深井和超深井套管磨损研究现状及发展趋势

在深井、超深井、大斜度井、大位移井及水平井钻井中,钻井时间延长,钻杆运动复杂,使其作用在套管上的侧向力增大,因此套管和钻柱的摩擦与磨损问题越来越突出。概述了近年来国内外深井、超深井套管磨损机理及预测技术的研究动态,讨论了套管磨损的机理及其影响因素,指明今后关于深井、超深井套管磨损研究的发展趋势。     

深井和超深井套管磨损性质探讨

深井、超深井套管磨损是我国当前油气田钻井工程领域急需解决的重大技术难题之一。在深入讨论深井、超深井套管磨损工况特点的基础上，指出了现有套管磨损理论及试验方法存在的不足，认为在这类井的深井段，套管磨损实质上是一种含磨料钻井液介质条件下的冲击一滑动复合磨损问题，现有以静载．滑动为基本工况的套管磨损试验方法并不适合用于评价深井超深井套管防磨工艺性能。所提出的观点为深井、超深井套管磨损机理及试验方法研究指明了新的方向。     

受套管磨损约束的深井钻井延伸极限预测模型

深井超深井的套管磨损问题十分严重，严重制约了深井超深井延伸极限的增加。为了提高深井超深井的延伸极限，需要研究深井超深井套管磨损和延伸极限的关系，并明确建立以套管磨损为约束条件的深井延伸极限模型。建立了套管磨损能量方程，基于套管磨损截面几何方程，引入套管截面磨损深度极限值，并考虑井下管柱在钻进过程中的载荷传递，采用迭代法反演出深井超深井在套管磨损条件下的延伸极限值，结合塔里木某超深井的数据资料进行实例计算，并通过和该井的井径测试数据进行对比，验证模型的合理性。研究结果表明，实测该塔里木超深井3 070 m处套管磨损最严重，磨损量为3.15 mm，将其代入建立的套管磨损延伸极限模型中，可得到该井的磨损延伸极限为7 812 m，这与该井实际井深7 500 m极为接近，验证了本文模型的合理性。该研究从套管磨损理论的角度，预测了深井超深井的延伸极限，并为深井超深井的安全作业和钻具选型提供了理论依据。     

深井超深井中套管磨损机理及试验研究发展综述

在深井、超深井钻井过程中，套管磨损是个不容忽视的问题。文章概述了近年来套管磨损的国内外研究现状，指出了目前套管磨损理论及试验方法在解释深井、超深井套管磨损规律时存在的问题，提出通过模拟试验，在实验室受控条件下“再现”深井段的套管磨损行为，从而对深井、超深井的套管磨损机理进行分析。并明确了套管磨损机理及试验方法的发展趋势。     

套管磨损量及剩余强度预测技术研究

在水平井、大位移井、深井钻井过程中下技术套管之后还需长时间钻进,钻具会对套管产生较大的磨损,造成套管强度下降,因此,建立了套管磨损量及其剩余强度的预测模型,利用模型对XG1井进行了计算分析。结果表明,套管磨损会明显降低套管的剩余强度,应采取相应的防磨损措施。     

川东地区深井及大斜度井固井实践

本文针对深井，大斜度井的固井特点，提出了深井、大斜度井固井下套管作业前的准备工作和下套管技术要求，同时论述了如何有效提高深井，大斜度井固井质量的技术措施，通过在川东地区深井，大斜度井固井作业中的推广应用，解决了川东地区深井，大斜度井的固井难题，取得了明显的经济，技术效益。     

山前地区深井超深井套管防磨与减磨技术研究

针对山前地区深井超深井钻井过程中套管磨损严重的问题,在分析套管磨损机理的基础上,开展了山前地区套管防磨与减磨技术研究,基于技术研究成果及应用实践,得到如下结论:1应用Power V等垂直钻井系统控制井眼轨迹,特别是上部井段的狗腿度和井斜,可明显减小侧向力和磨损量,缩短套管磨损时间;2应综合考虑套管磨损率、磨损系数以及钻杆耐磨带本身的磨损量,优选出效果最优的耐磨带;在狗腿度严重的位置,可考虑采用一定数量的橡胶钻杆卡箍来减轻对套管的磨损;3山前地区钻井液采用CX-300减磨剂能够显著降低磨损速率,减轻套管磨损程度,但在不同钻井液体系使用之前应进行优化分析以确定最佳使用量;4在迪那204井使用高密度钻井液体系,全部采用优选的高密度重晶石粉代替铁矿粉作为加重剂,整个钻进过程中未出现钻具及套管磨损,迪那204井易损件消耗量仅为邻井迪那203井的左右,防磨减磨效果非常显著。     

套管磨损研究进展

在深井、超深井钻井过程中, 套管磨损是个不容忽视的问题.分析了套管磨损的发展过程、机理、影响因素、预测方法与技术;指出了目前套管磨损理论及试验方法存在的问题;讨论了套管磨损研究的发展趋势.     

