砾石充填服务管柱防窜力学分析及解决方案

海上砾石充填完井防砂作业中,井下工具的相对位置是影响其功能实现的关键因素。为了保证内层服务管柱与外层管柱的位置准确性、选择合适的井下负荷定位工具及最佳压载吨位,对充填作业中及作业后的服务管柱进行了受力分析,建立了充填流体作用于完井管柱的力学模型,并推导出井下负荷定位工具的最佳压载吨位,模型假设井下负荷定位工具为承载点,管柱轴向窜动负载受流体循环压差、管柱热胀冷缩以及管柱弯曲等因素的影响。试验井模拟试验和现场实例分析表明,管柱力学模型与实际作业情况基本吻合,验证了在砾石充填作业过程中使用配套井下负荷定位工具的必要性,为现场作业提供数据支持,并对异常情况进行预判。     

基于水平井的修井作业组合管柱载荷模型研究

针对水平井水平段长度不断增加的情况,为了提高修井作业管柱的下入能力,现场采用管柱组合两种线重油管的方式下入进行修井作业,而组合管柱的下入能力主要取决于摩阻和钩载。以组合管柱为分析对象,充分考虑井眼轨迹、环空流体摩阻力、流体粘滞力、管柱在各井段受力特点以及井眼尺寸等因素的影响,分析组合管柱与井筒内壁之间的摩阻和钩载与管柱下入能力之间的关系,将水平井划分为4段,建立了组合管柱在水平井各段下入过程中与流体相互作用情况下载荷计算模型。运用插值法和迭代法开发了相应软件,实现了水平井修井作业组合管柱的载荷模型求解。对比软件计算结果与实测数据,钩载和摩阻的平均误差分别为7. 25%和9. 50%。计算结果表明,建立的载荷模型精度较高,完全能够满足工程需要,可为现场组合管柱修井作业提供技术参考。     

深斜井注水管柱下放力学模型研究

为了研究深斜井注水管柱的受力情况,在前人研究的基础上建立了适合于深斜井注水管柱下放的力学模型,综合考虑管柱自重、摩阻力及液压力的作用,计算了直径段、弯曲段和稳斜段管柱的摩阻力和轴向力,同时计算了各井段井口的大钩载荷;提出了管柱顺利下放的判定依据,分析了管柱下放的影响因素,并结合实例验证了计算方法的正确性。分析结果表明,弯曲段下放的管柱摩阻力随着井斜角和摩擦因数的增大而增大,管柱下放到稳斜段时摩阻力随着摩擦因数、井斜角、管柱规格的增大而增大;弯曲段管柱的钩载与下放深度呈非线性关系,随着管柱在弯曲段下放角度的增大,钩载逐渐减小,且摩擦因数越大,钩载减小幅度越大。     

大斜度井注水井筒压力场计算模型分析研究

我国陆上油田为提高采收率而陆续进入注水开发时期,采用大斜度井分层注水的作业方式数量逐年增加。为研究大斜度井注水管柱井筒压力分布规律,建立了井筒压力场计算模型,并通过分析注水过程中流体在注水管柱内外空间的流动过程,得到摩阻系数作为不定常数时,流体摩阻引起注水管柱内流体压降变化,最后通过两口大斜度注水井的管柱数据,对已建立的井筒压力场模型进行计算验证,得到井筒压力随井深的变化曲线,发现曲线线性度较好,井斜角变化越大而井筒压力增加越快的规律,所得压力数据可用于求解注水管柱变形量等其他力学参量。     

基于侧钻水平井完井管柱的摩阻分析

分析并建立了弯曲井段的受迫弯由摩阻计算模型,对新疆百口泉油田百鸟18井、8607井完井管柱入井的井口栽荷进行了计算.计算结果表明,所建立的摩阻计算模型误差小于±10%,验证了模型的准确度.该模型具有改进完井管柱的设计、使完井管柱下入阻力减小、预测实钻井眼中完井管柱下入的可能性等优点.     

双鱼石构造超深超高压含硫气井完井管柱完整性设计探讨

双鱼石构造超深小井眼气井超高压、高温、含硫特征明显,完井作业及后期生产过程中完井管柱失效风险高,完整性面临诸多挑战。高温高压含硫气井完井管柱作为完井及生产期间的一级井屏障,对于保障完井管柱完整性尤为重要。在室内材质腐蚀实验基础上,评价了耐蚀合金材料和抗硫碳钢材料的抗腐蚀性能;通过管柱力学分析校核,优化了满足完井及生产要求的油管组合。针对不同的投产需求,设计了两套完井管柱结构,满足了完井管柱完整性要求。同时,提出完井管柱井屏障组件之间的适应性以及完井压井液与完井管柱完整性之间的关联性,为提高超深超高压含硫气井完井完整性提供了指导性建议。     

海上热采注汽管柱设计方法及应用

渤海油田石油资源以稠油为主,多元热流体吞吐是动用海上稠油资源的有效技术手段.现场注汽井多以水平井、大斜度井为主,井身结构复杂.注汽管柱在下入、注汽生产以及上提解封过程风险大.热采井注汽管柱设计是保证管柱下井安全及顺利施工的关键.本文通过空间双向弹簧元模型建立了海上热采井注汽管柱力学模型,并针对渤海油田某区块注汽井进行了...     

