高抗挤厚壁套管的开发与应用

介绍了中原油田油水井在盐膏层段套管损坏的原因及设计现状,分析了盐膏层段中套管的受力状况及损坏的规律,为防治套管损坏,延长油水井寿命,研制开发了TP130TT套管以及与之相配套的工艺、工具等。经现场应用情况表明,固井质量合格率达100%,试压一次成功率达100%。     

胜利油田郝科1井套管挤毁的启示

郝科1井是胜利油田为在东营凹陷盐岩层下深层寻找大气田的科学探索井,设计井深5500m,目的层孔二段。?244.5mm技术套管为高强度SM-110T套管,下深4324.80m,封住了3395.50~4250m厚854.50m的盐岩、青盐和紫红色软泥岩,并于1996年5月12日固井。1997年2月20日用?215.gmm钻头取心钻进至5476.33m,起钻至3945.90m突然于钻,套管变形量6.48mm,变化率0.72mm/月。由于未钻到目的层,也未见油气显示,决定用?200mm钻头加深。同年5月30日钻至5807.81m,起钻到3759.33m卡钻,经强力震击和上提2090kNK卡。推算52d套管变形量159mm,变化率为9.17mm/月。后下?89mm测井仪检查套管,上起时在3850m卡死.解除后用?152mm钻头通并,结果下到3594.42m就下不去了,只得结束施工。文中介绍了套管变形情况和得到的几点启示。     

套管挤毁机理的研究

根据API BUL 5C3关于套管受外压大部分属于塑性挤毁的理论,采用高压水下应奕测量技术,对直径177．8mm*10.36mm110钢级套管在不同外压力下的环向应变进行了测量,并对套管挤毁过程中的应变分布和变化规律做了分析,研究分析表明,套管的不圆度和壁厚不均度等缺陷对套管抗挤毁性能有较大影响,其中壁厚不均度的影响比不圆度的影响更大,套管受外压挤毁的机理是首先在几何缺陷较大的某些局部区域出现塑性屈曲形成塑性铰,随后套管出现结构失稳被挤毁。     

双层组合套管受均匀或非均匀载荷作用的强度分析

利用EPF软件对双层组合套管进行弹塑性有限元仿真分析,其结果与西德克劳塞尔技术大学M.Brkowsky等的试验结果完全一致,证明本文的弹塑性有限元力学模型、基本假设及弹塑性增量理论的应用是正确的。因此可利用EPF软件对任何组合形式下的套管,在计算机上进行均匀或非均匀载荷作用的模拟试验来取代实际试验过程,减少实验设备的投资及实际试验的一些困难。利用EPF软件已成功地为华北油田荆丘地区提供了套管的组合形式,并建立了强度分析及径向位移变化的数学模型。本文首次对组合套管受非均匀载荷作用进行定量研究,为组合套管强度分析奠定了理论基础。     

双层组合套管受均匀或非均匀载荷作用的强度分析

利用EPF软件对双层组合套管进行弹塑性有限元仿真分析，其结果与西德克劳塞尔技术大学M.Brkowsky等的试验结果完全一致，证明本文的弹塑性有限元力学模型、基本假设及弹塑性增量理论的应用是正确的。因此可利用EPF软件对任何组合形式下的套管，在计算机上进行均匀或非均匀载荷作用的模拟试验来取代实际试验过程，减少实验设备的投资及实际试验的一些困难。利用EPF软件已成功地为华北油田荆丘地区提供了套管的组合形式，并建立了强度分析及径向位移变化的数学模型。本文首次对组合套管受非均匀载荷作用进行定量研究，为组合套管强度分析奠定了理论基础。     

磨损套管抗挤强度计算模型

套管磨损后其承载能力降低,因此对磨损套管进行抗挤毁能力预测或评估就显得尤为重要。采用数值模拟和实物试验相结合的方法,系统分析了磨损套管的挤毁失效机理、影响抗挤强度的因素及影响规律。分析得出,月牙形磨损套管的挤毁属"三铰"失稳,严重磨损处首先屈服进入塑性区并产生很大变形,从而导致整体结构发生弹塑性失稳。磨损套管的抗挤强度随剩余套管壁厚、磨损半径和轴向载荷分别呈指数、幂函数和线性函数式变化。以此为基础,从未磨损套管实际抗挤强度计算入手,建立了完整的磨损套管抗挤强度计算模型,并对模型进行了试验验证,试验结果表明,模型计算值与试验实测值的相对误差在5%以内。所建立的磨损套管抗挤强度计算模型可用于磨损套管和未磨损套管抗挤强度的预测和评估。      

