套管悬挂戴荷的现场计算

通过对行业标准ＳＹ／Ｔ５７３１－１９９５中套管悬挂力的计算方法进行简化，建立了现场套管装定时悬挂载荷的实用算法，使计算过程大为简化，方便了现场操作。     

井口套管悬挂载荷的计算

近年来,我国采用套管头悬挂套管完井法,逐步代替焊环形铁板的老方法。采用此法后,井口悬挂载荷的计算就显得十分重要。因为在水泥浆不返至地面的固井情况下,未被水泥卦固套管段在水泥凝固过程中以及在以后加深钻进及完井采油时所受外力均有很大变化。如果井口悬挂载荷不合适,这些外力作用结果可能使套管发生弯曲,给以后的钻井及采油井下作业留下隐患。本文分析了钻井各个过程及完并采油作业时井内钻井液密度变化、温度变化及套管内压力变化等因素对套管弯曲的影响,并参照国内外一些经验与方法,向读者推荐一种套管井口悬挂载荷计算方法。该方法没有繁琐的计算公式,只要通过简单的受力分析和计算绘图就可以求得合适的井口套管悬挂载荷值。     

非均布载荷下套管强度问题研究

由于API规定的套管强度是均布载荷下的套管强度,因而在非均布载荷下套管强度要发生变化。解决非均布载荷下套管强度问题需要从两个方面入手,即套管强度的变化规律和套管强度的计算方法。文中举例说明应用方法。     

厚壁套管等效外挤载荷计算

鉴于ISO 10400新标准提出的计算厚壁套管抗挤强度公式是针对均匀外挤载荷的,不适应非均匀外挤载荷下套管抗挤强度计算的状况,根据虚功原理和Mises屈服准则,提出了2种计算等效外挤载荷的方法。将作用在套管上的非均匀载荷转化成与之具有相同破坏能力的均匀载荷。算例分析表明,2种方法计算的等效外挤载荷具有较好的一致性,基于新标准的挤毁理论,套管在非均匀载荷条件下的抗挤强度也有较大的提高。     

非均匀载荷下套管强度的计算

将非均匀地应力场中套管载荷和套管内应力分布的理论公式推广到包含内压的情况,并采用Tresca屈服准则和Mises屈服准则,分别推导了在忽略套管轴向载荷和考虑套管轴向载荷两种情况下套管强度破坏时挤毁压力的计算公式。引入等效外挤压力概念,使该公式与标准API公式在形式上完全一致。计算结果表明,在非均匀载荷情况下,套管强度破坏的危险性会增加。     

套管载荷弹塑性有限元分析

应用弹塑性有限元方法分析了套管-水泥环-地层系统套管载荷的分布规律。在非均匀地应力条件下,当地层进入塑性时,塑性区为椭圆形,椭圆长轴在最小主应力方向,套管载荷径向分量比弹性解大,但载荷的非均匀性降低。当水泥环进入塑性时,套管载荷大于弹性解,通过提高水泥环的内聚力和摩擦系数以及降低水泥环的弹性模量,可以降低套管载荷。     

高温引起的套管附加载荷实用计算模型

建立了高温高压油气井测试、采油等作业中因井筒温度发生变化导致的套管附加载荷计算模型。模型考虑了套管的温度效应、膨胀效应、屈曲效应和流体的热膨胀效应、体积压缩效应等因素,适合于计算温度变化引起的悬空套管段的围压与轴向力变化。以文中模型为基础,能够方便地编程计算任意井身结构的套管温度载荷,分析套管失效条件。     

流变地层中套管外载的计算方法

介绍了流变地层中地层为非线性流变体时套管外载的计算方法及步骤。举例说明，非均匀地应力作用下的地层流变将对套管产生一个大于地应力的非均匀径向外挤力和一个非均匀的切向外载，对套管将产生极大的危害。通过改变套管、水泥环的弹性参数和几何参数可以改善套管的受力状态，这一结论对于流变地层中的套管设计具有重要指导意义。     

对《套管柱井口悬挂载荷计算方法》的几点意见

套管柱井口悬挂载荷计算方法(SY/T5731—1995),是我国关于套管柱井口装定计算的唯一标准。详细论述了该标准存在的一些缺点,认为其主要缺点表现在三个方面:第一,采用压力面积法计算轴向力,一方面导致计算过程复杂繁琐,另一方面其计算精度没有浮力系数法高;第二,个别计算内容有错误;第三,计算项目不够齐全,附加轴向力计算中没有考虑管内外液面下降,没有给出上提拉力增量和上提长度的计算公式,没有给出井口断面的三轴应力强度校核。建议我国钻井专业标准化委员会尽快修订该标准,并修改标准名称。     

非均匀载荷下套管强度的计算

在建立了泥岩蠕变非均匀外载模型基础上,提出了一种对泥岩蠕变引起的椭圆形非均匀外载下套管应力和强度的计算方法。在非均匀载荷下,套管所能承受的最大载荷迅速降低。当内压为0.1MPa时,套管的临界载荷平均约为均载情况下的11%.大庆榆树林油田泥岩段的套损分析表明高压注入水沿垂直裂缝进入泥岩层,引起泥岩层吸水蠕变,使得所用J-55套管难以承受较大的非均匀挤压力,导致套管损环。建议在易发生泥岩蠕变井段,应采用P-110型套管以确保井筒安全。     

