新型热熔式套管热力补偿器的研制与现场应用

目前应用于现场的销钉式热力补偿器容易在管柱下入过程中提前开启而失去补偿作用,锁块式热力
补偿器需要后期下入专用工具打开锁块,施工复杂。针对以上问题,研发了一种新型热熔式套管热力补偿器,该热
力补偿器采用一种功能性复合材料通过温度控制热力补偿器的开启,常温下补偿器处于锁定状态,温度达到设定
值时补偿器才会开启。室内试验表明,该热力补偿器可满足下入过程中的强度要求和注汽作业过程中的补偿要
求。现场应用表明,采用该新型热力补偿器可有效保护稠油热采水平井的完井管柱,延长油井寿命。     

稠油热采井套损防治措施及计算理论

研究了稠油热采井套损机理,给出了管柱提拉预应力和下入套管热力补偿器两种套损防治措施计算理论。模拟计算表明:设置提拉预应力时,管柱需提拉的最小预应力和最小拉伸长度随管柱温度的升高而先升高后降低;下入套管热应力补偿器时,管柱需要的最小补偿伸长量随管柱温度和长度的增加而增加,但增加趋势变缓。该计算理论可用于指导热采井套损防治的方案设计和施工作业。     

长行程管柱补偿器的研制与应用

现有的管柱补偿器存在下井过程中受到尾管重力的影响提前启动、补偿距离短、不能全程传递转矩等问题。研制了长行程管柱补偿器。该管柱补偿器主要由启动部分、补偿密封部分组成。采用液压开启,根据管柱的伸长或缩短量自动补偿; 启动保护结构有效解决了提前启动的难题; 通过改进补偿密封机构,增大了补偿距离; 设计滑块机构,全程传递转矩。现场应用情况表明,该管柱补偿器成功率达100%,有效减少管柱蠕动,延长封隔器等井下工具使用寿命,减少作业工作量。     

内外液压作用下套管柱屈曲载荷的级数解

关于油井套管柱的屈曲问题虽已经有一些研究文献，但深入系统地研究该问题的文献并不多，由于其微分方程求解困难。各文献并没有给出一致的套管临界屈曲载荷，并且给出的结果普遍偏高，文章首次将套管和内，外部液体一起考虑，建立微分方程，并用无穷级数法求解，得到了比较准确的临界屈曲载荷，论述了管柱内，外壁侧向液压对管柱发生屈曲的影响，对于开口管柱，当其处于微弯状态时，内、外壁同压力上起管柱任一截面的弯矩等于作用于底端的轴向力和沿轴线均匀分布的液柱重力所产生的弯矩。其结果可供油井设计和施工参考。     

套管灌钻井液解卡装置的研制与应用

针对钻井过程中下套管作业时需经常给套管柱灌注钻井液和下套管遇阻遇卡难以解阻解卡的问题,研制开发了套管灌钻井液解卡装置。该装置主要由钻杆接头、胶封总成、阀总成、引导管总成4部分组成。其中胶封总成用于下套管遇阻或遇卡时,封住套管管口,向管柱内注入压力钻井液,通过钻井液循环达到解阻和解卡的目的。阀总成主要由开启单向阀和释放单向阀组成,开启单向阀用于向管柱内灌钻井液和停止灌钻井液时能迅速封住管口;释放单向阀用于释放管柱内的压力使装置顺利从套管中提出。使用该装置可有效地解决套管自动灌钻井液和遇阻解阻的问题,大大提高钻井实效,保证下套管的质量。     

一种往复式液压驱动套管拔管机

针对常见的拔卸器械在拔卸行程短需要换扣时,被拔套管上牵引力消失,处于拉伸状态的套管将会恢复弹性伸长而迅速缩回井下一定长度的状况,提出了一种往复式液压驱动套管拔管机。该拔管机既能间歇不停地拨卸井下管柱,又能方便地使被拔卸的管柱在换扣时继续处于拉伸状态不回缩。拔卸管柱与夹持管柱都由液压缸来完成,可以快速夹持和松开管柱,并能可靠地传递初始拔起时较大的起拔力,解决了目前许多静力拔桩机在初始拔起时靠焊接、穿销轴等固定方式的难题,缩短了辅助作业时间,提高了套管拔管机的自动化水平,从而减少了人为因素对拔管作业的影响。实际应用情况表明,该拔管机能有效地实现连续拔管作业,大大提高工作效率。     