套管挤毁问题研究现状及发展趋势

在查阅了大量文献基础上,从套管挤毁影响因素、新型抗挤套管的研制与开发及套管挤毁研究采用的方法等方面,综述了套管挤毁研究的国内外动态,指出了套管抗挤毁问题研究的发展趋势。     

双层组合套管在定向井盐层段的应用

中原油田在卫２８１井定向井段首次下入双层组合套管，以预防盐层套管的损坏。本文以弹性力学有关理论为指导，对盐层段双层组合套管强度进行了理论推导计算。实践表明，双层组合套管在盐层段和其它特殊层段的应用，对预防套管损坏是切实可行的。     

套管外表面均匀磨损和偏磨后的挤毁试验研究

在套管钻井中,由于套管外表面被磨损后外径、壁厚和径厚比等都发生了改变,抗挤强度下降,严重影响整口井的安全。为了模拟套管外表面在井下受到的均匀磨损和偏磨情况,选择同一规格的7根套管试样对其外表面进行小磨损量的均匀磨损和偏磨挤毁试验、对比分析和研究。结果表明,径厚比是影响套管磨损后抗挤强度的主要因素;随着磨损量的增加,试验值与API挤毁公式计算值差值增大,表明套管局部长度外表面磨损量较大时API公式不再适用,需要修正。     

套管挤毁试验研究与有限元分析

预测套管的挤毁失效压力一直是管柱力学研究的热点,针对这一问题,利用在套管外壁粘贴应变片的方法,研究了套管挤毁失效过程中的应变情况.同时,在考虑套管残余应力、几何缺陷等因素的条件下,建立了预测套管挤毁失效压力的有限元模型,并根据试验结果对模型进行了修正.利用该修正的有限元模型,计算了套管的挤毁压力.试验结果和有限元分析结果表明,该模型具有较高的计算精度,可以用来计算套管的挤毁失效压力.     

高抗挤厚壁套管的性能及应用效果评价

中原油田套管损坏的主要原因是现有套管强度不够,无法抵抗盐膏层段的巨大外挤力。开发了TP130TT型高抗挤厚壁套管,其强度能很好地抵抗盐膏层巨大外挤力。实验室试验表明,各项性能指标达到了设计要求,现场使用取得了很好的效果,解决了中原油田盐膏层段套管强度不足的难题。     

套管偏磨曲率对其抗挤毁强度影响的有限元分析

随着油田开采的不断深入,应用于深井、超深井的套管经常发生偏磨现象。套管偏磨降低了其使用性能,尤其降低了其抗挤毁能力,使石油套管经常因偏磨而损坏,严重影响了原油的正常生产。文章主要运用有限元软件,研究了不同钻杆直径造成的套管偏磨对套管抗挤毁能力的影响。结果表明,随着钻杆直径增大,偏磨区域增大,但偏磨区域曲率变小。其综合影响是偏磨“月牙形”的曲率对套管的挤毁能力影响很小,而偏磨深度对套管的挤毁压力影响很大,因此实际钻井时,钻杆直径对套管抗挤强度的影响可以给以较少的考虑。     

盐膏层TP140特厚壁套管抗挤特性研究

针对塔里木地区深层的盐膏层塑性流动性强，一般API套管难以满足要求的难题，以塔里木地区应用的TP140V特厚壁盐膏层套管为分析对象，建立了套管、水泥环、地层力学模型，运用有限元方法分析了特厚壁套管在非均匀载荷作用下的抗挤特性。研究表明，在相同非均匀载荷作用下，Φ273.1 mmTP140特厚壁套管较普通套管最大应力降低了36%，特厚壁套管具有更强的抵抗非均匀载荷的能力。但是随着载荷的非均匀程度升高，仍然可能导致套管损坏。因此，应该在有盐膏层的区域准确预测两向水平载荷的大小，为正确选用厚壁套管提供依据；水泥环厚度对套管抗挤性能的影响不大，故盐膏层井段的环空间隙大小均能满足固井质量要求即可。     

