松软地层套管损坏的影响因素研究

建立松软出砂地层中套管的三维有限元力学模型，分析出砂段高度、套管内压以及垂向地应力对套管受力的影响。分析结果表明，出砂段的存在大大增加了套管损坏的危险性；出砂套管损坏的危险程度与出砂段高度呈抛物线关系；最大当量应力与内压的关系基本为双段线性；垂向地应力对套管应力大小影响很大。防止和减少出砂地层套管损坏的措施，除采用合理的防砂工具、选用高强度套管外，还应使出砂段高度避免接近临界出砂段高度，并且尽量使套管内压力接近临界内压。图6参8     

出砂地层套管临界内压研究

建立了松软出砂地层中套管的三维有限元力学模型．分析了出砂段高度、套管内压对套管受力的影响。分析结果表明．出砂段的存在大大增加了套管损坏的危险性;出砂套管损坏的危险程度与出砂段高度呈抛物线关系;最大当量应力与内压的关系基本上为双段线性。防止和减少出砂地层套管损坏的措施．除采用合理的防砂工具．选用高强度套管外;应使出砂段高度避免接近临界出砂段高度;尽量使套管内压力接近临界内压;并且提出了设想的滑动式套管结构。     

集中载荷作用下的套管抗挤能力分析

根据油田套管损坏情况,建立了集中载荷作用下的套管抗挤能力计算模型,利用能量法和曲杆理论,分析研究了承受180°对称分布集中载荷、90°均匀分布集中载荷和120°均匀分布集中载荷下中厚壁套管抗挤能力,得出了理想圆管抗挤强度和套管屈曲临界挤毁压力的计算公式,通过分析比较理论解与有限元解,其最大相对误差不超过1%,得出了套管抵抗局部载荷的能力低于抵抗均布载荷的结论。     

防砂射孔与砾石充填

该文通过分析实验室数据和现场数据对选择射孔参数（弹型、孔密、相位）进行防砂做了介绍。实验证明，射孔产生的碎片对砾石充填有害，导致砾石充填后油气井生产率的降低。以前发布的预测砾石充填井性能的分析模式是在对现场数据的分析和对射孔孔道所处的套管／水泥胶结部分的砾石渗透率的逆向计算及有效孔密的基础上完成的。一切损害都可以归结到套管水泥胶结部分的射孔孔道以及有效孔密上。首先要考虑射孔孔道在地层内是敞通的还是塌陷的。用于常规砾石充填的射孔在选择参数（包括穿深、套管上的孔眼面积和射孔孔密）时要考虑地层内的压降（由地层损害和孔道内的损害造成）和充填了受损砾石的射孔孔道在套管／水泥胶结部分的压降。在砾石充填压裂过程中，射孔相位和孔密对液流的进入起重要作用，因为这些参数决定着射孔孔道和裂缝沟通的柱流面积。讨论了定向射孔完井技术的优越性。针对油气流量的不同，对砾石充填的砾石充填压裂两种完井方法提供了优化射孔的指导意见。给出了尼日利亚一口井的现场数据，在那里，用该技术改善了疏松砂岩的砾石充填完井的有效性，还提供了计算实例。     

射孔后套管的稳定性理论与数值分析

从射孔后影响套管稳定性的机理和特征出发,分析了射孔后套管屈曲的影响因素。在建立射孔套管数值模型的基础上,采用ABAQUS软件数值分析得到φ177.8和215.9 mm 2种套管射孔后的前三阶失稳模态,并进一步给出这2种套管射孔孔密与临界载荷的关系。计算分析结果表明,套管失稳存在多阶模态,一阶失稳模态临界载荷最低,随着模态阶数的增加,临界载荷也会增加;临界载荷与套管的直径、壁厚有关,随着套管直径的增加,套管的临界载荷减小。     

出砂因素对采油井套管损坏力学分析

以东濮凹陷WZ油田井况调查套管损坏资料为依据，分析说明地层出砂是引起套管损坏的主要原因。在对出砂油井套管损坏形态、层位与射孔状况、岩石性质等因素进行综合分析基础上，对疏松砂岩出砂、上覆岩层坍塌等主要方面导致的套管受力变形进行研究，为探讨疏松砂岩地层套管的损坏机理及防治措施提供依据。     