集成细分注水管柱研究与应用

为达到缩小封隔器卡距、细分注水的目的,根据国内外分注水管柱的情况,研究开发了集成细分注水管柱。该管柱主要由补偿器、水力锚、封隔器、配水封隔器、机械定位器和底球等组成,根据现场实际情况,管柱的结构可分为套管保护管柱和非套管保护管柱2种形式。现场应用结果表明,该管柱适用井深小于3000m,工作压力小于35MPa,可实现多级细分注水,最小夹层厚度1.2m,定位精确可达0.4m,并具有不动管柱调配的功能,一次可测试5个层位,测试资料准确,调配速度快。施工成功率100%,分注合格率100%。     

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。      

基于ANSYS Workbench完井管柱流固耦合振动固有频率分析

试油完井工况下,处于高温高压环境中的管柱易受到压力、轴向力、温度以及流固耦合作用的影响而引发振动。以完井管柱为研究对象,在ANSYS Workbench中建立完井管柱的有限元模型,用六面体八节点单元进行了网格划分,并对流体和固体设置流固耦合交界面,分析了内压、轴向力以及流固耦合作用对完井管柱固有频率的影响。研究结果表明,完井管柱的固有频率随着管柱内压的增加而减小;完井管柱固有频率随着轴向力的增加而增加;流固耦合作用会降低管柱的固有频率。当管柱内流体为天然气时,管柱的固有频率减小1.4%;当管柱内流体为水时,管柱的固有频率减少18%,液体与管柱流固耦合作用对管柱固有频率的影响大于气体。该分析为试油完井管柱安全性评估和结构优化提供了理论支持。     

油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

在油气井测试过程中,特别是高温高压气井、超深井、水平井的测试,测试管柱在轴向力、管内外压力、弯矩、扭矩及温度等因素的作用下,会形成复杂的应力和应变,有时会造成管柱断脱和屈服破坏。为此,开发了油气测试管柱力学分析与优化设计软件。该软件考虑井眼轨道、测试管柱结构、测试阀类型、井内外流体性能、管柱内外压力、管柱与井壁间的摩擦因数、管柱温度及地层温度,可计算出油气测试过程不同作业阶段管柱的受力状态,包含管柱的轴向拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性状态及伸长等参数,可以对多级管柱组合的各级长度进行优化。现场应用结果显示,软件的计算精度满足工程作业需要。     

高温高压井双封隔器管柱安全评估

高温高压油气井投产后受到地层高温流体影响,完井管柱双封隔器密闭空间内的流体介质受热膨胀,导致圈闭憋压,可能造成油管挤溃和油层套管破坏的危险,严重威胁管柱服役周期和井筒完整性。针对密闭空间压力上升带来的安全生产问题,运用弹性力学和传热学理论,分析了温度载荷作用下井筒与地层耦合作用机理,研究了自由段油管和封固段油层套管处管柱位移形变量随温度和压力变化的关系,建立了双封隔器密闭环空压力预测模型,同时对不同生产工况下的封隔器管柱安全性能进行了校核分析。研究结果表明:在开井生产阶段,环空压力随双封隔器的间距增加而增加,不会影响管柱安全;在完井液循环阶段,考虑极端工况情况下,环空压力随双封隔器的间距增加而减小,但均超出油层套管抗内压强度,不能立即坐封,因此等待一段时间后坐封封隔器才能保证管柱的安全性能。     

完井防砂管柱扶正装置安装方法

油田生产开发阶段完井防砂管柱进入套管会发生不同程度的接触,如不采取一定的防护措施,将造成管柱关键部位的磨损和损坏,磨损程度受到井眼轨迹、管柱尺寸、材料等因素的影响较大,扶正装置可以保护管柱免受磨损和损坏,本文重点陈述完井管柱扶正装置的安装条件、位置、尺寸选择。     

套管柱悬空段合理长度的研究

深井套管柱悬空段的长度直接关系到固井的质量和成本,是我国深井油田急需解决的问题之一。直到目前为止,尚未见到有关套管柱悬空段合理长度的研究工作和设计依据。本文根据套管柱直接稳定性理论及强度条件进行科学分析,综合考虑安全和经济方面的要求,研究出了该长度的限值设计式,以及安装井口时施加提拉力的简洁计算式,可供深井油田固井工程设计使用。     