内壁磨损套管抗挤毁强度计算

套管磨损后壁厚变薄，抗挤毁能力随之降低，若对此估计不足，有可能因此而导致钻井事故或油气井的早期报废。以最小壁厚分别为4．2mm和5．2mm的N-80φ139．7mm×7．7mm套管为例，得出了磨损套管抗挤毁强度计算公式，对一些磨损套管的剩余抗挤毁强度做了理论计算，并对计算结果和试验值进行了比较。结果表明，该公式的计算误差小于109／5，符合工程设计的需要。     

复合盐层套管外挤压力动态变化规律研究

盐岩地层套管外挤压力通常按上覆岩层压力进行设计。现场资料表明，以此为依据所设计的套管有时仍然不能满足盐层套管抗外挤强度的要求。利用研究区块复合盐岩地层上、下泥岩的岩石力学参数及地应力值，运用数值模拟方法，反演得到盐层地应力，在试验获得盐岩蠕变特性参数基础上，对套管支护的盐层井壁围岩进行蠕变分析，得到盐岩地层套管外挤压力动态变化规律。在构造应力的作用下，盐层的地应力场是非均匀的，盐岩蠕变导致套管受到的外挤压力是动态变化的。对于复合盐岩地层的套管柱设计，应该充分考虑构造应力场的非均匀性、盐岩的蠕变特性以及套管的设计寿命。     

套管锻铣技术

1．钻探目的及基本数据 在滚动开发坨71断块沙三下油藏过程中，由于钻具及地层原因，导致原井眼报废，通过锻铣套管、开窗、侧钻，最终达到钻探目的。基本数据如下：244．5mm技术套管下探2899．86m；水泥返高935m。1777．8mm尾管悬挂器位置2696．15m。地质要求：垂深必须超过3390m，留足口袋完钻。工程要求：侧钻井眼防止和相邻井眼相碰。     

荆丘地区防止膏盐层挤毁套管的钻井完井工艺

膏盐地层塑性蠕动产生的非均匀载荷使套管挤毁或变形。解决的办法包括抑制或减轻非均匀载荷的产生和提高套管强度。本文介绍荆丘地区钻井完井过程中抑制非均匀载荷和提高套管强度的技术措施,特别是双层组合套管的设计和固井施工工艺。     

TP130TT盐膏层套管性能及应用效果分析

中原油田套管损坏的主要原因是现有套管强度不够,无法抵抗盐膏层段的巨大外挤力.针对这一问题,开发了一种特殊套管--TP130TT高抗挤厚壁套管.其强度高,能很好地抵抗盐膏层的巨大外挤力,各项性能指标达到了设计要求,经现场应用达到了预期的目的,取得了很好的效果,解决了中原油田盐膏层段套管强度不足的难题.     

浅析套管钻井技术

按套管钻井技术中钻进工具和操作技术不同,套管钻井有3种不同的形式,即可回收钻具组合的套管钻井技术、尾管钻井技术和可破碎的钻头套管钻井技术。分析了套管钻井技术的优越性和套管钻井参数,并指出了应该注意的问题。套管钻井技术使钻井液水力参数得到明显改善,有利于井眼净化和当量钻井液密度控制。套管钻井可以简化钻井程序和井身结构、减少钻井事故、提高钻井效益、节约钻井成本。     

水泥环对套管射孔后抗挤毁强度的影响

建立了未射孔套管、不带水泥环射孔套管、外裹水泥环套管的有限元分析模型,对这3种情况下套管的抗挤毁强度进行了对比分析。得出如下重要结论(1)射孔使套管抗挤毁强度显著降低,降低幅度为29%;(2)固结良好的水泥环对于加强射孔套管强度有明显作用,使射孔套管的抗挤毁强度提高188%;(3)水泥环不能抵消射孔对套管抗挤毁强度的伤害,外裹固结良好水泥环的套管,射孔后其抗挤毁强度与无孔套管相比下降156%。