非均匀地应力下套管应力的敏感性分析

套损是影响地下储气库井筒完整性的关键问题,制约着储气库长期的安全生产。为此,基于弹性力学理论,运用有限元分析方法,建立了理想固井状态下的套管-水泥环-地层组合分析模型,对受非均匀地应力时组合体各层Mises应力的分布规律进行了研究,讨论了套管应力对水泥环与地层的弹性参数变化的敏感程度。结果表明：套管内壁的应力明显高于水泥环和地层内壁的应力且沿井周呈非均匀分布;地层弹性模量对套管内壁应力的影响最为显著,套管应力随地层弹性模量的增加急剧减小;其次为水泥石弹性模量,当其与地层弹性模量相同时,套管应力达到最大。该研究成果可为优化套管完井设计和预防套管损坏提供理论参考。     

变内压条件下膨胀水泥与地层机械性能的匹配

以膨胀水泥和地层作为研究对象,以维持井筒完整性为目的,利用弹性力学理论,借助有限元方法模拟分析了套管内压变化条件下膨胀水泥和地层机械性能对井筒完整性的影响,研究了两者机械性能的匹配关系。研究表明:膨胀水泥弹性模量越大,水泥环内最大米塞斯(Mises)应力越大;膨胀水泥泊松比越大,水泥环内最大Mises越小,水泥环内最大周向应力越小。地层弹性模量越大(地层越硬),水泥环内最大Mises应力越大,水泥环内最大周向应力越小;地层泊松比对水泥环内最大Mises应力和最大周向应力的影响较小。建议硬地层(弹性模量大)匹配弹性模量较小、泊松比较大的膨胀水泥,重点预防水泥环的挤压破坏;软地层且内压较小时匹配弹性模量较大、泊松比较大的膨胀水泥,重点预防水泥环的周向拉伸破坏。     

压裂水泥塞合理长度计算

在压裂载荷作用下,套管和井筒周围岩石会产生径向变形,使水泥塞与套管发生部分脱离,而导致胶结力减小,甚至造成水泥塞滑脱使压裂作业失败。目前,对合理水泥塞长度的计算,主要依靠现场施工经验设计,仍没有完善的理论模型作为依据。本文在假设地层岩石和套管都是均质材料及套管与地层岩石变形量相等条件下,运用拉梅厚壁圆筒理论,建立套管变形及套管外应力分布计算模型,计算出套管变形波及长度和水泥塞失效长度,最终确定水泥塞合理长度。本文模型为压裂水泥塞合理长度计算提供了理论指导,是对现有计算方法的补充和完善。     

高压注水参数变化对套管、地层应力的影响

高压注水可提高采收率,但易引起套管损坏。通过ANSYS建立套管、水泥环、地层应力的三维有限元分析模型,对计算结果进行分析,研究了套管管体与射孔段有效应力与注水压力的变化规律,得到了多项式回归方程,及注水温度与压力共同作用对套管、地层应力的影响。     

稠油热采井水泥环拉伸疲劳破坏寿命预测研究

稠油热采井生产过程中水泥环完整性失效严重危害稠油热采井的安全高效开发。已有研究未见稠油热采井水泥环拉伸疲劳破坏寿命预测的研究。本文基于Zhaoguang Yuan等人关于水泥环拉伸应变疲劳寿命研究的方法,提出了适用于稠油热采井水泥环拉伸疲劳破坏寿命预测的应力疲劳寿命预测方法。利用室内实验测试水泥环的疲劳破坏寿命,采用Abaqus有限元软件获取水泥环疲劳破坏对应的应力值,建立了稠油热采井水泥环应力疲劳寿命方程。基于所建立的方法和方程,研究了地层弹性模量、热采井升温周期、水泥环热膨胀倍数对水泥环拉伸破坏疲劳寿命的影响,研究表明地层弹性模量、注蒸汽升温周期、水泥环热膨胀倍数对热采井水泥环的寿命影响较大,硬地层环境、适当增加注蒸汽升温时间、适当增加水泥环的热膨胀倍数均有利于热采井水泥环寿命的延长。     

