中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形，有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况，采用三维实体单元，运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型，分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值，并分析其随井眼曲率的变化规律。计算表明，井眼曲率增大，弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大；同一井眼曲率下，外径较大的套管，径向变形和应力也较大。通过研究，对高井眼曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。     

含薄夹层盐岩地层套管等效应力分析

采用FLAC3D三维有限差分软件,建立了套管-水泥环-层状地层三维有限差分模型,分别研究了泥岩夹层弹性参数、厚度对含薄夹层盐岩地层界面处以及层内套管等效应力的影响。夹层厚度对上下岩层中的套管等效应力都有影响,泥岩和盐岩力学特性上的不匹配导致二者界面附近套管受力不均衡;夹层较厚时,套管等效应力相对较小;与泥岩相比,盐岩中套管等效应力较大,套管更容易发生屈服;夹层弹性参数不同时,夹层弹性模量越低,界面处以及夹层层内套管等效应力越大。该研究为含薄夹层盐岩地层套管设计和井筒安全性评价提供了理论依据。     

水平井弯曲段套管下入可行性分析

根据弹塑性理论,应用数值仿真技术建立了套管下入水平井弯曲段的有限元模型;分析了套管在不同曲率、不同井眼扩眼率以及不同载荷情况下的变形、应力及下入位移的变化情况;揭示了φ177.8 mm套管在φ216 mm水平井弯曲段的下入规律及井眼参数对套管下入性的影响。对在水平井内安全下入套管具有指导意义。     

考虑弯矩和剪切影响的造斜段套管抗挤强度分析

水平井造斜段套管受弯曲、剪切和挤压等载荷共同作用,受力条件复杂多变,常发生错断或挤毁等安全事故。为此,根据水平井造斜段套管井眼轨迹的几何特性,考虑弯曲、剪切和挤压联合作用,建立造斜段套管力学模型,应用拉梅厚壁筒理论和第四强度理论,导出水平井造斜段套管抗挤强度公式。应用公式计算了不同井眼曲率、不同壁厚2种套管的抗挤强度,并进行了ANSYS有限元验证。分析结果表明:每25 m井眼曲率由3.75°增加到15.00°,P110套管的抗挤强度下降约53%,TP140套管的抗挤强度下降约28%;每25 m井眼曲率为3.75°时,φ139.7mm×12.7 mm P110套管的抗挤强度为89.8 MPa,比φ139.7 mm×10.54 mm P110套管大27%。随着井眼曲率的增加,弯曲套管的抗挤强度降低明显。研究结果可为提高水平井造斜段套管的安全性提供参考。     

深部倾斜盐岩地层套管应力及变形研究

针对川东北盐岩地层套管挤毁变形问题,建立了深部倾斜盐岩地层-水泥环-套管组合体三维有限差分模型,研究了非均匀地应力作用下地层倾角、井斜角、盐岩地层厚度及盐岩力学参数对套管等效应力和变形量的影响。研究结果表明:蠕变1 a时,套管内壁最大等效应力和套管内径最大变形量随着地层倾角和井斜角的增大而同时增大,且地层倾角的影响程度明显大于井斜角,随着盐岩地层岩石力学性质的增强而同时降低,即层间岩石力学性质差异越小,套管安全系数越高;当地层倾角和井斜角较大时,套管的最大变形量随着盐岩地层厚度的增大呈线性增加;利用建立的三维数值模型可以对一定地质条件下的深部倾斜盐岩地层套管的变形趋势进行重现和预测。研究结果对于预防和解决川东北油气田盐岩地层套管损坏问题、优化盐岩地层钻井设计及套管强度设计具有较高的理论参考价值。     

曙古11水平井定向造斜段钻具组合导向能力计算分析

利用平衡侧向力方法和SABHA软件系统，对曙古11水平井定向造斜段钻具组合的导向能力进行了预测分析。结果表明，这种方法具有很高的预测精度。通过优化双稳定器滑动导向钻具组合的结构参数，可以获得较单稳定器滑动导向钻具组合更高的导向能力。     

伊拉克米桑Fauqi油田水平井造斜段钻井液技术

Fauqi油田水平井的造斜和稳斜井段一般在3 350~4 480 m,该井段属于白垩系,主要由灰岩、泥岩及页岩组成,地层岩性易发生垮塌,长期开采造成压力系数低,施工过程中又易发生井壁坍塌、黏附卡钻和井漏等复杂事故。针对该地层的特点,FQCS**井采用BZ-KSM钻井液体系。现场施工中,在BZ-KSM钻井液中引入了BZ-YRH,对改进钻井液流变性能,防止岩屑床形成起到了明显的作用;加入了BZ-YFT、纳米封堵剂及硅酸盐等处理剂,对提高钻井液的防塌抑制性能、防止钻屑分散具有明显的作用;由于地层易漏易塌,在五开直井段钻进过程中钻井液密度维持在1.22~1.28 g/cm3之间,起钻换定向钻具前再将密度提高到1.35 g/cm3。应用结果表明,该钻井液充分利用了K+离子的抑制作用、硅酸盐的聚结封堵效果及高分子量聚合物的降滤失作用等,解决了抑制与分散、井壁垮塌与岩屑携带的问题,保证了施工井的顺利完成。      

水平井造斜段弯曲钻柱振动方程的建立及求解

以定向造斜井段中的弯曲钻柱为研究对象,分析其钻进过程中轴向振动和扭转振动,考虑钻井液阻尼、自重和与井壁摩擦对振动特性的耦合作用,建立系统动力学模型,推导出振动微分方程并确定约束条件。对求解方法和过程进行研究探讨,在给定初始条件和边界条件下,采用假设模态法求解钻柱振动模型,得出轴向振动和扭转振动特性的近似表达式。其建模理论、思路和对振动方程的求解讨论可推广应用于不同轨迹井段中的钻柱。