一种新的深井套管磨损计算方法

根据深井、超深井钻柱的涡动特性提出了一种新的套管磨损计算方法。补充了磨损效率模型只能对狗腿处套管进行磨损预测的缺陷；并对套管和钻杆磨损进行了解析计算，可利用钻杆的实际磨损状况对计算参数进行调整。模型在塔里木油田多口油井的应用表明，钻柱涡动带来的套管磨损不容忽视，模型的计算结果与实际状况较符合，能为现场施工提供较好的预测数据。     

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。     

深井超深井套管损坏机理与强度设计考虑因素

深井超深井开发过程中,套管损坏带来重大经济损失和安全隐患。分析了深井超深井套管损坏主要形式和损坏机理, 主要包括轴向力引起的脱扣和失稳、非均布载荷产生挤毁破坏、剪切变形、螺纹密封失效、磨损、腐蚀等。认为对于深井超深井 套管,尤其是气井必须引入强度设计、密封设计、防腐蚀设计,需要从外载的计算、强度模型的选择、塑性岩石蠕动引起的载荷、 技术套管磨损、温度效应、螺纹的密封性以及套管本身强度的选择等方面进行研究。建议采用安全系数和失效概率相结合的套 管柱强度评价方法,进一步完善套管设计规范与标准。     

深井超深井钻井技术现状和发展趋势

介绍了国内外深井超深井钻井的发展历程及主要技术难点，从钻井地质环境因素描述与评价技术、防斜打快技术、提高钻井速度技术、钻井液技术、固井技术、钻井信息技术及钻井装备7个方面详细分析了国内外深井超深井钻井技术现状，并简单探讨了我国深井超深井钻井技术存在的主要问题及与国外先进水平的差距，指出深井超深井钻井技术会朝着集成化、智能化、信息化和自动化方向、有利于提高钻井效率的方向及有利于提高油气采收率的方向发展，并对我国深井超深井钻井技术的发展提出了建议。     

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。     

深井、超深井套管与钻头系列分析研究

对国内外深井超深井井身结构设计以及所采用的套管与钻头系列进行的调研和分析表明，我国目前在深井超深井钻井中采用的套管与钻头系列较单一，对钻井液的依赖性太强，难以满足深井超深井钻井的需要。     

深井超深井套管柱系统可靠性研究

分析深井、超深井套管柱不同失效形式的极限状态方程,给出了相应的失效概率理论公式。在井深方向上将套管柱离散为多个基本单元,建立深井、超深井系统可靠度计算模型。以西部油田某超深井（井深7 380m）为例,利用系统可靠度模型对套管柱基本单元和整体可靠度进行定量计算,分析套管柱的可靠性影响因素和主要失效形式。计算结果表明,影响深井、超深井套管整体可靠度的主要因素为套管抗挤强度、外挤载荷和轴向压力;深井、超深井套管失效形式主要为失稳和挤毁。     

超深井钻井液污染套管机理

针对超深井钻井过程中钻井液对套管的污染问题,分析了超深井环境下钻井液在套管壁的残留率,明确温度是影响钻井液残留的主要因素。在超深井高温下,油基钻井液发生破乳效应,由疏水转变为弱亲水性;水基钻井液发生脱水效应,由亲水转为弱疏水性。采用XRD、元素分析、四组分、傅里叶红外光谱等测试方法,对钻井液残留物的成分进行分析,得到水基钻井液残留物的主要成分为纤维素、磺化酚醛树脂携带包裹黏土颗粒与重晶石混合物;油基钻井液残留物主要成分为沥青和油酸酰胺包裹重晶石混合物。结合测试分析结果,通过分子动力学模拟计算钻井液中大分子在套管壁上的吸附效应,得到沥青主要成分卟啉和油酸酰胺与套管壁的结合能分别为-54.18 kcal/mol和-19.72 kcal/mol,纤维素和磺化树脂与套管壁的结合能分别为-19.09 kcal/mol和-93.19 kcal/mol,证实了水基钻井液中有机组分在高温状态下较油基钻井液更具有黏附性。通过对钻井液污染机理的分析,为日后套管清洗提供理论性指导。     

深井、超深井套管特性分析

传统的套管柱设计中,套管只进行强度设计。而在一些深井、超深井、高压气井的开发中,对套管提出了新的要求:套管必须能够保证对气体的密封;能够耐受较高温度的考验;接头不但要有足够的抗拉强度,同时也要有足够的抗压缩强度。另外,水泥环是否对套管的强度有增强作用,也是值得关注的问题。通过理论解析、有限元计算以及大量的实物试验,对深井、超深井中套管这些主要特性进行了分析,得到了许多有意义的数据和结论。指出模拟深井、超深井套管服役条件的实物试验是验证套管性能的有效手段,并结合套管柱设计提出了套管选用方法,该分析方法同样适用于油管柱分析。     

正确选用套管提高深井和超深井套管的安全可靠性

API标准规定的套管钢级、螺纹连接强度已不能满足深井、起深井的要求,由世界各大厂家生产的非API标准蠢管解决了这一难题。文中论述了套管柱失效情况和提高深井、起深井套管柱安全可靠性的途径,提出了选择合适的钢级和高技济的套管;选用有特殊螺纹接头的套管,对特殊螺纹密封结构进行了分析。并对深井、超深井、高压井、定向并、水平开、热采井、有腐蚀性介质的井,如何选用套管和特殊螺纹接头进行了论述。     

