四川地区膏盐层对套管的影响分析

四川地区膏盐层广泛分布，膏盐层蠕变挤毁套管的客观条件是存在的。但是实钻资料表明，四川地区膏盐层套管挤毁现象需要满足一定条件才会发生。根据实钻资料和盐岩蠕变实验数据，利用相关分析方法，就四川地区膏盐层对套管的影响问题进行研究，指出大厚度、高纯度盐岩和非均布地应力以及不当的工程措施是蠕变挤毁套管的基本条件。分析结果为解决套管挤毁问题提供了良好的基础。     

盐岩蠕变三维数值模拟计算方法及应用

盐岩层在蠕动、变形过程中,对套管产生非均匀外挤力,造成盐岩层套管损坏。中原油田盐岩层厚度为50~200m。统计结果表明,文13东块套损发生在盐岩层的井占油田套损井总数的37%。为从根本上解决盐岩层中套管损坏问题,必须对盐岩层的蠕变速度、位移量等进行定量研究。通过盐岩的三轴蠕变试验,建立了盐岩变形的本构关系,给出了在盐岩蠕变计算中所使用的具体的理论公式、数值计算方法。采用控制容积法,通过模拟实际地层情况,得出纵向油藏剖面盐岩层的蠕变速度、位移量、应力场及套管所承受的横向推挤力分布规律。文13东油藏计算结果表明,作用在套管柱上的横向推挤压力随着盐膏层蠕变速度的增加而增加,尤其表现在盐岩层边界部位,这些部位是剪切应力的集中区,是套管柱极易发生错断的部位。此项研究成果可用于钻遇盐岩层时调整钻井参数、套管柱的工程设计、套损井防治等多项油田开发工程中。     

中原油田盐岩蠕变规律研究及套管损坏预防措施

中原油田是典型的复杂断块油气田,盐层多、厚度大及盐岩层蠕变是导致套管损坏的主要原因。为此,中原油田采用三维数值模拟方法研究盐岩层蠕变规律,并定量计算出作用在套管上的横向推挤力,在此基础上开发应用了抗外挤强度大于167MPa的非API高抗挤套管。现场应用600余口井,尚未发现套管损坏等问题,从根本上预防了套管损坏的发生。     

复合盐层套管外挤压力动态变化规律研究

盐岩地层套管外挤压力通常按上覆岩层压力进行设计。现场资料表明，以此为依据所设计的套管有时仍然不能满足盐层套管抗外挤强度的要求。利用研究区块复合盐岩地层上、下泥岩的岩石力学参数及地应力值，运用数值模拟方法，反演得到盐层地应力，在试验获得盐岩蠕变特性参数基础上，对套管支护的盐层井壁围岩进行蠕变分析，得到盐岩地层套管外挤压力动态变化规律。在构造应力的作用下，盐层的地应力场是非均匀的，盐岩蠕变导致套管受到的外挤压力是动态变化的。对于复合盐岩地层的套管柱设计，应该充分考虑构造应力场的非均匀性、盐岩的蠕变特性以及套管的设计寿命。     

川东深层盐膏岩蠕变特性实验研究

埋藏深度较深的盐膏层受到高温和较大地应力的作用,会表现出塑性特性,在井眼钻开后发生蠕变,引起阻卡、套管变形等问题.掌握盐膏岩的蠕变参数是进行钻井液密度设计和套管选材的基础工作之一.通过对普光气田3 920～3 950 m盐膏岩进行蠕变实验,表明该气田深层盐膏岩蠕变规律符合Heard模式,并得出了Heard模式下的蠕变参数.根据力学模型分析,若在盐膏岩层段采用饱和盐水钻井液体系,保证钻井安全条件下需要较高的钻井液密度.     

蠕变岩层地层刚度和松弛时间对套管外挤力的影响

蠕变岩层套管外挤力计算要考虑蠕变松弛时间和固井水泥环性能的共同作用,目前的计算模型没有同时考虑两者的影响,使得计算结果偏差较大。在考虑水泥环作用条件下,建立了蠕变地层下套管外挤力黏弹性模型,利用该模型研究了松弛时间、地层刚度和水泥环性能对套管外挤力的影响。研究结果显示,不考虑水泥环作用,蠕变岩层套管外挤力与无蠕变作用的套管外挤力最终值相同,考虑水泥环作用时,蠕变岩层套管外挤力取决于水泥环性能;与以往蠕变岩层套管外挤力主要受地应力与蠕变率影响的认识有所不同,影响蠕变岩层套管外挤力的主要因素还包括地层刚度和松弛时间,它们影响套管外挤力大小和峰值、稳定值变化趋势;考虑内压和水泥环作用时,所得到的蠕变岩层套管外挤力远大于SY/T 5724-2008套管设计标准计算得到蠕变岩层套管外挤力,该标准中蠕变岩层套管外挤力计算方法仍然值得商榷。利用所建模型和实验结果,分别对伊拉克Missan油田和中原文中油田蠕变盐膏层段套管外挤力进行比较分析,在相同地应力和蠕变松弛时间作用下,地层刚度不同,套管外挤力相差很大,所得结论与现场情况相吻合。     