油气水井井筒完整性研究综述

在油田开发过程中,井筒完整性对于油田钻井和后期增产措施实施大规模压裂起着至关重要的作用。本文结合试验数据,探讨井筒完整性的失效机制,分析了地质环境、井眼曲率、水泥环性能密封以及油套管腐蚀速率等多方面影响因素。结果表明,地层泥岩吸水蠕变和膨胀、产层出砂、岩层滑动、断层活动、盐岩蠕变、坍塌及地震都会造成套管损坏;井眼曲率越大套管强度也越大,对套损的损坏就越严重;利用水泥环力学性能分析,探讨密封完整性对井筒完整性的影响;同时分析油套管腐蚀的影响因素,这些因素都对保证井筒完整性起着至关重要的作用。     

影响钻井液封堵性能因素研究

当钻井液与井壁地层接触,如果钻井液泥饼质量和封堵性能不好,滤液侵入地层会导致孔隙压力升高和地层岩石力学性质发生变化。由于孔隙压力升高和地层岩石力学性质的变化,改变了井筒围岩的应力分布,引起井壁岩石强度的降低,导致地层坍塌压力的升高,当井壁岩石所受到的周向应力超过岩石的剪切强度时,就会发生井壁坍塌。可见提高钻井液封堵性能,减少滤液侵入,有利于抑制地层水化,控制井壁坍塌压力的升高,保持井壁稳定。本文从室内实验着手,开展影响钻井液封堵因素的研究,通过大量实验得出钻井液对地层的封堵效果受以下等因素控制。     

水泥基材料超早期弹性模量研究进展

综述了近年来国内外有关水泥基材料超早期弹性模量理论和试验研究所取得的成果.定义了水泥基材料的超早期,论述了压入理论与细观力学在超早期水泥基材料弹性模量理论计算中的应用.梳理了超声波法、共振频率法、应力应变法、纳米压痕法等超早期弹性模量的测试方法,着重阐述了静弹性模量的现有测试方法及研究进展.分析了在该领域目前存在的问题,展望了今后的研究方向.     

关于注CO_2井井筒温度场的模型研究

注二氧化碳提高采收率是一种很具潜力的增油措施,在注入二氧化碳的过程中由于地层和井筒内存在温差,热量会由地层向井筒内传递。主要以注二氧化碳井筒温度场计算模型-注二氧化碳井井筒瞬态温度-压力耦合模型的演变方式为研究目标。     

固井水泥环性质和厚度对套管承载能力的影响研究

油气井固井注水泥作业主要目的就是要形成质量较好的水泥环,起到支撑及保护套管的作用。但在钻井和开发过程中,水泥环会受到多种不利载荷的影响,如温度应力、地层岩石围压、套管内压力等,使水泥环不能起到有效保护套管的作用。本文以某口井作为研究对象,根据弹性力学的相关理论并结合有限元方法,通过建立有限元模型,利用和操作有限元分析软件ANSYS,系统的研究了水泥环性质、厚度,对套管的承载能力的影响规律,并根据以上情况提出了相应的措施,用于指导现场工程实践。     

大庆深层致密气固井质量对完井套管受力变形规律的影响

为了进一步明确大庆深层气致密储层大规模压裂过程固井质量对完井套管受力变形影响程度,采用有限元数值模拟分析方法,建立了套管、水泥环、地层三维分析模型,模拟不同水泥环缺失工况条件下压裂参数对套管受力变形状态。研究表明,固井水泥环缺失会导致套管受到应力急剧升高,套管存在变形风险。当偏心距离为4mm、8mm、12mm时,随着水泥环厚度的增加,套管受到的最大等效压力呈现不断变大的趋势;当水泥环周向上缺失90°时,固井套管所受等效应力最大,相对于完整水泥环套管承受的最大等效应力增加了66.9%。研究成果可为大庆深层致密气大规模压裂套管变形防治提供依据。     

