固井水泥环不连续对套管力学性能的影响分析

固井过程中,固井质量不合格的情况经常发生。以青海油田某口井作为研究对象,建立平面应变力学模型,假设研究截面套管与地层之间的环空中有1／4未被水泥充填,采用有限元软件ABAQUS模拟套管的变形过程。计算结果表明：①由于固井水泥环不连续,该侧套管没有水泥的支撑和保护作用,在非均匀地应力作用下,套管极易发生变形损坏。②套管内压P0和水平地应力P1固定,改变水平地应力P2,当P2增大到一定值时,B点附近的套管内壁率先发生塑性变形,如果P2继续增大,套管内壁的塑性区域会逐渐增加,并向套管外壁延伸,直到套管整体发生塑性破坏。④水泥环的不连续改变了套管内壁的应力分布,从而使得等效应力曲线上最大的等效应力值不是在B点,而是发生在B点附近套管内壁处。该分析为改善固井质量采取有效措施提供了可靠的理论依据。     

分支井流固耦合原理渗流场分析

以流固耦合原理为基础,考虑渗流过程中的渗透率变化,在Comsol Multiphysics软件中将渗流场与应力场进行耦合计算,得到了耦合渗流场的压力、渗透率在垂直于主井眼方向的分布曲线,用以分析渗流规律。研究结果表明,渗透率在井底附近区域变化明显,耦合渗流场的整体压力分布大于单纯渗流场,计算产量小于单纯渗流场产量。由此可知,流固耦合原理作用下的渗流场才是地下渗流的真实反映。通过对各种地层参数采取体积加权平均处理,对比了3种不同类型分支井对地层参数的影响,为油藏开发提供分支井技术依据。     

风城重18井区套管损坏机理及防治措施研究

新疆油田风城作业区重18井区自2010年正式投产以来,陆续出现了油井套管破裂、缩径及错断等现象,严重影响了油田产油水平,造成了较大经济损失。本文从重18井区套损形态、套管规格、注汽参数等方面进行了统计分析,提出了重18井区的套管损坏主要原因是注汽温度压力过大、油层严重出砂等因素共同作用造成的,揭示了套管损坏机理。     

水平井钻井摩阻影响因素分析及减摩技术

摩阻问题是制约水平井发展的瓶颈。根据现场资料统计,并结合有限元计算,分析了钻柱的屈曲行为、轨迹控制及钻井液密度对水平井钻井过程中摩阻的影响。分析结果对钻机的能力评价及长水平井轨迹的优化设计及有效控制提供了强有力的分析和评价手段。设计了一种减摩降阻工具,该工具不仅可减少摩阻-扭矩,还能减少套管与接头磨损,防止压差卡钻,可提高机械钻速,特殊设计的导流槽还能提高井眼净化效率,为提高长水平段钻具延伸能力和解决脱压问题提供了有力的技术支撑。     

稠油热采井射孔孔眼应力分析及影响因素

针对稠油热采井生产过程中,射孔井段套管频繁出现损伤断裂的问题,基于弹塑性和热力学理论,采用有限元方法建立注汽—焖井—生产过程射孔套管有限元热力学耦合模型,对各阶段射孔套管应力分布特征进行研究,并开展不同射孔参数下射孔套管强度影响规律分析。研究表明：生产过程中射孔孔眼位置出现明显应力集中现象,在温差及内外压差等共同作用下,注采前期套管应力最大可达498.16 MPa,并逐渐产生塑性失效现象,当注采作业完成时,套管塑性失效现象最严重;随着射孔相位角增大,射孔密度对Mises应力值的影响逐渐减小,而套管孔眼最大应力与射孔相位角成反比关系。该研究对延长稠油热采井射孔套管使用年限和保障正常生产作业具有十分重要的意义。     