深井盐层套管非均匀载荷计算与套管设计方法研究

深入分析复杂盐层奈件下套管承受的载荷是盐层套管安全设计的关键。结合中原油田第三系盐膏层地质条件，利用FLAC软件建立了高倾斜韵律盐层的套管载荷分析三维模型，改变套管外的水泥封固奈件，探讨了盐层套管承受的非均匀载荷和套管内的应力分布，提出了盐层套管的设计方法。研究表明：环空水泥胶结不良时盐层容易对套管产生非均匀的挤压载荷；在高倾斜韵律盐层中，套管受到的非均匀载荷更高；盐层的非均匀载荷使套管内切向应力和轴向应力的集中比均匀外挤载荷下高得多；非均匀载荷下套管抗挤安全系数可以依据von Mises屈服准则来确定。     

套管头卡瓦力学分析

卡瓦悬挂系统是热采套管头的核心,卡瓦能否安全可靠地悬挂套管是其关键。对卡瓦悬挂套管进行了力学分析,并采用有限元法进行模拟。分析结果表明,卡瓦牙齿沿轴向承受的载荷从上到下依次降低;卡瓦牙齿沿圆周方向从中心线沿两侧面的Misses应力逐渐升高;卡瓦侧面处应力集中非常严重。提出了卡瓦结构优化建议,为卡瓦悬挂套管奠定了理论基础。     

非均匀载荷下套管偏心对套管强度影响研究

通过对复杂地质条件下套管变形趋势分析,发现在相同地层条件下、相同井段处非均匀载荷作用下的等效外挤压力相差很大,致使套管变形程度不一。为了搞清楚出现这种现象的原因,运用相关数值模拟方法对地应力的非均匀程度以及套管偏心度对套管外载的影响规律进行了进一步的研究,结果表明,在90°和270°相对偏心方位套管的最大应力随着偏心距增加而逐渐增加;偏心距越大,套管内壁应力增加幅度越大。这与在非均匀载荷作用下套管内壁最大应力出现方位相同,即套管在非均匀载荷作用下向最小水平主应力方向偏移时,会加剧套管内应力的增加幅度;反之则会减小套管内应力的增加幅度。     

套管头切割机设计

为满足在钻井施工中安装套管头、切割套管的需要,改变乙炔气割影响施工质量和时效的不利因素,设计了一种套管切割机。该切割机实现切割、坡口一次成形,不受环境的限制,密封性能好,坡口表面光滑、角度可调,切割性能和生产时效高;利用钻井现场中液气大钳的液压动力,无需另配液压源,操作方便、可靠。     

稠油热采井套管头

新疆克拉玛依地区蕴藏着丰富的稠油资源,稠油产量约占中国石油新疆油田公司总产量的30％以上。稠油热采工艺是目前稠油开发使用最为成熟的工艺技术,但是,若采用常规的井口装置,可能会导致油井生产过程中出现井口失控上窜、套管受损等情况,严重的则会造成热采井报废,给安全生产带来极大的损失。中国石油集团西部钻探工程有限公司克拉玛依钻井工艺研究院开发研制的稠油热采套管头,部分解决了上述问题。该产品与其他稠油热采配套技术成功应用,实现了稠油热采井安全高效的生产,为油田持续稳定的发展提供可靠的保证。     

套管柱井口装定计算方法研究

传统的套管柱井口装定计算方法,由于在计算套管柱轴向力时采用的是压力面积法,导致计算过程复杂繁琐。为此,采用浮力系数法,重新推导了套管柱井口装定计算的整套公式,并给出了按照复合管柱和单一管柱计算的井口轴向力计算公式。算例计算表明,浮力系数法更简单、更准确,因而更实用。      

油井套管气控制装置探讨

在原油生产中,为了防止套压过高造成沉没度过低和发生抽油泵＂气锁＂的现象,普遍采用套管放气方法。从安全角度讲,目前所使用的放气方法欠佳。为了节能减排,保护好油井,防止油井出砂、出水,必须对套压进行控制,其控制装置有油井套管气直排装置和可调压喷射式油井套管气携液装置。油井套管气直排装置结构简单、成本低,安装方便,适用于生产压差稳定、原油粘度较小的油井;可调压喷射式油井套管气携液装置适用于生产压差尚不稳定,需要调节生产压差的油井和需要对原油进行加热降粘的稠油井,性能更好,定压开启,开启压力可调,适应油井工况更广。     

非均匀载荷下双层套管的传递系数

传递系数是衡量双层组合套管效果的主要指标。由于应力应变关系的复杂性,用理论方法求解非均匀载荷作用下该种套管的传递系数十分困难。文中用有限元方法计算了不同类型非均匀载荷作用下的传递系数,对其变化规律进行了分析。在大量计算结果的基础上,进行了传递系数计算公式的回归分析,给出了椭圆分布载荷作用下传递系数的拟合曲线及回归公式。这些结果弥补了理论分析的不足,为双层组合套管的设计提供了有效的计算依据。计算过程还证实了双层组合套管的一些试验结果,对该种套管的特点有了进一步的认识。在计算均匀载荷作用下传递系数时,文中方法与理论方法的相对误差小于0.6%;在进行曲线拟合时,最大相对误差小于2%。