水力锚锚爪结构对套管变形及挤压应力的影响

为优化水力锚爪结构参数,减小水力锚爪结构对套管的损伤,针对普通螺纹齿形锚爪和镶硬质合金锚爪结构,利用材料力学理论建立了镶硬质合金锚爪接触处套管所受的挤压应力公式,采用有限元法分析了普通螺纹齿形锚爪接触处套管的变形及挤压应力。分析表明,普通螺纹齿形锚爪和镶硬质合金锚爪均会对套管产生不同程度的损伤;在相同油管内外压差作用下,与镶硬质合金锚爪相比,普通螺纹齿形锚爪接触处套管所受挤压应力和径向变形较小,对套管损伤最小。研究结果表明,试油压裂用水力锚结构应采用螺纹齿形设计;在相同油管内外压差作用下,镶硬质合金锚爪接触处套管所受挤压应力随牙齿楔角增大呈幂律指数降低,随牙柱直径增大呈幂律指数下降,随锚爪直径增大呈多项式增大,随牙齿后角呈指数增大,但增大幅度较为平缓,随轴向载荷增大呈多项式增大,但增大幅度较小;建议牙齿楔角取10°,锚爪牙柱直径取10~12 mm,锚爪直径取40~50 mm。研究结果为水力锚锚爪结构设计提供了理论依据。      

防卡水力锚的研制

常规水力锚的结构如图1。当水力锚内部压力高于外部压力时，液压力会推动活塞将锚爪卡到套管内壁上，水力锚内外压差越大，锚爪锚在套管内壁上的力也越大。水力锚内部压力泄掉后，锚爪在弹簧力作用下缩回。当水力锚用于注水井锚定注水管柱时，注水压力使水力锚实现锚定。水力锚锚定时，     

软锚爪水力锚的研制与应用

针对常规水力锚固定管柱时会损坏套管及卡井的问题,研制了软锚爪水力锚。它采用橡胶锚爪头,正常分注时锚爪靠其与套管之间的摩擦力卡牢在套管内壁上,不会损坏套管。水力锚卡井时,可以采取强拔的方式,把橡胶锚爪从锚爪活塞中拔脱而解卡。试验结果表明:泵压50MPa时软锚爪水力锚的锚定力达683.2 kN,是其额定锚定力的1.132倍,符合行业标准;锚爪伸出和复位成功率达100%,锚爪无任何卡阻现象。使用软锚爪水力锚可以节约作业费用,具有较好的经济效益。     

试油封隔器防砂水力锚结构设计与强度校核

针对常规试油封隔器水力锚出现的砂卡、腐蚀等问题,利用Pro/E三维软件设计了一种试油封隔器防砂水力锚,确定其技术性能参数。根据力学理论对其锚体、弹簧及锚爪进行了材料选择与强度分析,并分析了水力锚启动与复位性能。分析结果表明,试油封隔器防砂水力锚结构合理,具有强制解锚、割缝防砂、抗腐蚀及高锚定力等优点,可满足试油联作需要;防砂水力锚锚体、弹簧及锚爪具有较高的承载能力,应力在可控范围内,可避免水力锚锚爪不能复位及卡管柱事故的发生。     

非金属水力锚研制与试验

低渗透油藏的深井分层注水采用锚定式分层注水管柱,金属锚爪易伤害套管内壁,还会发生起钻遇卡事故。利用压缩式封隔器的优点,设计出非金属水力锚。室内试验结果表明:非金属水力锚在注水工作压力下能够达到分注管柱锚定要求,同时又有效防止了套管内壁损伤、降低了分注管柱起钻遇卡风险。     

预应力固井用弹簧式水力促动底部循环地锚

针对河南油田松软地层预应力固井时地锚嵌入地层稳定性差、抗拉力不足及下套管遇阻后不能循环等问题,研制了弹簧式水力促动底部循环预应力地锚。设计的环形节流装置、偏置式滑块机构,使该型双级地锚具有底部循环、锚爪单向转动等特点。该地锚下套管中途可循环,下套管到位后即可循环提拉预应力,保证了准确定位,实现了不憋压打开地锚,现场操作简单、安全,可靠性高。采用6只锚爪分2级错位分布,有利于套管居中,提拉力增加。     

