一种新型膨胀管螺纹的连接可靠性分析及试验

螺纹连接的问题是膨胀管技术中一个重要课题,能否保证膨胀管螺纹在膨胀前后膨胀管连接的结构完整性和密封完整性是整个膨胀作业成功与否的关键。设计的一种新型膨胀管螺纹具有连接可靠、膨胀率高的特点。为确保该螺纹能安全使用,采用弹塑性有限元接触方法建立了膨胀管螺纹可靠性分析的力学模型,对该螺纹的非线性膨胀过程进行了数值模拟,分析了膨胀过程中螺纹的应力及变形特征。结果表明该螺纹膨胀后具有较好的结构完整性及强度。通过全尺寸试验进一步验证该膨胀管螺纹膨胀后连接安全可靠,能满足膨胀工艺的需要。理论分析及试验结果为膨胀管螺纹的优化提供了指导。     

膨胀管关键技术研究及首次应用

膨胀管技术作为一种新兴技术越来越受到石油工程界的重视,采用该技术可以改善现有井身结构以及增大完井井眼直径,利于后续的钻井及采油工程作业。运用有限元模拟方法对膨胀管技术的重点和难点即膨胀锥和连接螺纹进行了研究,设计了膨胀锥模型和膨胀套管连接螺纹,确定了膨胀锥的几何形状、尺寸、锥角以及连接螺纹的形式、形状、密封面、扭矩台肩。通过2口井的膨胀管技术现场试验,成功地验证了膨胀管技术在现场应用的可靠性,为今后在石油钻井及完井过程中优化井身结构、减少井下复杂情况、增大完井井径及套管修复,提供了一套最新的解决方案。     

膨胀套管螺纹联接设计研究

鉴于API标准套管螺纹及目前广泛使用的特殊螺纹无法满足膨胀套管的技术要求等问题,设计出内外壁都与管体平齐的直联型膨胀套管螺纹联接。对设计进行了计算机有限元模拟分析,采用大型非线性有限元分析软件MSC.Marc,将膨胀套管螺纹联接按轴对称问题处理,选用轴对称节点四边形实体单元。模拟分析表明,设计的螺纹在上扣过程中,其等效VME应力分布呈现啮合螺纹端部较高、中间部分较低的趋势,最大值约为271 MPa,符合膨胀套管螺纹的基本要求,膨胀后的结构及密封性能满足现场要求。     

膨胀筛管防砂技术研究

膨胀筛管技术是一种新兴的防砂技术,介绍了大通径膨胀筛管悬挂器、带有割缝的膨胀螺纹及具有变径功能的膨胀工具等膨胀筛管的几个关键技术。大通径膨胀筛管悬挂器能够确保变径膨胀工具的顺利下入,带有割缝的螺纹膨胀后与筛管本体具有一样大小的内径,变径膨胀工具使得膨胀筛管可以紧贴井壁,减少砂粒的运移和冲蚀。膨胀筛管技术在两口套损井中的防砂应用表明,在满足选井条件的情况下,采用膨胀筛管可以获得较好的生产效果,筛管膨胀后紧贴套管内壁,膨胀后筛管内径比普通筛管内径大,有利于增大泄油面积,提高油井产量。     

膨胀套管螺纹连接技术研究

膨胀套管螺纹连接技术作为膨胀套管技术的关键核心技术之一,影响到膨胀套管发生膨胀后的连接
和密封效果,对其成功膨胀及作业具有至关重要的影响。在完成膨胀套管螺纹的基本结构和密封结构设计基础
上,对该膨胀螺纹进行有限元分析、室内膨胀、斜井膨胀及抗拉实验,完善优化膨胀套管螺纹结构,并在套管内和裸
眼井内实现现场应用。应用效果表明,所设计的膨胀套管螺纹在套管膨胀前后具有良好的密封性能和机械完整
性,能满足设计及现场应用要求。     

膨胀筛管的研制及现场试验

疏松砂岩防砂一直是油田开发中的难题。传统的防砂管都有其弱点,不仅容易发生井眼坍塌使筛管损坏,还增加了流体进入管内的流动阻力从而减少了产量;膨胀筛管技术具有大通径的特点,膨胀后可紧贴在井壁上,不仅增加了筛管的表面积,降低了筛网内外的压降从而提高了产量,而且也减少了砂粒运移和对筛管的冲蚀损坏。为了解决疏松岩防砂的难题,胜利油田研制出了膨胀筛管及膨胀螺纹、膨胀悬挂器、变径膨胀工具等附属工具。膨胀筛管采用内层为基管、中间层为多层滤砂网、外层为膨胀保护外套的3层结构设计,其中基管采用J55钢管及15CrMo钢管,膨胀保护外套、多层滤砂网均采用316L不锈钢材料。地面试验及井下模拟试验的结果表明,膨胀后筛管的抗挤毁性能、轴向抗拉性能、轴向抗压性能均满足现场使用要求。膨胀筛管在胜利油田GDN32-05井和GDD15-01井2口井的现场试验结果表明,膨胀后筛管内径比普通筛管内径大,有利于增大泄油面积,提高油井产量。      

