深井套管磨损几何力学模型及计算分析

在深井、超深井钻井过程中,套管磨损有可能导致套管封隔失效和油气井的早期报废.建立了深井钻杆与套管之间磨损模型,对深井套管磨损机理进行分析,研究钻杆本体与套管的接触情况,计算钻杆与套管之间的接触力.讨论了井眼曲率、套管钢级、钻杆轴向拉力、钻井时间对套管磨损的影响.应用所建的模型分析了不同因素对套管磨损厚度的影响,预测了深井套管磨损厚度.     

用数理统计方法预测油套管腐蚀剩余寿命

在稠油开采过程中,由CO2腐蚀造成的油套管损坏事故频繁发生,有必要对油套管进行可靠性评估和剩余寿命预测。文中分析了油套管腐蚀机理和规律,研究了腐蚀概率分布规律;通过长效实验,结合室内加速腐蚀实验数据,运用数理统计方法预测了腐蚀发展规律;通过预测油套管剩余强度和安全系数可以预知套管的剩余寿命。预测结果与实际情况接近,证实了油气井套管CO2腐蚀符合指数概率分布类型。以概率统计预测的腐蚀速率为依据,结合套管强度设计方法,可以有效预测油套管剩余寿命。     

油气井完整性定量风险分析

随着油气田的不断开发与发展,越来越多的油气井由于长期运行存在套管失效、封隔器失效、井下安全阀故障、井口采油树老化等各种安全隐患,针对油气井失效模式开展油气井完整性定量风险分析尤为重要。油气井完整性定量风险分析方法在国内是一项全新的技术,是油气井完整性管理的一项重要组成部分,它贯穿于油气井整个生命周期的全过程。油气井完整性定量风险分析是通过油气井井屏障现状分析,识别泄漏途径,分析泄漏后果,最后确定风险等级的一种方法。     

油气井套管柱的抗震可靠性分析

针对长寿命油气井的安全可靠性问题,提出了套管柱的抗震可靠性研究。通过对地震烈度和对应加速度的随机性描述,得出了地震烈度及对应加速度的概率分布规律和分布参数;同时,通过对套管几何尺寸和管材力学性能的随机性描述,明确了套管外径、壁厚、屈服强度、弹性模量、泊松比等随机变量的概率分布规律和分布参数。建立了地震作用下套管柱的力学模型;借助于振型分解反应谱理论和等效静载荷法,完成了地震作用下套管等效应力的计算方法研究;通过结构可靠性理论建立了地震作用下套管的可靠度计算模型;采用Monte-Carlo的Latin Hypercube数值模拟方法完成了实际套管抗震可靠度的计算。计算结果表明,套管柱的抗震安全指标近似呈最小极值I型分布,即一般情况下地震作用对套管柱损坏的影响不大,但对于较高地震设防烈度地区的长寿命油气井而言,地震对套管柱安全可靠性的影响不容忽视。     

油气井环空允许带压值的计算方法探讨

油气井尤其是高温高压油气井的环空带压问题逐渐引起重视,需要开展系统性、较为准确的环空允许带压值的计算。通过耦合油管和套管自身强度因素、管材腐蚀因素、井筒温度因素、地层特征因素等,提出了确定油气井环空允许带压值范围的计算方法,计算值包括最大允许环空带压值、最小允许环空压力值,且均为动态值。利用该方法对西部某气田X井进行了环空压力值计算和预测。该井在投产初期A环空带压安全允许值范围为13.51 ~46.98 MPa,最大值比API RP90标准推荐方法计算出的值高达20%。预测结果表明,该井在井口油压和井底流压下降、套管腐蚀加重后,A环空允许带压最大值也逐渐下降。该方法可以实现油气井环空压力静态、动态计算和分析,对油气井环空压力的静态、动态管理具有一定的指导意义。     

考虑气体溶解效应的持续套管压力预测与分析

水泥环失效是导致持续套管压力的重要原因之一,严重威胁油气井的安全生产。基于气体渗流方程,利用水泥环综合渗透率表征水泥环失效程度,建立了考虑气体溶解的持续环空压力预测模型,通过与现场实测数据的对比表明模型具有较高的预测精度。考虑气体溶解可准确预测进入环空的气体泄漏量,溶解效应对于压力早期建立过程具有重要影响,随着溶解度的增加预测误差增大,适当增加压力测试数据有利于减小预测误差。利用建立的模型对陵水气田进行了持续套管压力预测,结果表明,随着水泥环综合渗透率的增加,持续套管环空压力上升速度明显加快,环空流体密度减小会导致持续最大环空压力升高,预置环空体积可以延缓环空压力的上升。从工程角度,保证气井整个服役期水泥环的完整性和考虑钻井液沉降的影响对于环空压力管理具有重要意义。     