川东北三高气井测试管柱力学研究

川东北海相碳酸岩气藏地质条件复杂,气井高温、高压、高产使测试管柱在整个测试过程中载荷和变形变化复杂,给完井测试工作的安全、高效开展带来了挑战。针对川东北三高气井测试管柱工作条件和测试作业的特点,考虑管柱组合、管柱载荷、高温高压等因素及屈曲状态、井口和封隔器约束的影响,并综合考虑管内外流体压力、黏滞摩擦、弯曲失稳后法向支反力及库仑摩擦力的影响,给出了井下管柱载荷、变形计算方法与公式。在此基础上,使用可视化Visual Basic语言编制了测试管柱力学分析软件,并使用软件对川东北元坝1井测试管柱进行力学分析,证明了软件和数学模型的科学性和实用性。     

在气体钻井中应用PDC钻头极大地降低了成本

在国内外许多泥浆钻井中,普遍都采用PDC钻头作为提高机械钻速的有效方式.过去虽然试图在空气和泡沫钻井中采用PDC钻井技术,但是因为对切削元件损坏程度大,所以被认为是不经济、不可行的.由于要实现经济利润,需要通过提高钻头的机械钻速和施工效率等性能来缩减钻井成本.投资商和服务公司共同努力,试图在美国东部的阿巴拉契亚盆地和西得克萨斯州的Permian盆地的干空气、氮气和泡沫钻井中运用PDC钻头.这些盆地是比较著名的具有岩石力学和地质学性能的钻井盆地.在确定施工目标和建立施工方案的同时,也要考虑新型PDC钻头在这些环境中的使用寿命.钻头选型、操作参数的差别、钻头的性能和磨损程度以及对井眼质量的影响都要监控.记录钻头几十次运行累计的性能数据.参数显示:使用新型PDC钻头能够成功增加300%的机械转速并且减少30%的钻井时间.在第二次钻井中平均每多钻30%的深度,会增加40%的时间并且能减少一次起下钻和一个钻头.结果表明:在相关的空气钻井中,把牙轮钻头替换为PDC钻头能够节省大量的钻井成本.文章详细讨论了方法、结果和试验经验,并且把这些结果应用到现场技术中.文章还给出了研究实例,以及支持研究结果的相关性能数据和钻井条件.     

页岩气压裂过程套管失效机理有限元分析

在页岩气压裂作业过程中,套管容易出现变形、破裂、错断等破坏性形式。为此,运用ABAQUS有限元分析软件建立套管的二维平面应变模型,模拟计算压裂后套管Mises应力及变形分布,找到套管损坏的主要影响因素。然后利用ABAQUS中关键字*Field实现地层岩石的性能随压裂进行不断降低,从而对四川某井套管失效问题进行了三维模型的实例分析。通过对有限元结果分析和对比压裂后MIT多臂测井曲线,认为套管失效是压裂过程中地层岩石性能降低、改造区域不对称、施工压力大以及地应力场重新分布共同作用的综合结果。最后提出压裂过程中套管失效的应对措施。该项研究结果可为页岩气压裂引起套管失效的防治提供理论依据。     

岩石力学参数试验与地层破裂压力预测研究

通过对塔里木盆地群库恰克地区4口井中的7个地层100块岩心进行岩石力学参数试验和声波试验,获得了该地区岩石的弹性模量、泊松比、纵横波时差等一系列岩石静态力学参数。对试验结果进行了分析研究,得到了岩石纵横波时差关系拟合模型。结合测井资料所得到的岩石动态力学参数,回归出了群库恰克地区岩石的动静态力学参数模型,为预测群库恰克地区地层破裂压力提供了准确的岩石力学参数。在建立群库恰克地区地层破裂压力预测模型过程中,基于岩石的破裂机理,提出了一种地层破裂压力预测的新模型,该新模型已用于群库恰克地区地层破裂压力预测,为合理确定钻井液密度提供了理论依据。     

气体钻井全井段钻柱动力学研究

采用有限元法开展气体钻井全井段钻柱的非线性动力学运动过程模拟研究。建立了某井全井段塔式钻具的三维模型和钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的接触关系,分析了钻柱在动态钻进过程中的力学参数,得出气体钻井全井段钻柱的运动规律以及对钻柱寿命的影响。对气体钻井中钻柱力学、井斜控制等方面的深入研究具有指导意义。