双稳态膨胀筛管有限元模拟研究

为了进一步推进双稳态膨胀筛管的应用,开展了对双稳态膨胀筛管的有限元模拟研究。利用ANSYS软件建立了双稳态膨胀筛管的有限元模型,对其膨胀过程进行了有限元分析,并对双稳态膨胀筛管的膨胀力、膨胀率,及膨胀后的等效应力、轴向位移变化等问题做了分析探讨,验证了双稳态膨胀筛管具有膨胀载荷小,膨胀过程中保持恒定的轴向长度等优点。进一步肯定了双稳态膨胀筛管在实际生产中应用的可行性与有效性。     

膨胀套管非API特殊螺纹端面金属自密封结构设计

可膨胀套管螺纹连接是膨胀套管技术中的关键技术之一,开展膨胀套管螺纹连接技术的研究有助于该技术在国内的发展和应用。借助于有限元力学分析软件,设计了一种非API特殊钩形螺纹端面金属自密封可膨胀螺纹结构,并对其进行了有限元力学分析,详细讨论了其密封完整性。结果表明：在膨胀前,金属密封性非常好,但在膨胀后,由于内密封面和外密封面变形不协调,使得膨胀后密封性能有所下降;在母螺纹根部设计密封槽,并安装1个橡胶密封圈,能有效地保证其密封的完整性。     

一种可膨胀的套管连接螺纹有限元研究

膨胀套管技术的研究是一项系统工程，它涉及石油钻井、采油、完井、修井等各个领域，以及材料学、力学等各个方面。其中膨胀套管连接螺纹的设计、加工是实施膨胀套管技术的重点和难点之一。针对膨胀套管膨胀前后和膨胀过程中要求套管连接强度和密封性能的要求，设计开发了一种可膨胀的套管连接螺纹，利用大型非线性有限元分析软件MSC/MARC对其在上扣、膨胀、扭矩等不同工况下的性能进行了模拟分析，表明该螺纹能够满足膨胀套管螺纹使用要求。     

实体可膨胀管螺纹连接的非线性数值模拟

基于弹塑性理论,建立了实体可膨胀管(SET)膨胀过程的非线性有限元模型,对套管的非线性膨胀过程进行了数值计算和模拟。分析了膨胀过程中所需的驱动力,讨论了螺纹连接在膨胀过程中的连接强度以及螺纹密封的变化,并根据计算结果提出了建议。     

膨胀筛管防砂技术的研究及应用

膨胀筛管防砂技术是针对稠油、超稠油油藏研究的一种新技术，可以实现筛管的径向膨胀和收缩，消除套管与筛管之间的砂环，延长筛管防砂有效期，解决打捞作业困难问题。室内实验和现场试验证明了该技术具有良好的膨胀收缩性能，施工简便，打捞作业容易，防砂生产效果明显，具有良好的应用前景。     

实体膨胀管开发及修井应用技术研究

中原油田是复杂断块油田,套管损坏对油田开发后期带来了严重影响,2005年以来研究开发了实体膨胀管补贴套管技术,在膨胀管材料,连接技术、密封技术、膨胀工艺等方面的研究取得了突破,具有修复后内通径大、密封可靠、强度高、耐腐蚀等优点,整体技术达到了国际先进水平,并在套管堵漏、封堵出水层及套管加固等方面进行了应用.截至2008年底,已经成功应用21口井,下井最大深度3450 m,补贴最长井段53 m,形成了适应深井、高温高压、高矿化度井的膨胀管补贴技术,可进一步推广应用.     

等井径膨胀套管连接密封功能解耦与创新设计

膨胀套管连接密封技术是膨胀套管技术关键问题之一。通过公理设计理论分析发现：现有的膨胀螺纹连接是一种耦合设计,其既要承载下一级膨胀管的重力又要起到膨胀后的主要密封作用。引入资源解耦法、零功能解耦法和效应解耦法3种解耦方法,逐层逐级针对螺纹密封机构进行分析,并且给出了相关的解耦方案。     

膨胀式防砂筛管完井技术及现场应用

膨胀式防砂筛管（ESS）完井技术是近年来发展的一项防砂完井新技术。膨胀式防砂筛管由膨胀式割缝基管、相互重叠的金属滤网和膨胀式割缝保护套构成。其基本原理是在井下通过膨胀工具冷挤压作用使膨胀式筛管变形到所需尺寸,起到支撑井壁和挡砂的作用。文章介绍了膨胀式筛管完井管柱结构及功能,分析了膨胀式防砂筛管完井技术在新疆油田B705井应用的必要性及现场应用情况。B705井是国内陆上油田首次应用膨胀式防砂筛管完井技术的试验井,现场应用表明这项技术工艺上是可行的。     

实体膨胀管实物膨胀评价装置设计

针对现有简易膨胀试验装置存在的膨胀力小、膨胀速度慢、膨胀过程和现场实际不一致等问题,设计了专业的实体膨胀管实物膨胀评价装置。该装置可模拟油田现场井下膨胀情况,对膨胀管进行膨胀检测和评价,且可在单纯的机械拉力或单纯的水压或两者共同作用下对膨胀管进行膨胀试验。利用该装置还可进行钢管膨胀变形规律研究、膨胀管材料选择和开发、膨胀锥优化设计、膨胀工艺研究等,在保证膨胀管产品质量的同时将大力促进实体膨胀管的国产化。