多轴交变载荷下套管长圆螺纹疲劳失效分析及寿命预测

在下套管以及压裂作业过程中,套管螺纹在多轴交变载荷作用下极易发生疲劳失效,影响施工进度.针对该问题,通过有限元方法,利用Abaqus软件建立套管长圆螺纹有限元模型,对上扣后套管螺纹在拉伸、压缩、内压力等多轴交变载荷作用下的应力、应变进行了分析,并基于Mises屈服准则的寿命评估法对套管螺纹在多轴交变载荷下的寿命进行计算...     

ģ��ʶ��Ԥ�������׹ܵı�����

近年来,我国许多油气田的套管损坏均呈快速增长势头,套管损坏的频繁出现带来了巨大的经济损失,也严重防碍了正常生产。然而,按照以往的方法对井下套管变形情况进行识别,进而预测其损坏程度是非常困难的。这种困难来自于许多方面,诸如井眼周围地下情况的不明确、套管受力难以确定、复杂的失效机理、因素的模糊性、套管损坏原因与结果之间的模糊关系等等。为此文中首先系统地分析了这些困难,对套管损坏的原因进行归纳及分类,然后在此基础上利用模糊数学建立了对套管损坏的数学描述,提出了用模糊综合评判方法识别套管的变形情况,进而用序列评判结果来预测套管损坏程度和使用寿命。该方法考虑并利用了影响套管损坏的许多模糊因素,在一定程度上解决了以往方法中遇到的困难,为套管寿命预测研究提供了一种新的途径,并得到了生产单位的肯定。     

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.     

油气井井筒完整性系统风险评估方法

常规油气井井筒完整性风险性评价方法只是针对单一工况的,目前还没有油气井整个寿命周期内井筒完整性系统风险评价方法。为此,将油气井井筒关键结构（点）（如完井油套管柱、水泥环等）完整性风险评估和考虑多种工况的井筒综合完整性评估相结合,提出了油气井整个寿命周期（包括钻井、完井、生产、弃井等4种工况）的井筒完整性系统风险定量评估方法,建立了油气井井筒完整性系统风险定量评估模型和评价指标。利用该风险评估方法对普光气田气井整个寿命周期内的井筒完整性风险进行了评估,结果发现该气田气井井筒完整性风险较高,与现场情况相符。研究表明,利用提出的油气井井筒完整性系统评估方法可以评估油气井整个寿命周期内的井筒完整性风险,为降低油气井井筒完整性风险提供依据。      

Casing life prediction using Borda and support vector machine methods

Eight casing failure modes and 32 risk factors in oil and gas wells are given in this paper. According to the quantitative analysis of the influence degree and occurrence probability of risk factors, the Borda counts for failure modes are obtained with the Borda method. The risk indexes of failure modes are derived from the Borda matrix. Based on the support vector machine (SVM), a casing life prediction model is established. In the prediction model, eight risk indexes are defined as input vectors and casing life is defined as the output vector. The ideal model parameters are determined with the training set from 19 wells with casing failure. The casing life prediction software is developed with the SVM model as a predictor. The residual life of 60 wells with casing failure is predicted with the software, and then compared with the actual casing life. The comparison results show that the casing life prediction software with the SVM model has high accuracy.     

预测套管寿命的一种新方法

由于井下情况的复杂性，许多影响套管受力状态的因素对套管的作用无法用通常的数学表达式描述。据此讨论了这方面的困难所在以及常规方法的局限性和应用模糊数学理论解决不确定性问题的优势。提出了序列模糊综合评判方法，为套管寿命预测研究指出了一条新途径。在对大量现场数据分析的基础上，建立了套管损坏的新型因果关系，编制了相应的计算软件，以预测和判断井下套管的变形损坏情况。油田初步应用表明，在套管损坏比较集中的层段，预测吻合率可达７８％以上。     

抽油杆经济使用年限的可靠性评价方法

以描述抽油杆柱纵向振动的波动方程为基础,建立了抽油杆柱应力循环特性的仿真模型;应用有限元法分析了含缺陷抽油杆的应力分布,建立了含缺陷抽油杆应力集中系数的回归模型;考虑了过渡段对抽油杆实际疲劳强度的影响以及使用年限对抽油杆损伤程度的影响,并综合考虑抽油杆材料力学性能、缺陷尺寸以及循环应力的随机性,建立了抽油杆柱疲劳寿命与抽油杆使用寿命周期内作业次数的可靠性预测模型。综合考虑抽油杆使用寿命周期内抽油杆柱投资、作业费用与作业产量损失的影响,以使用年限内年均总费用最低为目标,建立了抽油杆经济使用年限的可靠性评价方法,仿真分析了影响抽油杆经济使用年限的主要因素。     

