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.     

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。     

胜利油田深井超深井钻井技术

胜利油田深井超深井钻井技术的发展大体经历了初步钻探、起步发展和规模应用3个阶段，初步形成了复杂地层条件下深井超深井配套钻井技术：深井井身结构设计技术、提高上部大尺寸井眼机械钻速技术、提高深部小尺寸井眼机械钻逮技术、套管防磨技术、防斜打快技术、钻井液技术、完井技术。详细介绍了深井超深井配套钻井技术的研究与应用情况，并指出了胜利油田超深井钻井技术的攻关方向。     

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。     

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。     

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。     

深井套管防磨技术研究与应用

分析了在深井、超深井、大位移井和水平井钻井施工中套管磨损的原因及对套管强度的影响.详细介绍了套管减磨工具的结构原理、主要性能参数及现场使用情况.现场应用效果表明,工具安全可靠、操作方便,能有效延长油井寿命,减少后期的修套、补套或修井工作.     

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随着石油工业的不断发展，深井、超深井、水平井和大位移井越来越多，而这类井由于其自身的特殊性，在钻井过程中钻具在井中旋转及起下钻对套管内壁造成磨损，导致其抗挤强度、抗内压强度等使用性能降低，对油气井的安全构成威胁，因此，套管设计时应当考虑磨损对抗挤强度的降低问题。API Bul 5C3挤毁压力公式没有考虑磨损对套管抗挤强度的影响。章主要通过有限元法并辅以理论分析，深入研究套管内壁磨损对其抗挤毁性能的影响规律，分别详细比较“月牙形”磨损模型与偏心筒近似磨损模型、最小壁厚均匀磨损模型之间的差异，并从挤毁强度降低的机理上阐述导致这些差异的原因所在。     

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.     

YK1井技术套管磨损分析

通过对ＹＫ１井技术套管磨损进行力学分析，认为井身质量（尤其是全角变化率）、钻柱轴向拉力及侧向力、钻井时间、套管强度、套管内外钻井液密度、固井质量等是影响深井（超深井）套管磨损的主要因素。计算了该井技术套管磨损量并描述了套管磨损形状。     

深部岩石力学与深井钻井技术研究

深部地层防斜打直问题和深部硬地层快速钻进问题是深井、超深井钻井中两大技术难越，是制约深井、超深井钻井发展的技术关键。深部井眼岩石力学的研究，特别是深部井眼岩石可钻性和岩石各向异性的研究，是解决深井、超深井钻井关键技术的重要课题。文章充分调研了国内外深井、超深井钻井状况，分析深井、超深井钻井存在的主要技术难题、钻井岩石力学在深井、超深井中的应用状况、深井、超深井钻井的关键技术及钻井岩石力学在深抖、超深井钻井中的作用，分析了深部岩石力学在深井、超深井钻井中的井眼稳定技术、井斜控制技术、高效破岩技术和地层压力的钻前定量预测等关键技术上的发展前景。     

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。      

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。     

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。     

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。     

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。     

套管双效防磨技术在川西深井X202井的应用

针对常规防磨接头存在防磨套刚性强易磨损套管、镶嵌防磨套易脱落造成井下故障及安放位置难以确定的缺点,提出采用非金属防磨接头配合钻井液用耐磨减磨剂的双效防磨技术,非金属防磨接头耐磨且对套管磨损小,耐磨减磨剂入井后能够迅速吸附在钻具和套管表面形成高强度低摩阻有机耐磨层。利用计算出的套管内钻柱侧向载荷及现场测出的接头流阻增加值,确定入井防磨接头的数量和位置,根据耐磨减磨剂与钻井液相容性试验结果确定其加量。在X202井的现场试验表明,非金属防磨接头入井连续使用时间超过500 h,平均磨损率仅6.5%,平均返出铁屑量从124.64 g/h降至78.00 g/h,减磨效果显著。研究表明,采取双效防磨措施减缓深井套管磨损具有可行性,为深井、定向井和水平井钻井过程中的套管和钻具防磨提供了新的技术支持。