斜置锚爪式水力锚研制与应用

斜置锚爪式水力锚用于完井管柱的锚定,减少油管伸缩.该新型水力锚锚爪腔轴线与锚体轴线呈一定角度,在提供足够的锚定力基础上,上提管柱时可沿锚爪轴线产生分解力,确保锚爪复位,地面试验表明解卡力降低15％.另外,该装置增加内管设计,避免大量产出液进入锚爪腔内而结垢.现场应用78井次,平均泵效提高13.1％,锚爪复位成功率达100％,没有出现因锚爪复位困难、报大修的事故,较好地解决了常规水力锚易结垢、卡管柱的问题.斜置锚爪式水力锚在分注、压裂等方面也有较好的应用前景.     

卷吸效应水力锚防砂卡可行性计算分析

水力锚是在井下指定位置用来对封隔器进行锚定的工具。由于常规水力锚结构设计的缺陷,井下液体杂质(地层砂、支撑剂)容易进入到锚爪内腔并在此沉积,导致锚爪解卡受阻,严重影响封隔器的封隔效果。提出了利用卷吸效应在水力锚内部形成高速射流,以此来控制液体杂质的运动轨迹,将进入到锚爪内腔的液体杂质在压力差的作用下从内腔中卷吸出来,同时防止外部杂质再次进入到锚爪内腔中。利用伯努利方程对此原理的可行性进行了分析。     

Φ101.6mm套管井油套分注工艺技术的研究与应用

由于采用Φ101.6mm套管二次固井,且Φ101.6mm套管的内径只有86mm,使井下工具特别是封隔器、水力锚、配水器的径向尺寸排列矛盾突出,设计、加工十分困难。为解决这一矛盾问题,开展了适合Φ101.6mm套管井油套分注工艺管柱研究,研制了Y221-80封隔器、水力锚等特小直径配套工具,截至2013年底现场试验了21口井30井次,下井管柱工艺成功率100%,密封有效成功率100%,满足了河南油田Φ101.6mm套管井油套分注工艺的需要,填补了该系列套管分层工艺技术的空白。     

压力波动对水力锚性能的影响和其结构优化设计分析

由于低产低渗是延长油田石油的一个特点,这就需要后期生产中通过用水力压裂的方法来达到增产的要求。但是在增加压裂次数和频率的同时,还会持续更新压裂工艺,这就要求所用的压裂工具的性能,尤其是井下工具的性能也要相应提升。随着油井刺激的广泛使用,在水力压裂过程和酸化过程中,液压锚充当锚定管柱的作用,这一作用提升了井下工具和管柱的承载能力。水力锚,主要工作部件为锚爪,通过锚爪与套管的咬合来起锚定作用,固定井下工具中一些重要的部件。所以,相关研究部门会注重研究水力锚对保证水力压裂合理高效的使用。本论文正是针对这一问题进行了研究,给了我们很好的指导性建议。     

MIT和MID-K组合油套损伤检测技术在四川气田的应用

MIT和MID-K组合测井对检测油套管壁厚及内径变化具有较高的探测能力,其配套软件WIVA及MITpro分别可绘制出油套管三维成像图及横截面图,可直观反映油套管腐蚀、穿孔、断裂的位置与状况。本文简介MIT和MID-K的测井原理、仪器结构;结合四川气田5口井的实际测井资料,怎样用MID-K测井资料去识别外层套管的套管鞋,内层套管内壁损伤变形;用MIT多臂井径识别射孔段及筛管;用MID-K及MIT多臂井径结合去识别油套管的水力锚和油套管的穿孔位置。     

套损套变井加固补贴工艺

针对目前套管加固补贴工艺存在的密封性差、工艺复杂、施工强度大等问题,研制了水力机械式加固补贴工具.该工具由液压机构、加固补贴机构和丢手机构3部分组成,密封结构中采用了倒齿结构,因而密封可靠.工具操作简单,补贴后内通径较大.试验表明补贴完成后套管耐压能力及锚定力均可满足现场应用条件.     

