井液,采用压力实时监测等多项措施高质量地完成了该井的小井眼作业,为今后南海西部海域高温高压井小井眼作业提供了技术借鉴。     

一种可实现泵注式直推压井作业的测试管柱

采用常规压控式地层测试管柱进行地层测试作业结束后,往往采用一次性关井阀进行关井,但该类关井阀关闭后无法再次开启,当该井出现井漏需要进行堵漏作业时,只能解封封隔器,通过封隔器与套管的环间进行置换法压井堵漏,不仅作业效率低,而且容易造成井下管柱卡埋。设计的可实现泵注式直推压井作业的测试管柱,可在关井完成后,不用解封封隔器,直接泵注堵漏泥浆推开井下关井阀压井,其操作简便、安全可靠,适合高产气井测试作业。     

溢流环空压力峰值确定套管下深方法

目前套管下深设计主要考虑关井压力,但实际压井过程中,循环排气时的环空压力峰值高于关井时的环空压力。为保证溢流井控全过程不压漏地层以及减少地层压力不确定性对井控风险的影响,通过计算循环压井将溢流物循环排出井筒过程中环空压力变化,计算出环空压力峰值,建立其随溢流强度变化的图版,并提出根据溢流环空压力峰值对比地层破裂压力确定套管下入深度的方法。结合油田实例计算证明:该方法能够明确套管下深可应对的井涌强度,使地层压力不确定性可控,实现了套管下深精细设计。     

可循环盲板在漏失井固井中的应用

详细介绍了一种新型固井用井下工具——可循环盲板的结构、工作原理及其在漏失井筛管固井中的成功应用。应用效果表明，漏失井固井时，把普通盲板换成可循环式盲板，能实现下套管过程中自动灌浆，让部分钻井液流入到套管内，减小了环空流体上返速度，从而降低了流体对地层的流动压力，达到了降低井漏发生几率、提高固井质量的目的。