出砂因素对采油井套管损坏力学分析

以东濮凹陷WZ油田井况调查套管损坏资料为依据,分析说明地层出砂是引起套管损坏的主要原因。在对出砂油井套管损坏形态、层位与射孔状况、岩石性质等因素进行综合分析基础上,对疏松砂岩出砂、上覆岩层坍塌等主要方面导致的套管受力变形进行研究,为探讨疏松砂岩地层套管的损坏机理及防治措施提供依据。     

射孔对油气井套管抗挤压强度的影响

射孔是导致油水井套管技术性能变差的原因之一。油水井套管在井下承受均匀和非均匀2种形式的挤压载荷。通过对射孔后套管进行非均匀外载挤压试验,研究分析不同孔径、孔密等射孔参数,不同套管壁厚对套管抗挤压强度的影响。结果表明,同种外径的套管,壁厚对抗挤压强度的影响远大于射孔的影响,壁厚越大,强度越大;射孔孔径、孔密对套管抗挤压强度有影响,但射孔前后变化不大;套管承受非均匀外载时抗挤压强度下降较大,且非均匀性越强,下降越大。该文还对射孔段套管损坏的原因进行了分析,对套管防损和射孔参数选择堤出建议,为合理设计套管、选择射孔器以及射孔新技术推广应用提供了指导,以降低射孔对套管产生的损伤。     

螺旋布孔射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一,建立了射孔套管的有限元力学模型,采用弹塑性有限元法,分别对螺旋布孔射孔套管采用不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响进行了模拟和分析.分析了不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数的变化规律.结果表明,射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降,下降幅度与射孔密度有关,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大,并使套管的抗拉、抗压强度降低.因此,在套管柱设计时应该考虑射孔的影响.最后,通过对几种布孔方案进行对比分析,找出了射孔套管的优选布孔方案.为射孔完井优选设计提供了合理的模型,为射孔段套管柱的合理设计提供了承载能力计算的可靠依据.     

射孔套管高应力区域压缩体积系数有限元分析

针对射孔完井引起套管损坏的问题,从射孔套管整体受力的角度出发,依据板壳开孔力学模型,建立套管射孔螺旋布孔有限元力学模型,清晰反映出套管射孔后孔眼周围应力区域变化。对比不同射孔参数条件下射孔前后套管高应力区域体积比,得出高应力区域压缩体积系数,分析出正常生产压差条件下,不同射孔参数(孔径、孔密、相位角)对射孔套管压缩体积系数影响。结果表明:不同射孔参数对射孔套管压缩体积系数均有影响,根据不同参数影响规律各自特点,给出了降低射孔套管高应力区域体积系数的射孔参数优选方案,整体上减少正常生产状况下射孔套管高应力区域压缩体积,保障了油井的正常生产。     

油管柱在套管中的屈曲行为试验研究

油管柱在套管中的屈曲行为对油气生产有重要影响。依据相似理论,采用1:10的比例尺以缩小的油管、套管模型进行了3组试验,安装分别为:①油管和套管上下同心; ②油管上部偏心2.5 mm; ③油管上下都朝同一个方向偏心2.5 mm。每次试验时都在油管的一端连续施加轴向载荷,测试油管另一端的轴向载荷。分析不同条件下摩擦力的变化,研究结果表明:管柱受压屈曲会导致摩擦力增大; 管柱相对套管的偏心对轴向力的分布影响很小; 证明了管柱力学分析理论中轴向力计算时油管与套管同心的假设是合理的。     

Thermal Buckling of Casing in a Slanted Thermal Production Well

Abstract

Severe thermal load to the casing that results from steam injection operation can cause casing failure. This article describes thermal buckling caused by thermal loading in a poor cement-bonding section or cement empty section. The concept of thermal buckling and a thermal buckling model are presented. The relation between sinusoidal or helical buckling with the number of buckling half-waves and critical temperature is developed. The arc length of sinusoidal and helical buckling are calculated, and the maximum amplitude and average helical pitch are found combined with the result of casing elongation by thermal effect. The conclusion that the casing located in a poor cement-bonding section or cement empty section was predamaged due to severe thermal buckling caused by high temperature is proposed. This conclusion has a guide to the parameter selection of steam injection and casing maintenance in a steam injection production well.     