高温高压高含CO2气藏试气井下管柱力学研究

吉林油田松辽盆地南部长岭断陷深层火山岩气藏地质条件复杂,气井高温、高压、高产、高含CO2,给经济、安全的试气工艺带来了挑战。针对吉林油田深井试气管柱结构、试气作业的特点,考虑内外压力对管柱稳定性的影响及深井高速气流的作用,并综合考虑管内外流体压力、黏滞摩擦、弯曲失稳后法向支反力及库仑摩擦力的影响,建立了管柱失稳变形的微分方程,以此分析了管柱弯曲失稳的临界栽荷和管柱在井下的栽荷、应力及变形情况,用可视化Visual Basic语言编制了井下管柱力学计算软件,并分析了在长深×井试气工作中的应用情况。所建立的模型和编制的软件对将来类似井作业具有实际的指导和借鉴意义。     

完井管柱与井眼曲率适应性有限元分析

老井眼侧钻短半径水平井技术在绥中36-1油田的高造斜率井段应用时,完井管柱串与井眼的适应性问题较突出。为此,选取绥中36-1油田某井的完井管柱为研究对象,使用弹性模型,考虑完井管柱刚度、井眼曲率、重力、扶正器和内层管柱的影响,建立了完井管柱下入不同井深力学模型,利用有限元法将管柱离散成梁单元进行模拟仿真计算,分析了完井管柱与井眼曲率适应性。分析结果表明:过低曲率井段时,管柱轴力、接触力和摩阻力对应力起主导作用;过高曲率井段时,弯曲应力对等效应力起主导作用。在井眼曲率每30 m为10°和15°2个高曲率井段,弯曲应力明显变大,占等效应力的1/2以上。所得结论为该油田后续完井管柱施工提供了理论指导。     

压裂施工过程中的井底压力计算

影响井底压力计算的主要因素是压裂过程中压裂液的流动阻力,包括井筒摩阻和近井摩阻,其中近井摩阻包括射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻。文中基于工程流体力学、岩石力学等相关理论,利用物质平衡原理,建立井筒摩阻、射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻的数学模型．并对模型参数及物理意义进行分析和求解。计算结果表明：井筒摩阻可利用理论公式直接计算求取：若孔眼数、孔眼大小和相位等适当,射孔孔眼摩阻对井底压力的影响可忽略不计;近井弯曲摩阻主要通过降排量法和现场方法获得．但降排量法成本较高,采用现场方法可快速获得近井弯曲摩阻。该计算方法对于准确获取井底压力与施工时间的动态关系具有重要意义。     

稠油热采闭式热流体循环井筒温度场分析

针对"两高"油田原油流动性差的特点以及闭式热流体循环降粘工艺的复杂性,建立了3种闭式热流体循环井筒传热模型及其边界条件,并采用Matlab编写了相应的模型求解程序。通过对现场具体井眼进行模拟计算,对比分析了3种闭式热流体循环效果,给出了最优热流体循环方案。计算了循环流量、循环介质和管柱材料物性参数等对井筒加热效果的影响。计算结果表明,两侧加热方案最好,随着循环流量的增加井筒温度不断升高,导热油作为循环热载体较好,导热性能差的管柱材料能够提高循环加热段产液流动的平均温度。     

防返吐保压候凝挤堵封井管柱

对于套损、套窜严重的井,采用目前油田使用的光油管挤注管柱和部分油田使用的单封保护上层挤堵下层管柱,已无法控制堵剂的去向,若候凝时间掌握不好,在起钻时可能出现堵剂返吐,挤堵效果差,同时可能会污染保护层。为此,研制了一种防返吐保压候凝挤堵封井管柱。该管柱由可钻插管封隔器和井下机械开关组成,能实现封隔器下入、坐封、丢手以及堵剂挤入一趟管柱完成,满足地层高压挤堵剂和带压起钻不返吐的施工要求。现场试验表明,该管柱能够用于油水井下部层段堵水堵漏主层上返归位、封堵地层侧钻更新套管、报废井眼填充封井等措施施工中,满足高压挤堵封窜和带压起钻不返吐的施工要求,为老油田挤堵封井工艺提供了技术支持。     

冀东油田分层防砂分层注水一体化技术研究

为了满足冀东油田浅层出砂油藏注水开发的需要,延长注水井开发免修期,降低修井作业费用,开发了机械分层防砂偏心分层注水一体化工艺技术。该技术主要由大通径机械分层防砂技术、小直径偏心分层注水技术及与之配套的全井逐级分层验封技术组成。现场试验表明,在进行的两级三段机械分层防砂偏心分层注水工艺施工中,先完成了机械分层防砂管柱施工,后完成了偏心分层注水管柱施工,最终实现各级防砂、注水封隔器验封合格。投入定量水嘴配注,三段配注测试合格。     