废弃井中水泥塞性能参数优化

确保废弃井中水泥塞不发生破坏是能够长期埋存地下二氧化碳的关键。在非均匀地应力条件下,废弃井中水泥塞的弹性模量、泊松比等性能参数是影响其完整性的重要因素。本文通过建立非均匀地应力条件下地层-水泥环-套管-水泥塞组合力学模型,利用有限元方法,数值模拟计算得到了不同因素下保证水泥环发生破坏的临界值:地应力组合σx=30MPa,σy=40MPa条件下,不同泊松比水泥塞所对应的临界弹性模量为:32.8、29.2、25.5、22.0、19.1GPa;20GPa和30GPa弹性模量水泥塞所对应的临界泊松比为:0.16和0.19;水泥塞弹性模量为20GPa条件下,不同泊松比水泥塞对应的临界地应力σy值分别为:51、49、46、42.5和39MPa。研究结果表明,水泥塞性能参数小于其临界值时才能确保水泥塞不发生破坏,为废弃井中水泥塞性能参数的设计提供了一定的理论指导。     

流体注入过程中井筒温度场计算及影响因素分析

在压裂、酸化等注入过程中,若井筒温度场发生变化,不仅会导致注入流体的性能发生变化,井下管柱、套管也会受到"温度效应"的影响,导致管柱变形。为此我们利用能量守恒定律,建立井筒传热数学模型,并结合计算机技术,对实际生产数据进行计算求解,实现了注入过程中井筒温度场的预测,为注入作业参数的合理选择提供了理论依据。     

热采水平井套损井筒处理技术

春光油田热采水平井多为Φ177.8mm套管、筛管完井,井深1500m左右,水平段长300-400m,因地层疏松、出砂严重、稠油粘度高,经多轮次蒸汽吞吐开采,油层套管热胀冷缩、管外水泥环松动,地层出砂引起地应力分布变化,造成部分水平井出现套管损坏、防砂筛管损坏、井筒砂堵等问题突出,井筒大块岩屑的清除及水平井套损打通道是大修施工常见工序,本文从春光油田水平井施工实际出发,参考国内各油田水平井施工成功经验及有关资料,从工具选择、钻具组合、施工参数等方面进行分析,探讨春光油田热采水平井套损井筒处理技术难点,从中找到可行性方法和措施,为下步施工提供借鉴。     

水泥环封固质量对套管安全影响研究

压裂改造施工是致密油气资源开采的有效技术手段,在改造和生产过程中,油气井在井下面临着复杂的温压工况条件,水泥环封固质量就是套管安全服役的重要基础。根据长庆油田常见井身结构,针对套管试压或压裂工况,建立不同水泥环封固条件下的套管-水泥环-地层力学模型,考虑不同试压或压裂压力、套管壁厚等因素,计算套管应力状态。在此基础之上,根据不同水泥浆上返高度、水泥环封固状态和套管下入深度,开展套管安全状态评价。研究结果表明,水泥环封固完全时,套管等效应力都较小;水泥环出现窜槽缺失,套管应力将迅速增加,甚至超过套管屈服值,套管产生塑性变形;环空水泥环封固高度过低,套管安全系数会大幅降低。因此在固井施工过程中,必须保证环空水泥环封固质量,同时考虑水泥浆上返高度,从而保证套管在井下工况条件安全服役。     