川西深井固井技术措施评述

川西近年来部署深井较多,提高深井固井质量一直是人们关注的难点问题。为此,从固井方面存在的一些问题着手,分析了影响固井质量的因素--钻井液、套管居中度、前置液、水泥浆性能以及长裸眼段和易漏失等情况。 然后分别对各个影响因素进行了讨论,提出了提高深井固井质量的技术措施。通过试验,前置液达紊流顶替是可以实现的,而采用塞流顶替施工时间太长、采用水泥浆紊流顶替受设备限制和易冲垮井壁;通过调整钻井液性能, 降低粘度和动（静）切力,可有效地改善第二胶结面的质量;保证良好的套管居中度、设计优良性能的水泥浆体系、研究高温水泥浆体系,都能够在一定程度上提高深井固井质量,为后期开采打下良好基础。     

套管月牙形磨损程度预测研究进展

随着深井、超深井、大位移井和水平井的普遍开发,套管磨损问题越来越严重,现场实测中所有严重的磨损都是月牙形磨损。因此,对套管月牙形磨损程度进行深入的研究就显得尤为重要。概述了近年来套管月牙形磨损程度预测方法的研究动态,重点介绍了磨损效率模型和磨屑分析法的特点,并对两种磨损程度预测方法进行了比较,最后指出了套管月牙形磨损程度预测研究的发展趋势。     

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。      

黄桥二氧化碳气田开发井钻井工艺

黄桥二氧化碳气田在钻井过程中存在直井段易井斜,浦口组地层缩径、垮塌及卡钻,下部地层先漏后涌等井下复杂情况或事故,及机械钻速低与钻具和套管腐蚀的问题。华泰2井和华泰3井在钻井过程中,通过不同井段选用不同钻头,采用不同钻具组合和钻井参数,解决了直井段易井斜的问题,提高了机械钻速;浦口组以上地层采用金属两性离子聚合物钻井液钻进,中生界以下地层使用金属两性离子聚合物防塌钻井液钻进,解决了浦口组地层缩径、垮塌和卡钻,及下部地层先漏后涌等问题;在钻遇二氧化碳气层后采取加入防腐处理剂等防腐措施,解决了钻具的腐蚀问题;通过室内管材动静态腐蚀评价试验,确定采用含Cr套管与普通套管相结合的套管完井方式,解决了套管腐蚀问题;采用微硅低密度水泥浆和胶乳不渗透防气窜水泥浆体系固井,提高了固井质量,有效防止了环空气窜。通过华泰2井和华泰3井2口井的钻井,形成了一套适合黄桥二氧化碳气田开发井的钻井工艺技术,为今后二氧化碳气田的开发提供了借鉴。     

南海流花超大位移井套管磨损预测方法

在超大位移井的钻进过程中,造斜段的技术套管会发生严重的磨损问题。建立了超大位移井技术套管磨损后剩余壁厚的定量预测方法。根据能量原理,即套管内表面的磨损体积与旋转钻柱在相同位置所作的功成正比,建立了技术套管磨损体积与井眼轨迹、钻具组合、机械钻速、转速、钻进井段长度及套管磨损系数之间的函数关系。在假设磨损截面为新月形的条件下,根据磨损截面的几何关系,建立了套管磨损深度与体积之间的关系。应用一口超大位移井的实测数据对建立的模型进行验证,结果表明该模型可以用于超大位移井技术套管磨损深度的预测。根据研究结果,简要说明了套管防磨技术的主要方法。     