井下机械定位器的研制与应用

校正井下管柱深度及封隔器卡封位置常用测磁定位曲线来实现,但该方法工艺复杂、工作量大、生产时间长、成本高。鉴于此,研制了井下机械定位器。该定位器采用机械原理触摸井下短套管接箍的方法来确定井下管柱深度及封隔器位置,现场工作人员就可及时准确定位,可降低生产成本,提高作业效率。现场试验19口井,成功率100%,单井节约磁定位成本6000元以上,减少作业时间6h以上,取得了很好的经济效益。     

高温高压气井测试管柱的横向振动与稳定性

从测试管柱内的气流流动诱发管柱横向振动与管柱稳定性的角度进行了分析。根据汉密尔顿(Ham ilton)原理推导了输送天然气的测试管柱横向振动方程,给出了测试管柱横向振动频率与失稳的临界速度计算方程,并讨论了管内流体流速对管柱的振动频率和稳定性的影响。结果表明,天然气在管柱内流动对管道的振动频率和稳定性有较大影响,管柱横向振动的固有频率取决于管道的抗弯刚度EI、管道的几何参数(跨距L、过流面积A)、管内流体密度ρ和流速v,且随着管内流速v、跨距L的增加,管柱横向振动频率呈下降趋势;高温高压气井高流速作用下的实际测试管柱在井筒中可能存在多处失稳,进而导致封隔器失封、测试管柱连接螺纹松扣甚至疲劳断裂等事故。     

普光气田大湾构造开发井完井难点与对策

普光气田大湾构造主要采用水平井套管完井,其水平段大量采用高含硫级别的合金套管,完井成本相当高。为降低成本,有效保护产层,研究了底部水平段采用裸眼完井的可行性,比较了胶塞、水泥塞和机械塞等3种完井工艺,并分析了技术难点,提出对大湾构造开发井上部采用机械塞暂堵下高防硫级别套管完井、底部裸眼完井的技术对策,确定了完井方案,并给出了完井管柱、施工方法、关键完井工具及主要参数与制作要求,同时重点阐述了完井管柱的工艺特点,为国内高含硫超深油气藏开发提供了一种科学经济的完井方法。     

新型导向液压丢手工具的研制及应用

针对现有机械式脱手工具存在随管柱下入中途遇阻后不能传递扭矩和丢手后不能回接的问题,研制出新型导向液压丢手工具。该工具能有效地消除管柱下入遇阻后不能进行下压正转或反转操作的问题,降低了电缆护罩丢落的打捞风险,实现了在未回接状态下配合导向接头进行钢丝作业的技术目标,且具有作业过程简单、成本低和效率高等优点。现场应用表明,该丢手工具设计合理,丢手快捷方便,作业成功率达100%,各项性能达到设计要求。     

KZF-96控制洗井防砂阀的研制与应用

为提高分注管柱有效期,解决注水井出砂影响有效分注的问题,研制了KZF-96控制洗井防砂阀。该阀结构合理,操作简单,具有防砂、反洗井功能,洗井通道大,满足正常管理要求;解决了砂埋控制活塞的问题,提高了投捞成功率,延长了管柱有效期,并能延长注水井的注水有效期。该阀在河南油田现场试验5井次,管柱顺利下到位,密封良好,工艺一次成功率100%;投捞洗井10井次,成功率100%,平均有效期达到14月,具有较强的实用性和良好的推广应用前景。     

双级反循环连续冲砂工艺技术研究

针对漏失严重的油井积砂问题,研制了双级反循环低压漏失井连续冲砂装置。该装置与负压冲砂工艺配套,利用双级管柱形成内循环通道,由滑动换向装置实现进出口液体转换,从而实现连续冲砂作业。在室内对该装置所有进出口进行加压试验,最高压力30 MPa,无渗漏,在500 kN拉力下无损伤和破坏,各项指标达到设计要求。在高3-85-14等20口井的现场应用表明,该装置可将井内砂子成功地排至地面,保证了作业施工的顺利进行。     

井身结构对射孔段油管柱强度安全性影响分析

以某超深复杂井L101井射孔工程为例,通过改变射孔段长度、"口袋"长度和射孔比参数值,进行对比分析和研究,得出如下规律:(1)射孔段的长度对井底管柱的强度安全性产生的影响非常小,可不考虑其影响;(2)"口袋"长度对井底管柱的强度安全性产生的影响不可忽视,应将其作为主要影响参数来考虑;(3)射孔比小于1.5,随着射孔比的增大,油套管峰值应力及封隔器处峰值压力呈减小趋势,有利于管柱安全;射孔比大于1.5,为了射孔管柱安全而继续扩展井下空间没有意义。