出砂套管受力有限元分析

油气井开采过程中.生产层段由于出砂将在套管外部附近形成空洞,破坏了套管的受力环境,套管外部失去支撑.由于上覆地层压力的作用,使套管在轴向压力作用下产生屈曲变形.本文用弹塑性有限元法建立了出砂段套管屈曲变形的有限元力学模型.根据此模型,分析了某出砂引起套损后,套管的形态;特定上覆层栽荷下,发生屈曲的自由套管段长度.这些结...     

稠油热采井注汽及油层出砂对套管的影响

对胜利油田单二区块稠油热采井注汽及油层出砂进行了有限元数值模拟研究,得出如下结论:(1)油层注汽引起岩层温度升高,套管应力增加,易造成套管轴线偏离,发生错断;(2)热采井出砂严重时,出砂区域地层软化,地层骨架失去承载能力,出砂区域内套管轴向应力为压应力,当超过极限应力时,易发生套管弯曲变形、错断和缩径;(3)随着出砂量的增大,套管射孔孔眼应力集中系数增大,当孔边应力达到套管材料的屈服极限时,会导致孔眼塑性破坏。     

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究

为探究动态载荷作用下地下储气库(UGS)受压段管柱非线性屈曲特性,根据储气库井筒结构特点,建立了柔性约束下UGS管柱非线性屈曲力学模型,采用慢动力法阶跃式施加管柱外载荷,并结合考虑接触的管柱屈曲动力学方程,分析了动态载荷作用下管柱的非线性屈曲特性.以UGS-ZY 11井现场数据为例,通过ABAQUS模拟计算进行对比研究...     

斜直井眼中管柱变形参数仿真实验

根据物理相似原理,设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置,利用该装置对管柱在斜直井眼中的钻压传递规律、位移与载荷的关系以及临界屈曲载荷进行了研究.通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力、无因次摩擦系数和无因次轴力分布系数的值,对管柱在斜直井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行了模拟实验.由钻压传递、位移及载荷的实验结果与理论计算曲线相比较得知,两者之间的最大差值不超过10%,理论临界屈曲载荷与实验求得的临界屈曲载荷之差不超过6%.其结果可为修正理论模型提供依据.     

复杂页岩气井无限级砂塞分段压裂先导性试验

滇黔北昭通页岩气示范区YSA井钻遇断层且存在3个水平井眼,考虑到压裂过程中可能产生套管变形等复杂问题,不宜采用常规的桥塞分段工艺,因此开展了连续油管无限级砂塞分段工艺进行分段压裂。该工艺分段数不受井筒条件限制,分段方式以砂塞封隔分段代替了常规的桥塞分段,配套的新型工具只需起下1次连续油管就能完成单段的冲砂、填砂和多簇喷砂射孔作业,整个施工过程中井筒全通径,能有效应对页岩气井套管变形对压裂施工的影响。YSA井在发生套管变形的情况下完成了13级分段压裂,解决了由于套管变形而无法使用桥塞分段的难题,压后测试产量达11.3×104 m3/d,增产效果显著。该工艺的成功应用为我国页岩气井提供了一种新的分段改造手段。     

疏松砂岩地层出砂因素对套管损坏机理探讨

以东濮凹陷WZ油田历年井况大调查套管损坏资料为依据，在对出砂油井套管损坏形态、层位与射孔状况、岩石性质等因素进行综合分析基础上，对疏松砂岩出砂、上覆岩层坍塌等主要方面导致的套管受力变形进行研究，为探讨及防治措施提供依据。     

内外液压作用下套管柱屈曲载荷的级数解

关于油井套管柱的屈曲问题虽已经有一些研究文献，但深入系统地研究该问题的文献并不多，由于其微分方程求解困难。各文献并没有给出一致的套管临界屈曲载荷，并且给出的结果普遍偏高，文章首次将套管和内，外部液体一起考虑，建立微分方程，并用无穷级数法求解，得到了比较准确的临界屈曲载荷，论述了管柱内，外壁侧向液压对管柱发生屈曲的影响，对于开口管柱，当其处于微弯状态时，内、外壁同压力上起管柱任一截面的弯矩等于作用于底端的轴向力和沿轴线均匀分布的液柱重力所产生的弯矩。其结果可供油井设计和施工参考。