钻井时效对长水平段页岩气井套管磨损影响因素分析

深层页岩气井钻井施工时,由于水平段长度及钻井作业周期均比较长,套管磨损现象相对严重,不合理的钻井设计还会加剧套管的磨损,导致套管强度下降,严重威胁页岩气井的安全经济生产。为此,基于磨损效率模型,建立了相应的磨损预测计算方法,重点探讨了页岩气水平井钻井时磨损的影响因素与规律,并给出相应的减磨防磨方案,保障钻井施工安全。研究表明:总进尺量与磨损量成正比;过低的机械钻速会明显增加磨损量;造斜段狗腿度与套管磨损量成正比;磨损量会随着井斜角的增加而增加,但增加速度会逐渐减小。     

两种主要高强度套管的耐磨性能试验

套管磨损是深井、超深气井钻井过程中困扰作业人员的突出问题,摸清P110和V140这两种主要钢级的高强度套管的耐磨性能对于钻井设计选用套管具有重要意义。为此,采用美国摩尔技术公司的全尺寸套管磨损试验机,模拟油气田现场的钻井作业参数以及钻井液配方,开展了钻杆接头与套管内壁间低、中、高3种典型的侧向力对P110和V140钢级套管的全尺寸实物磨损试验研究,检测并对比分析了磨损套管试样在不同磨损时间段的磨损沟槽深度、沟槽宽度、磨损系数、摩擦系数以及磨损体积等参数,并对套管摩擦表面进行了扫描电镜分析,进而探讨了不同工况条件下的套管摩擦机理。结果认为:在低侧向力的情况下,两种套管的磨损情况基本相当;在中等侧向力的情况下,V140套管的磨损比P110套管严重;在高侧向力的情况下,P110套管的磨损明显要大于V140套管;随着钻杆接头与套管内壁之间接触侧向力的增加,摩擦副之间的摩擦系数增大且处于黏着磨损状态。该研究成果对于在套管柱设计中根据不同井眼曲率考虑套管的耐磨性能选用套管具有参考价值。     

水平井免钻塞筛管顶部注水泥完井技术

采用筛管顶部注水泥完井的水平井占到胜利油田水平井总量的60%以上。该技术的主要缺点在于钻塞过程中易造成套管磨损,钻塞后内壁留有毛刺,影响后期作业效果。为解决钻塞对完井管串 的伤害,设计出集管外封隔器、分级箍、盲板功能于一身的免钻塞完井工具,开展了室内性能试验和施工工艺试验。在筛管顶部注水泥作业结束后采用下打捞矛打捞内套的方式有效避免了钻塞带来的不 利影响,减少了完井作业时间及成本。该技术在胜利油田累计施工40余口井,保障了后期酸洗及填砂作业效果,推动了水平井筛管完井技术的进一步发展。     

套管钻井用套管外表面磨损后剩余强度分析

在分析讨论套管钻井管柱磨损形态的基础上,结合API5C5实物试验尺寸要求,通过有限元计算分析方法,对钻井套管完钻后含有外表面磨损缺陷的套管柱的极限剩余抗挤强度和极限剩余抗拉强度进行了研究,分别获得了均匀磨损和偏磨条件下,套管钻井套管柱外表面磨损缺陷的临界长度尺寸数值,以及不同破坏失效准则条件下的剩余抗挤强度和剩余抗拉强度的计算方程,为套管钻井中套管柱的设计、计算奠定了理论基础。     

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目前大斜度井、水平钻井日益普遍,但是由于井眼弯曲等多种因素的作用,大斜度井、水平井的管柱在井眼弯曲段存在较严重的磨损,管柱的严重磨损是钻这类井必然存在的现象,因此进行套管磨损预防、预测与处理技术的研究是一个迫切需要解决的问题。套管在给定位置处单位长度所受的侧向力与井斜角和钻入深度等许多因素有关。文章通过受力与变形分析,导出在增斜段侧向力的计算模型,通过对微分方程组的求解,最终导出了在套管单位长度上侧向力的关系表达式。该参数的确定在套管柱设计,井下套管摩阻分析,尤其是在开展套管磨损问题的分析中占有非常重要的地位。     

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

深井套管磨损几何力学模型及计算分析

在深井、超深井钻井过程中,套管磨损有可能导致套管封隔失效和油气井的早期报废.建立了深井钻杆与套管之间磨损模型,对深井套管磨损机理进行分析,研究钻杆本体与套管的接触情况,计算钻杆与套管之间的接触力.讨论了井眼曲率、套管钢级、钻杆轴向拉力、钻井时间对套管磨损的影响.应用所建的模型分析了不同因素对套管磨损厚度的影响,预测了深井套管磨损厚度.