高温环境下防喷器的几个设计要点分析

提出了用于海洋油气勘探开发的高温高压防喷器设计中涉及的几个要点问题,即承压件的结构设计、温度场的模拟和橡胶件的改进等。针对这3类问题进行了详细的分析,依据ASME规范对研制的FZ48-105型闸板防喷器在高温条件下的疲劳寿命进行评估;对水下和陆地2种工况下防喷器的温度场进行了数值模拟,并阐述了目前橡胶件的改进方向。为高温高压防喷器密封件的设计提供指导。     

FZ35105防喷器的研制与应用

为了满足石油、天然气勘探和开发中深井、超深井及高压油、气井的井控需求,研制了FZ35-105防喷器.详细介绍了FZ35-105防喷器的结构及特点,以及研制过程解决关键技术的方法.现场应用表明,该防喷器能达到现场井控的需求,但胶芯耐硫性差,改进后耐硫性能达到了要求.     

防喷器高温高压密封试验装置研制

深井通常伴随着高温、高压,为了确保钻井安全,防喷器必须具有可靠的密封性。研制了一种防喷器高温高压密封试验装置,可对防喷器进行高温、高压的密封试验。介绍了该装置的总体方案、中央控制室、热油站、安全控制系统、升压系统、加热线圈。进行了防喷器φ89~φ149mm变径闸板、φ149mm半封闸板的高温高压密封试验,取得了良好的效果,为防喷器在高温高压环境下工作安全性提供重要技术支撑。     

闸板防喷器壳体应力分布试验测试与分析

目前对于闸板防喷器壳体受力分析一般限于有限元分析以及理论研究,少有结合试验进行验证分析。鉴于此,以FZ28-105单闸板防喷器为例,分别对额定工况和静水压情况下壳体受力进行试验测试,并建立壳体三维模型进行有限元分析。对2种分析方法的结果进行对比,发现壳体外表面的应力分布试验测试结果与仿真结果基本相符。同时指出了利用试验测试和有限元分析方法确定的壳体内外表面的应力集中区域。该试验方法和结果可为闸板防喷器的设计及在役防喷器的安全评价提供参考。     

F48-70型水下防喷器组研制

结合目标平台,采用防喷器结构优化技术、胶芯超弹性复合体三维仿真模拟分析技术、高强度高韧性低合金钢制造技术、抗硫剪切闸板设计制造技术、耐高温胶料配方及硫化技术等水下防喷器组关键技术,研制出了国内首套F48-70型水下防喷器组。F48-70型水下防喷器组配置了抗硫剪切闸板、耐温177℃管子闸板、耐温149℃变径闸板,可满足高温高压、高含硫井钻井作业要求。该防喷器组通过了中国船级社、挪威船级社、四川科特石油工业井控质量安全监督测评中心等第三方的检验,检验结果符合API Spec 16A要求,为该水下防喷器在海上应用奠定了基础。     

FHZ28-105型环形防喷器胶芯研制

为满足高压油气井的井控要求,研制了FHZ28-105型环形防喷器。胶芯是其关键部件,采用锥形结构,材料为丁腈橡胶,并设计了金属骨架。应用有限元软件分析了胶芯的形变、接触应力和应变,符合设计要求。室内试验表明,胶芯的密封压力可达105MPa。为高压防喷器的国产化提供技术支持。     

HPR高温高压压裂封隔器的研制与应用

在高温高压井施工作业过程中,压裂封隔器易出现中途失封、压后无法解封、回收困难、管柱无法起出等问题;进口的压裂封隔器,施工成本高,进货周期长,在一定程度上制约深井和超深井的勘探开发。为满足塔里木、准噶尔、吐哈盆地、柴达木盆地等地区深井、超深井高温、高压作业的需求,研制了集锚定机构、密封机构于一体,采用特种高分子材料作为胶筒防突保护的耐温200℃、承压差105 MPa的HPR高温高压压裂封隔器。室内座封启动和解封实验结果表明,封隔器各项性能参数满足现场试验要求;经ET1井现场试验,封隔器密封良好,锚定可靠,放喷、试气后,解封顺利,满足现场施工要求。该封隔器为高温高压井压裂施工提供了有力的技术支持。     

高温高压尾管顶部封隔器研制

常规尾管顶部封隔器无法满足深井、超深井及海洋油气井的高温高压环境对尾管固井作业的需要。依据O形密封圈高温高压密封机理分析,完成了"金属+橡胶"式封隔器密封结构的研制。研究了硫化橡胶厚度、防退锁紧装置、膨胀锥角、坐封力及硫化工艺等关键技术与高温高压密封性能的关系,并优化了主要性能参数。通过对3种氟橡胶材料在高温下的力学性能研究,优选氟橡胶A作为封隔器橡胶密封材料。开发了井下工具的高温高压试验装置,并进行了地面性能评价试验。研究结果表明,高温高压尾管顶部封隔器在204℃下正反双向密封70 MPa,达到现场高温高压井的使用要求。     

一种非API规格套管高性能特殊螺纹接头的设计开发

针对高温高压超深井的复杂井况需求,研制开发了一种非API规格套管高性能特殊螺纹接头,规格为Φ200.03 mm×10.92 mm,钢级为110ksi。介绍了特殊螺纹接头的结构特点,采用有限元方法计算分析了接头的应力分布、密封强度和密封接触压力,并依据API RP 5C5:2017 CAL IV对接头进行了全尺寸实物评价试验验证和复合力气密封试验。理论分析和试验结果表明,该接头的抗粘扣性能、密封完整性、接头结构合理性均达到了产品设计要求,能够满足高温高压深井对螺纹接头结构和密封性能的要求。     

FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的优化设计

此次的优化设计是在以往的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的基础上,通过对防喷器液压锁紧机构从结构设计的方面进行改进,优化后的产品在锁紧以及解锁的可靠性方面得到了提高。按照此优化设计生产的防喷器通过了API 16A要求的各项出厂试验,可以满足生产作业现场的使用要求。     

高温高压胶筒

对于深层气井压裂工艺来说,耐高温高压性能良好的胶筒可以使压裂工具下入更深,更容易压开高破裂压力地层.为满足生产实际需要,开展了180℃、100 MPa胶筒的攻关研究,为大庆外围深层气井压裂提供了技术支持.     