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。      

川西深井超深井套管损坏问题探析

阐述了川西地区深井超深井油层套管损坏的现状,分析了川西深井套管损坏的原因,认为主要有套管材质、性能达不到套管安全要求,井身质量差或井眼轨迹复杂,施工周期长导致磨损严重,防磨减磨措施应用效果差,完井及增产作业的高压力试压而导致套管破坏等。提出了应确保采购的套管质量,钻井中应用有效的防磨减磨技术以及统一完井试压标准等建议。     

复杂深井超深井的新型套管柱程序

国内现用的5层套管柱程序层次少,结构单一,不能满足复杂地质环境的深井及超深井钻井的需要。文中对增加套管柱层次的方法进行了研究,从增大上部井眼及套管尺寸、采用小井眼技术、采用无接箍套管和扩眼钻头、优化套管与井眼尺寸组合等4个方面考虑来增加套管柱层次。提出了6种新型套管柱程序,对复杂深井及超深井的钻井设计有一定的指导意义。     

深井、超深井套管磨损后剩余强度分析

建立了磨损套管的三维有限元模型,结合N80套管实际尺寸和材料参数,模拟计算了不同磨损形态、磨损长度及深度对磨损后套管剩余强度的影响。计算结果表明,套管磨损深度和壁厚不变时,磨损套管的剩余抗拉强度与磨损长度成指数反比例关系,剩余抗挤强度与磨损长度成指数正比例关系;当磨损长度一定时,套管剩余抗拉强度和抗挤强度随磨损深度的增加而线性降低。根据数值模拟计算结果得到了磨损套管剩余强度与磨损长度、磨损深度之间关系的计算公式,为校核、计算套管磨损后剩余强度提供了参考。     

再论采用非常规套管程序改进深井超深井井身结构设计

文章分析了国内外深井超深井井身结构设计采用非常规套管程序的基本情况和存在的缺陷,提出了制定适应深井超深井井身结构设计需要的非常规套管与钻头尺寸系列的原则和推荐方案。文章还建议开展适应我国实际情况的套管与钻头尺寸系列相关专业标准的研究,为制定新的套管与钻头尺寸系列行业标准作准备。     

采用膨胀套管技术优化复杂深井超深井下部井身结构

为了探索采用膨胀套管技术优化复杂地质条件下的深井、超深井井身结构的可行性，采用理论分析与计算机有限元模拟研究手段，对在?244.5 mm套管以下采用?193 mm和?139.7 mm膨胀套管的新的井身结构方案进行了分析论证，并对膨胀后的套管强度进行了有限元模拟计算。结果表明，相对于传统设计，新的井身结构可以在?244.5 mm套管以下多增加2层套管，并且膨胀套管的膨胀幅度可以根据需要进行优选，而且110 ksi和80 ksi钢级的膨胀套管膨胀后的强度是能够满足要求的。认为应用膨胀套管技术优化深井、超深井下部井身结构是解决复杂地质条件下深井、超深井钻井问题的一个值得探索的好方法。     

超深井用偏梯形螺纹套管适用性研究

针对我国西部超深井固并使用的偏梯形螺纹套管发生螺纹连接处泄漏、接箍及管体破裂与变形等事故，对西部两口超深井在用和拟用的φ177．8mmx13．72mmV-150和φ177．8mmx12．65mmNK-T140两种规格BTC螺纹套管进行了管柱设计验证试验研究。试验条件模拟井下预期的载荷和压力，试验项目包括上卸扣试验、密封试验（介质为水和气两种）、强度极限试验（拉伸、水压爆破、压缩和挤毁）等。结果发现，这两种套管在密封性和强度等方面均与使用条件存在一定差异，特别是难以满足一些异常复杂超深井的要求。建议在高压超深井中用气密封性较好的特殊螺纹接头套管。对于异常高压超深井，在设计时应进行密封设计，对套管进行必要的密封和强度评价试验。     

小套管超深井中途测试工艺探讨

为提高测试工艺成功率,获得合格地层资料和参数,了解地层产能、流性,针对胜利油田地层压力、温度较高的特征,特别是小套管超深井中途测试的难点,合理选配了测试工具仪器、仪表,对测试管串进行了改进,在夏381井中途测试应用中首次获得成功。     

深井内壁磨损套管剩余抗内压强度研究

深井钻井过程中,钻柱对套管内壁造成磨损多为"月牙形"磨损。在弹塑性力学分析的基础上,应用长槽形磨损模型分析磨损套管的抗内压强度变化规律。采用有限元数值模拟计算分析了磨损套管剩余强度的变化规律。根据磨损位置产生的附加弯曲应力,对原有的长槽形磨损模型进行了改进,并与试验结果进行了对比分析。分析结果表明,套管接头直径对套管抗内压强度影响较小。使用目前套管柱强度设计中常用的均匀磨损模型进行套管强度设计,偏于安全。改进后建立的磨损套管抗内压计算模型能更准确地描述磨损套管的剩余强度,与试验值更为接近,可为套管柱强度设计提供更为合理的理论参考。     

深井超深井套管选择中的若干问题

提出了选择深井、超深井套管应注意的若干问题.根据套管的受力、使用环境等条件合理的选用非API套管;避免使用高强度套管;APIBTC螺纹厚壁套管接箍的强度低于管体的强度,使用厚壁套管解决抗挤强度时,必须考虑接箍的强度;腐蚀环境下套管的选择;根据不同井况选择不同螺纹形式,特殊螺纹与API螺纹不能互换使用;非API的新型套管下井前,可通过全尺寸模拟试验对其结构和密封完整性进行评价.