水泥沥青砂浆力学性能的温度敏感性

研究了不同温度条件下不同沥青含量的水泥沥青砂浆的抗压性能,以揭示该类有机–无机复合材料力学性能的温度敏感性规律。在–40～80℃范围内选择不同环境温度,采用电液伺服控制材料万能试验机测试了水泥沥青砂浆静态单轴抗压荷载下的应力–应变全曲线,获得了峰值应力和弹性模量随温度变化的基本规律。结果表明:随温度的降低,应力–应变曲线的上升段斜率增大,峰后下降段逐渐变陡,力学特性逐渐出现韧–脆转换。一般而言,水泥沥青砂浆的弹性模量和峰值应力随温度的升高和沥青含量的增大而降低,其温度敏感性随沥青含量的增大而增大。沥青含量较大的水泥沥青砂浆,其弹性模量和峰值应力随沥青含量变化幅度不大。建立的经验关系式成功描述了不同沥青含量的水泥沥青砂浆力学性能随温度变化的定量关系,且拟合结果表明以温感因子表征其力学性能对温度的敏感性具有一定的合理性。温感因子随着沥青含量的增大而增大,峰值应力的温感因子大于弹性模量的。     

地层-井筒耦合作用下气体钻开产气层井筒压力变化研究

使用气体钻井钻开产气层可以有效的保护储层,但气层流体高速渗流会引起地层压力的剧烈变化,可能导致严重的安全事故,目前对于气体钻井揭开产气层这一过程尚且缺乏合适的计算模型.本文分别建立了气体钻井井筒流动模型与地层渗流模型,在此基础上求解气体钻井钻开产气层地层-井筒耦合模型,实例计算说明该耦合模型可以准确模拟气体钻开产气层后...     

温度对水泥沥青砂浆力学性能影响程度试验研究

为研究不同温度下配比不同的水泥沥青砂浆的力学性能,采用电液伺服万能试验机测试了不同温度下水泥沥青砂浆静态单轴抗压下的应力-应变关系,获得了弹性模量和最大应力随温度的变化规律.试验结果表明:随着温度的降低,应力-应变曲线的上升斜率变大,出现最大值后下降段逐渐变陡;水泥沥青砂浆的弹性模量与最大应力值随沥青含量和温度的增大而降低,其温度敏感性主要由沥青含量决定.联系试验结果,建立了可定量分析水泥沥青砂浆力学性能随温度变化的本构关系,且拟合结果显示用温感因子描述其力学性能的温度敏感性有较高的合理性,随着沥青含量的增高,温感因子数值增大,最大应力所对应的温感因子大于弹性模量的.     

湿蒸汽沿注汽井井筒的压降和传热规律分析

在湿蒸汽热采过程中,精确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽压力,温度,和干度等参数的变化,对整个生产过程都相当重要。本文根据传热和两相流动原理,建立了井筒注蒸汽的数学模型,把井筒热传递可合理地分解成井筒内稳态传热和地层内非稳态导热两部分,并选择B—B法求解摩阻压降,用Ramey方法计算井筒内湿蒸汽的传热量。     

可钻式贴堵工艺中膨胀水泥机械性能参数的优选

可钻式贴堵工艺是一种适用性强、封堵可靠性高、后期处理方便的新型调整层系封堵作业技术,其常选用膨胀水泥来改善封堵效果。为了预防膨胀力挤坏可钻式贴堵管,采用有限元数值模拟方法,研究了膨胀水泥和地层的机械性能参数对贴堵管中应力的影响规律,优选了膨胀水泥的机械性能参数范围。结果表明:膨胀水泥膨胀率对贴堵管内应力的影响最大,次之是膨胀水泥的弹性模量,膨胀水泥的泊松比、地层的弹性模量和泊松比的影响较小。膨胀水泥膨胀率越大,贴堵管内的应力越大,且环空中膨胀水泥的体积越大,应力增长速率越大;随着膨胀水泥弹性模量的增大,贴堵管内的应力先增大后减小。无缺失和原套管缺失两种情况下贴堵管挤毁的可能性较小,原套管和水泥环都缺失时最可能挤毁贴堵管。优选膨胀水泥的膨胀率为0.5%,其它机械性能参数可在任意范围内变化。研究结果对可钻式贴堵工艺的成功应用具有重要的指导意义。