高、超高转差率电动机

介绍了高、超高转差率电动机发展历程及技术水平和发展现状,提供了高、超高转差率电动机的工作原理、产品结构、性能特点、技术参数指标及用途;指出该产品具有节电性能好、机械收益高、起动性能优越等特点,并介绍了相关的自主知识产权、特色技术,产品室内试验与现场试验的情况,在国内外各大油田的现场使用情况,以及高、超高转差率电动机进一步研发方向。     

高温高压油管锚定器的研制与应用

为解决油管锚定器耐温耐压性能低,锚定不可靠以及解卡困难等问题,研制了高温高压油管锚定器。该锚定器解卡结构设计独特,实现了泄压平衡油套压力后工具解卡,不受压差影响,安全可靠;锁块锁定中心管,解卡销钉不受坐封压力和尾管重力影响,避免了管柱提前坐卡;锚定器与封隔器配合能实现管柱逐级解卡,可减小起管柱载荷,提高了解卡成功率。高温高压油管锚定器在5井次的现场应用中,最大井斜59.3°,最高注水压力43 MPa。该锚定器起到了对管柱的锚定作用,施工安全,成功率高,保证了整个作业过程封隔器密封可靠,具有广阔的推广应用前景。     

高温高矿化度高密度水基钻井液用润滑剂

复杂深层油气钻井工程中,超高温高矿化度高密度（简称“三高”）复杂条件对水基钻井液润滑剂性能提出了更高要求。笔者利用环保性能较好的改性基础油、极压耐磨成膜材料、复合表面活性剂以及复合抗氧化剂等,研制了一种高温高矿化度高密度钻井液润滑剂SDR-1。评价结果表明,润滑剂SDR-1抗温达200℃,在饱和盐水基浆及含6000 mg/L钙的饱和盐水基浆中润滑系数降低率均大于80%,其沉降稳定性好,荧光级别小于3级;与高密度钻井液配伍性良好,可有效降低高密度钻井液的循环流动压耗及动态摩阻。      

超高温高密度固井隔离液研究与应用

高温高密度井给提高顶替效率的固井隔离液提出了严峻的挑战.通过选用高分子聚合物,辅助高温稳定剂配制出了密度可达2.4 g/cm3的超高密度隔离液,室内研究表明,该隔离液抗温性能达到175℃,具有很好的悬浮稳定性和流变性,与钻井液和水泥浆有较好的相容性及抗污染性,并能延长水泥浆凝结时间,对固井施工安全有保证作用.通过现场一口钻井液密度达2.05 g/cm3的超深井固井应用,固井施工顺利,水泥浆返高界面清晰,过渡段短,水泥环胶结良好,固井质量合格.     

高韧性高流动性聚丙烯材料的研究

采用动态硫化方法对聚丙烯进行增韧改性，以克服传统的简单共混增韧改性产生的冲击强度增幅有限。加工流动性明显下降的问题。对于不同的交联体系、三元乙丙橡胶(EPDM)进行了对比试验。     

高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂

焊剂又叫焊药,类似于手工电弧焊条的药皮,它是由多种矿粉混合、烧结而成的颗粒状非金属物混合物。焊剂与焊丝是自动埋弧焊接中不可缺少的焊接材料,前者的主要作用是为金属焊接过程造渣、造气,从而保护焊缝金属不被氧化,减少焊缝金属中氮气的侵入,保证焊缝组织质量,提高生产效率。     

高温(220℃)高密度(2.3 g/cm3)水基钻井液技术研究

针对钻井工程需求，评价优选出了抗高温钻井液用高温保护剂、降滤失剂、封堵剂等钻井液处理剂，并进一步优选出了抗高温（220℃）高密度（1.80～2．30g／cm^3）水基钻井液配方。室内评价结果表明：该体系具有良好的抑制性和抗钻屑污染性能，抗钻屑粉污染达10％；具有一定的抗电解质能力，抗盐达2％，抗氯化钙达0．5％；具有良好的润滑性能；容易配制和维护。     

高温高压钻井技术的探索与认识

高温高压钻井作业过程中面临诸多的困难和挑战,为了保障高温高压钻井作业的安全、减少复杂情况,提高作业效率,分析了高温高压钻井所面临的主要挑战,结合国内外的成功经验,提出了相应的应对措施。指出了高温高压钻井除面临压高温高压之外,还要克服地层可钻性差、钻井周期长、钻具易发生疲劳破坏、部分地层含硫化氢等酸性气体等对钻井作业所带来的一系列影响;研究认为科学选择钻井装备、钻井工艺和配套技术,加强现场组织管理对高温高压钻井作业的成功至关重要。高温高压钻井技术是一项系统工程,要不断积累经验、做好技术沉淀,完善相关技术标准和规范,为今后高温高压井的作业提供借鉴和参考。