深部盐膏层蠕变关系研究

盐膏层蠕变有瞬态、稳态和加速度蠕变3个阶段。对于石油工程．盐膏层蠕变主要表现为瞬态蠕变和稳态蠕变。在大量现场盐膏层岩心力学试验的基础上，对盐膏层的蠕变进行了研究，分析了稳态蠕变规律，提出了稳态蠕变三维分析方程，为更准确地计算蠕变压力，合理设计套管程序和钻井液密度奠定了基础。     

对四川三迭系盐岩层套管挤毁问题的研究

四川地区三迭系盐岩层分布广泛，盐岩层蠕变挤毁套管的客观条件是存在的。围绕异常压力这一主要矛盾，首先确定非均布载荷下套管强度的变化规律，得到套管强度的计算方法；其次描述盐岩层的蠕变规律，给出蠕变外挤载荷数值；按照非均布载荷下套管实际强度大于盐岩层蠕变外挤载荷的原则，确保井内套管安全。应用实例表明上述技术思路是可行的。     

胜科1井盐膏层段套管安全可靠性分析

胜科1井为东部油田第一口井深超7000m的科学探井。三开井段有两组流变性较强的软泥岩和盐膏层段,邻井郝科1井因盐膏层的蠕变导致φ244.5 mm套管挤毁变形而被迫完钻。从套管柱强度设计、套管磨损与剩余强度和套管安全下入3个方面分析了盐膏层段套管的安全可靠性。分析与现场实践均表明：济阳坳陷东营凹陷深层盐膏层套管抗挤毁强度设计中,计算套管外挤力时管外压力应按上覆岩层压力计算,管内压力应按全漏失面计算;按缺陷套管推导出的磨损后套管剩余强度计算模型是可行的;为保证套管柱下至设计井深,应根据盐膏层的蠕变速度选择钻井液密度,以减少钻井过程中可能出现的各种井下复杂情况。     

膏盐层蠕变致套管变形损坏机理及对策——以四川盆地北部X区块为例

四川盆地北部三叠系海相地层已发现20余口井套管存在不同程度的变形损坏,变形井段主要集中在雷口坡组和嘉陵江组,该井段含有大量膏盐,其中嘉四段膏盐含量高达58%。为此,针对该区域的X区块A1井海相地层套管变形检测结果及膏盐层的蠕变特性,采用有限元方法建立了非均匀外挤载荷反演模型,反演得到了海相地层套管所受的非均匀外挤载荷最大、最小值分别为98.93 MPa、92.85 MPa;通过建立海相地层套管受力分析模型,模拟得到了非均匀外挤载荷状态下Φ177.8 mm套管等效应力分布,计算出作用在套管上的等效外挤载荷为119.68 MPa,而被检测的变形套管抗挤强度仅有89.8 MPa,不能满足抗挤要求,定量揭示出了引发该区套管变形损坏的原因是膏盐层蠕变产生的非均匀外挤载荷。结合该区非常规井身结构应用情况,进一步计算了对应Φ190.5 mm和Φ215.9 mm井眼尺寸的Φ168.28 mm、Φ193.68 mm和Φ 177.8 mm套管的等效外挤载荷,推荐了这3种尺寸的套管选型,其抗挤强度分别大于119.24 MPa、124.29 MPa和119.68 MPa,为该区域海相地层套管柱设计提供了参考数据。     

蠕变地层与油井套管相互作用力学模型

在油井生产过程中,地层的蠕变使套管承受的外部挤压载荷逐渐接近于上覆岩层压力。当套管的外部挤压载荷大于套管的抗挤强度时,套管将产生屈服、变形甚至破裂。目前采用的蠕变地层与套管相互作用的力学模型存在理论上的错误,无法正确计算套管的外部挤压载荷。根据实际建井过程和力学原理,建立了正确的蠕变地层与套管相互作用的力学模型。如果地层不具有蠕变性,地应力不会作用在套管上;如果地层具有蠕变性,且持续时间比较长时,套管所受的外挤载荷为地层的上覆岩层压力。现场检测到的套管非轴对称形变主要是由套管壁厚不均匀、材质不均匀、套管受到刮伤及套管一侧黏土膨胀等因素所致,而不是地层的非均匀地应力造成的。     