液压式套管滚珠整形器的研制与应用

针对套管变形修复技术中机械整形(冲胀和磨铣工艺)普遍存在损伤套管、牺牲套管厚度、修整尺寸小、施工周期长和成本高等问题,研制了液压式套管滚珠整形器。该整形器采用变径钢珠滚压套管内壁的设计,将以往常规机械整形的面接触变为点接触,可大幅增加胀压力,且不损伤套管;中心轴内含短行程的设计确保钢珠胀管突出后能够适量缩回,防止作业管柱卡井;泄压后提放管柱工具可复位,可以实现长距离连续整形;应用小修作业机和泵车即可实施作业。该整形器在现场应用中收到很好的效果。     

套管径向变形可修复界限研究

由于缩径变形套管的最小可修复内径没有明确值,导致采用胀管器整形时容易造成套管二次伤害。在分析胀管器冲击整形作用机理的基础上,根据缩径变形套管的整形工艺,利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元程序编制了确定缩径变形套管可修复最小内径的计算程序。以钢级P110、φ139.7 mm不同壁厚套管为例,计算了不同缩径量下的最小修复内径,并根据计算结果绘制了缩径套管内径与胀管器规格对应图版。对计算结果进行了评价分析,结果表明,采用高效胀管器修复缩径套管时,最小修复内径取决于套管的屈服强度和需要达到的最小通径,为了达到所需的最小通径,需要在最小修复内径基础上换3~4种规格的胀管器。在中原油田文95-86井的应用表明,根据计算出的最小修复内径修复缩径套管,可以在保证不伤害套管的前提下提高修复缩径套管的成功率。      

辽河油田高效液压套管整形工具的研制与应用

针对辽河油田变形套管整形修复率低、施工周期长及成本高的问题,根据液力增压和滚珠挤压整形原理,研制了高效液压套管整形工具。该整形工具由整形头、增压液缸、泄压装置和液压锚定装置构成。室内试验表明:液压套管整形工具的整形效率高,与常规整形工具相比,整形效率提高约40%,且对套管损伤小,能尽可能恢复套管内径。该整形工具在辽河油田13口套损井进行了现场应用,顺利完成了12口井的套管修复,成功率92.3%。研究与应用表明,液压套管整形工具适用于套管缩径井的修复作业,能基本满足辽河油田套损井套管整形的需要。      

超声波套损检测室内试验研究

油田套损井数量居高不下,井筒质量问题突出,严重影响了油气井的高质量开发。鉴于此,通过对存储式电池仓、数据存储与控制短节、电子仪短节、声系短节和扶正器短节的综合研发,研制了超声波套损检测仪器;结合超声波测量原理和超声波柱面成像,开发了超声成像解释技术。在此基础上,利用超声波套损检测仪器对射孔孔眼套管和变形套管进行了室内模拟试验,研究了超声波套损检测仪器成像效果。研究结果表明:研制的超声波套损检测仪器可以对射孔孔眼和变形套管进行检测,仪器声波幅度、声波到时图像和三维柱状图像稳定可靠,提升了套损形态精准检测能力;该仪器可对射孔孔眼的大小、位置和角度等信息进行精准解释,针对外径139.7 mm、内径114.3 mm套管的检测精度可以达到1.14 mm;该仪器可对变形套管的变形程度和方位信息进行精准解释,通过4种解释结果得到套管最小内径为90.0 mm,挤压变形的方位为105°。研究成果验证了仪器的可靠性和测量精度,对仪器的现场实际应用具有重要意义。     

套管内液力补贴作业所需轴向力分析

套管内衬波纹管液力补贴作业过程中,挤胀波纹管时上提胀头所需的轴向力是一个十分有意义的参数。在分析挤胀波纹管受力的基础上,采用大变形弹塑有限元分析方法,结合实际数据进行计算。结果表明:当波纹管外径104mm,内径70mm,壁厚3.17mm,刚性胀头锥角30度时,对常用低碳钢材料.套管补贴所需轴向力不超过40kN;液力补贴工具刚性胀头锥角设计时取25~35度为宜;波纹管壁厚、外径和波纹条数的变化,对所需轴向力有较大影响。