液压加固补贴对破漏套管的仿真研究

针对胜利油田长距离套管损坏井连续破漏及管体刺漏等套管失效工况,以∅139.7 mm×7.72 mm的N80套管为例,借助于ABAQUS有限元软件建立了破漏套管经液压加固补贴后的有限元模型,并对套管组合体模型的承载极限进行了定量分析。研究结果表明:破漏套管表面裂缝的存在对套管组合体承受外挤工况的影响较大,而对组合体承受轴向拉力、轴向压力以及内压等工况的影响甚微;当破漏套管最小裂缝宽度小于2.5 mm时,经液压加固补贴后的组合体在轴向拉力、轴向压力、内压以及外挤等4种载荷工况下的承载极限均高于无损套管的承载极限,满足现场工况要求;而当最小裂缝宽度大于6.5 mm时,补贴后的套管组合体承受的极限外挤载荷小于63.4 MPa,抵抗极限外挤的能力有所降低;通过更改补贴管材质,可明显提高补贴组合体在内压及外挤工况下的极限承载能力。研究结果对现场施工作业具有一定的指导作用。     

油井堵水工艺管柱的研制

采用常规Y221型封隔器封堵高含水层和套管漏失段,易出现油管与抽油杆偏磨加剧、缩短检泵周期、封隔器内通径过小不能满足现场需要、封隔器受压差影响解封困难等问题。研制了油井堵水新工艺管柱,主要由Y221型大通径堵水封隔器和能传递转矩的油管补偿器等组成,封隔器可分别在抽油泵下部和上部配套使用,油管补偿器可避免油管弯曲造成的管杆偏磨加剧和缩短检泵周期的问题。现场应用表明:该工艺管柱能够延长堵水有效期,对于油田高含水开发后期的长效开发具有重大的现实意义。     

侧钻水平井膨胀套管完井新技术

针对侧钻水平井完井过程中存在固井质量差、井筒内径过小、后续作业困难等问题,开发了侧钻水平井膨胀套管完井新技术。该技术能够有效扩大生产套管内径,具有完井管柱坐挂和封隔2种功能。地面试验表明,膨胀套管完井管柱工艺设计合理,可以解决常规侧钻井完井过程中出现的问题;该管柱密封性好、操作简便、成本低、效率高,具有较高的推广应用价值。     

Z3034 小井眼侧钻水平井完井技术

为提高老井单井产量,加快治理?146 mm 的套损井,决定利用扩孔工具,扩大完井井眼直径,增大水泥环厚度,延长油井使用寿命。分别从完井方式、完井液及井眼扩孔3 个方面对Z3034 井完井进行了优化设计,详细介绍了该井的扩眼及完井管柱下井的施工过程。该井的顺利完井为热德拜油田后续治理小井眼套损井、实施小井眼侧钻提供了一条切实可行的途径。Z3034 井自侧钻投产以来产量比较稳定,平均5 t/d,是侧钻前产量的5 倍。     

气密封检测技术在储气库注采井中的应用

地下储气库具有天然气季节性调峰和能源战备的功用,其完井管柱长期承受交变压力,管柱的密封性将直接影响整座储气库的运行寿命。为了保证完井管柱的完整性,长庆油田储气库建设过程中首次引进了管柱气密封检测技术。介绍了新型气密封丝扣检测技术的设备和原理,叙述了长庆油田储气库两口水平注采井应用3SB扣油套管的检测试验概况。应用结果表明:油套管在试验压力下泄漏很难避免,泄漏率与套管上扣扭矩以及试验压力并无直接对应关系,也不能作为管柱泄漏判断的直接依据。而气密封丝扣检测技术检测灵敏度高,达到了0.000 1‰,可以准确检测出发生泄漏的问题套管,应用该技术可以保证管柱的完整性。     

水平井筛管完井提拉预应力工具的研制

为解决稠油热采水平井开发中套管串受热伸长的问题,研制出一种水平井筛管完井提拉预应力工具,采用水平井筛管上部固井段提拉预应力的完井方法,缓解套管损坏和井口抬升问题。室内和现场试验表明,提拉预应力工具可支撑套管完全离地,安全提拉力达100 t,提拉预应力工具可明显吃入地层,产生有效提拉力,满足水平井筛管完井作业要求。该工具填补了水平井提拉预应力工具的空白,具有推广应用价值。