套管段井筒完整性风险评价方法研究

井筒完整性评价的目的在于了解井筒风险状况,以便防止井筒结构产生失效破坏。影响井筒完整性的因素包括技术套管完整性、水泥环质量和地层因素3个环节,技术套管完整性是井筒完整性最重要的因素,而水泥环质量不好和地层条件差会增大井筒失效的风险,因此,整个井筒失效是3个环节失效综合的结果。利用层次分析法建立了套管井段井筒完整性的系统模型,给出了井筒完整性评价的整体思路,提出了利用套管监测、预测、测井等手段评价任意井段的井筒完整性方法,给出了对任意井深井筒完整性状态及全口井井筒完整性状态的风险评价模型。     

拉弯复合载荷作用下的API短圆套管螺纹力学行为

套管下入水平井弯曲段时,套管螺纹是否已发生屈服对于随后的钻进和油气井生产有至关重要的影响,而目前国内外对于井眼曲率（弯矩）对套管螺纹连接强度和密封性能影响的研究极少。笔者基于虚功原理、接触非线性理论及vonMises屈服准则,建立了API短圆套管螺纹连接的三维计算模型,研究了拉弯复合载荷下连接螺纹的应力分布规律,指出井眼曲率（弯矩）对套管的连接强度和密封性能影响极大,并通过大量计算绘制了给定井眼曲率时的最大许用套管悬重图,综合考虑连接强度和密封能力推荐了API短圆套管螺纹标准所列锥度、螺距、螺纹长度、牙高参数系列中的最优值。     

�׹ܿɿ�������Ԥ��

文章在综合分析了目前已有套管寿命预测方法的基础上，首次提出了从可靠性角度对套管寿命进行预测的思想。通过对套管故障树的定性和定量分析，得出了套管的可靠性寿命预测模型，推导出了套管在工作一定时间之后不可靠度的计算式，给套管的寿命预测提供了一个新的研究方法。在此基础上，按照套管可靠性寿命预测模型编制了计算程序，并以中原油田某井为例对模型进行了初步的验证。     

Prediction of casing wear in extended-reach drilling

Intermediate casings in the build sections are subject to severe wear in extended-reach drilling. This paper presents a new method for predicting the depth of a wear groove on the intermediate casing. According to energy principle and dynamic accumulation of casing wear by tool joints, a model is established to calculate the wear area on the inner wall of the casing. The relationship functions between the wear groove depth and area are obtained based on the geometry relationship between the drillstring and the wear section and the assumption that the casing wear groove is crescent-shaped. The change of casing wear groove depth versus drilling footage under different-sized drillstrings is also discussed. A mechanical model is proposed for predicting casing wear location, which is based on the well trajectory and drillstring movement. The casing wear groove depth of a planned well is predicted with inversion of the casing wear factor from the drilled well and necessarily revised to improve the prediction accuracy for differences between the drilled well and the planned well. The method for predicting casing wear in extended-reach drilling is verified through actual case study. The effect of drillstring size on casing wear should be taken into account in casing wear prediction.     

温度作用影响套管抗挤强度的定量评价方法——以页岩气水平井大型压裂施工为例

目前通常采用大规模水力压裂的方法对页岩气储层进行改造,由于施工排量大、施工时间长,造成井筒温度下降速度快且幅度大,由温度作用而产生的拉应力会降低套管抗挤强度,不利于安全生产。针对页岩气水平井压裂施工工艺及工况条件,建立了水力压裂时的热传导控制方程,并利用有限差分法对其进行求解,分别探讨了不同井口温度下常规水力压裂和大规模水力压裂时井底温度的变化情况;然后再根据API套管挤毁压力计算公式求得了不同钢级套管在不同温度变化时套管抗挤强度的变化值。结果表明:①较之于常规水力压裂,大型水力压裂时,井底温度变化对套管抗挤强度影响较大且对不同钢级的套管抗挤强度的影响程度也有所不同,其中高钢级套管的抗挤强度受影响较小,而低钢级套管抗挤强度受影响则较大;②当在冬季进行施工及水平井垂深更深时,这种由于温度作用造成套管抗挤强度的降低更为明显。结论认为,在对页岩气水平井大规模水力压裂时,必须考虑因为井底温度变化所造成的套管强度降低的问题,并进行合理的套管设计。