盐膏层TP140特厚壁套管抗挤特性研究

针对塔里木地区深层的盐膏层塑性流动性强，一般API套管难以满足要求的难题，以塔里木地区应用的TP140V特厚壁盐膏层套管为分析对象，建立了套管、水泥环、地层力学模型，运用有限元方法分析了特厚壁套管在非均匀载荷作用下的抗挤特性。研究表明，在相同非均匀载荷作用下，Φ273.1 mmTP140特厚壁套管较普通套管最大应力降低了36%，特厚壁套管具有更强的抵抗非均匀载荷的能力。但是随着载荷的非均匀程度升高，仍然可能导致套管损坏。因此，应该在有盐膏层的区域准确预测两向水平载荷的大小，为正确选用厚壁套管提供依据；水泥环厚度对套管抗挤性能的影响不大，故盐膏层井段的环空间隙大小均能满足固井质量要求即可。     

气体介质条件下盐膏层井段蠕变规律分析

盐膏层是指以盐和石膏为主要成分的地层,在钻井过程中经常遇到这类地层.盐膏层钻开后,其原始地层应力状态被破坏并进行应力二次分布,使得岩体发生蠕变变形,井眼缩径,进而造成卡钻、挤毁套管等钻井事故.从力学角度建立了井筒内为气体介质时的蠕变数学模型,并用计算机模拟分析了相关的蠕变规律.     

双级箍固井技术在固2井盐膏层中的应用

固2井的盐膏层纯度高,蠕动能力强,钻进过程中出现憋跳钻、接单根挂卡、起下钻遇阻、遇卡等各种复杂情况,盐膏层蠕变和挤压也会造成套管下入困难,甚至挤毁套管,因此含膏盐层段的固井质量是下一步作业和完井的关键。通过分析该井存在的固井难点,进行了固井套管串结构、水泥浆液柱结构优化及双级箍选型,应用性能优良的盐水水泥浆体系。提高了盐膏层段固井质量。     

非均匀地应力下套管受力影响因素研究

在非均匀载荷作用下套管易挤毁失效,特别是在软岩层段中该问题尤其突出。为此,文中建立了非均匀地应力下、考虑水泥环界面不同接触状态的软岩层、水泥环和套管组合体力学模型,应用弹性力学半逆解法推导了水泥环和套管的应力、位移表达式,采用数值方法进行了求解。以某地区软岩层为例,研究了水泥环界面接触状态、地层力学参数、水泥环力学参数及几何参数、套管几何参数对套管受力的影响规律。研究表明,当界面完全接触时,套管受力最佳;当界面光滑接触时,套管受力最恶劣;在水泥环界面良好接触的条件下,提高水泥环力学性能、增加套管壁厚能改善套管受力。该模型及其力学分析程序可为非均匀地应力下固井工程设计提供参考。     

套管变形的计算机仿真

利用弹塑性有限元法编写的套管变形计算机仿真软件,可以方便地模拟套管外壁受任意均匀或非均匀载荷的作用,并观察其弹塑性变形过程,这是研究套管变形的一种新方法和新手段。本文首次提出套管承受非均匀载荷抗挤强度的新概念及其表达式,因此,可以与均匀载荷作用下的套管比较其抗挤强度的降低程度。通过套管变形计算机仿真模拟,提出了一种抵抗非均匀载荷作用的有效方案,即使用双层组合套管。目前正在华北油田实施。     

阿姆河右岸B区块巨厚盐膏层固井技术

土库曼斯坦阿姆河右岸B区块上侏罗统启莫里阶组地层分布有900～1200m巨厚盐膏层,在钻井和开发初期发生了盐膏层段井径变化大、盐岩的塑性流动、挤毁套管等复杂情况,给钻井和固井施工带来了严重的威胁。在分析盐膏层特点和固井难点的基础上,采用了以下针对巨厚盐膏层的固井工艺技术:①优化套管强度;②检测和控制盐膏层蠕变速度,采用欠饱和盐水水泥浆体系,提高套管的居中度以及根据上层339.7mm套管鞋处地层承压情况,结合环空液柱组合优化注水泥施工参数,在井下不漏失的情况下实现大排量顶替,从而提高顶替效率。以San-21井的巨厚盐膏层固井施工为例,第一级固井采用抗盐两凝欠饱和盐水水泥浆体系;缓凝水泥浆密度设计为1.94g/cm3,封固井段为2267～2800m,快干水泥浆密度设计为1.97g/cm3,封固井段为2800～3614.92m;盐膏层厚1138m,固井质量优良。