注水井管柱完整性评价及注水参数优化研究

针对塔河油田注水井井筒管柱完整性失效问题,基于氧腐蚀机理模型和ECE模型建立了注水井管柱腐蚀预测模型并验证其可靠性,研究了注采阶段和注水参数对管柱腐蚀的影响规律,建立了基于拉伸失效的注水井管柱失效判据,绘制了不同注水排量和溶解氧浓度下注水井极限允许注水量图版.研究表明,注水井管柱腐蚀主要发生在注水阶段,随注水排量和溶解...     

胜坨油田分层注水配套新技术

胜坨油由注水井况复杂,表现为层间差异大,出砂严重和套管损坏等。由于分层注水管柱配套技术单一,注水工具可靠性差,油管漏失结垢严重,不能满足长寿命分层注水需要,因此,开展了分层注水工具的改进及管柱优化配套研究,通过改进防蠕动工具、封隔器、配水器和沉砂底筛堵等井下工具,提高油管防腐性能,针对不同的注水井况,采取配套分层注水管柱模式,提高了胜坨油田分层注水井技术水平．通过对优化改进后的注水管柱进行应用效果评价,胜坨油田分层注水管柱在井两年的寿命由45．8％延长到64．7％。     

深井作业管柱下入能力研究

研究深井作业管柱的下入能力对于顺利上提和下放管柱、保证作业成功有着重要的指导意义.综合考虑各种因素对摩阻的影响,如管柱的形状与几何尺寸,管柱的钢度、井眼的空间形状和井径大小等,建立了更为合理的摩阻分析模型.分别采用纵横弯曲梁法和修正的软模型对带扶正器段管柱和不带扶正器段管柱进行摩阻分析,建立了管柱入井安全性判断准则,用以评价深井作业管柱下入能力.     

受井眼约束带接头管柱的纵横弯曲分析

针对受井眼约束带接头管柱的纵横弯曲问题,将管柱变形分成3 类情形：无接触、点接触和连续接触。根据 管柱变形基本方程及接头处管柱的边界条件和连续性条件,分别求解3 种情形下的管柱变形曲线。利用无接触到点 接触以及点接触到连续接触的判别条件,分别求解了接触状态转换的临界参数,并分析了临界参数（φ）随管柱视半径 与接头视半径之比（λ）的变化规律。结果表明,当λ 比1 略大时,φ 对λ 的变化很敏感;当λ 大于2 后,φ 对λ 的变化 不敏感,并且趋于某一稳定值。以λ = 2 为例,详细描述了管柱弯曲接触状态转换的整个过程。计算结果可以为实际 作业中接头对管柱弯曲影响分析提供理论基础。     

区间分析法在精细注水管柱设计方面的应用

随着油田开发进入中后期,油层及夹层的厚度越来越小,传统的大卡距大间距分层注水工艺管柱设计已经不 能满足要求,为了提高采油效率,小卡距的精细分层注水工艺应运而生,然而此工艺具有卡封层数多和单层卡距小的 特点,这对管柱力学量的精确计算提出了更高的要求。针对此问题,提出了一种区间分析法,考虑了管柱变形量的主 要不确定因素,建立了三维不确定性管柱力学模型并得到了管柱变形量区间,最后结合现场数据对分析结果进行了验 证,结果表明：现场数据与设计数据高度吻合,提高了注水合格率,对精细注水管柱的设计具有一定的指导意义。     

基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析

为探究长直管柱在井下复杂工况下的屈曲形式,进行基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析研究。利用梁-梁接触理论对考虑剪切弯曲变形的梁进行离散化,使用管-管接触单元建立管柱变截面摩擦接触有限元模型,并用此方法针对分层采油井实际井况建立管柱有限元分析模型。结果表明,分层采油管柱在井下复杂的受力环境下会发生不等距复合屈曲,在考虑摩擦的情况下管柱的屈曲构型不再是标准的正弦线或是螺旋线构型,并利用磁定位数据验证了计算结果的可靠性。     

多级多段细分注水管柱动态力学分析及蠕动规律

为准确分析多级多段注水管柱在不同工况下的动态力学性能及蠕动现象,在考虑井筒三维轨迹及多级多段注水管柱空间受力的基础上建立注水管柱三维力学模型,分析封隔器处受力连续性条件和注水管柱动态力学性能,研究封隔器的蠕动机制,提出多级多段注水管柱力学蠕动计算方法。针对河43-12井注水管柱,开展不同作业工况下的蠕动分析。结果表明:所提出蠕动算法的计算结果误差范围为8%～15%,具有较高的准确性;不同工况转换过程中,由于温度、压力变化剧烈,管柱蠕动明显,各级封隔器蠕动变化规律随时间变化基本一致;注水管柱施加刚性锚定后,各级封隔器蠕动量均大幅减小。     

4in套管井分层注水技术

中原油田开展下入4in套管重新固井生产的技术以来,在注水井上由于4in套管井内径小,研制了以配水器与封隔器一体化为主的4in套管井分层注水管柱及相应的测试工艺技术。该管柱用扶正式小直径水力锚锚定整体管柱,采用静自动坐封机构,使管柱下井后直接坐井口注水即可坐封,实现分层注水,具有结构简单,密封可靠,投捞测试方便,有效期长的特点,解决了4in套管井分层注水的技术难题。     

基于能量法的定向井中造斜段下凹管柱屈曲临界载荷分析

运用最小势能原理导出定向井造斜段下凹管柱屈曲载荷计算公式。以常见管柱参数为例,编制了相应的MATLAB程序,计算了不同条件下管柱屈曲临界载荷,分析了井眼曲率半径、平均井斜角、油套径向间隙对管柱临界屈曲载荷的影响。分析结果表明:定向井造斜段下凹管柱屈曲临界载荷随井眼曲率半径的增大呈指数递减趋势,随平均井斜角的增大而指数递增;管柱壁厚的增加会提高管柱抵抗屈曲变形的能力,但这种影响会随井眼曲率半径、油套管径向间隙的增大而减小。本文研究结果可为定向井射孔、试油、改造及完井投产管柱组合及下入提供参考。     

封隔器对油管螺旋屈曲的影响分析

油管的螺旋屈曲对封隔器有严重的影响。本文将管柱分为在封隔器附近的空间梁柱段和与约束管壁连续接触的屈曲构形段,通过、分析求解管柱屈曲后所满足的四阶强非线性常微分方程,考虑管柱的固支端部边界条件和连续条件,得到了屈曲管柱变形的解析解。进而得到了管柱在封隔器附近的内力等。所得解析结果与Ｓｏｒｅｎｓｏｎ的数值结果一致。     

定向井的多层分注管柱串通过性分析

随着定向井注水层数增多,多层分注管柱串的通过性分析,是施工过程中确保油井安全、防止管柱失效的主 要方法,严重影响井下分注工艺的成功实施。以多个封隔器和配水器（5 个工具以上）组成的多层分注管柱串整体为分 析对象,充分考虑井眼轨迹、曲率、井径、地层摩阻、套管直径等因素的影响,采用力法和位移法,结合能量和动力学分 析方法,在三维空间下,分析管柱串与套管内壁之间的摩擦阻力与管柱串整体通过能力之间的关系,建立了一种可用 于定向井至水平井的多层分注管柱串在起下过程中的动态载荷和受力剖面模型,在井筒的最大曲率处,比较管柱串下 端的轴向作用力与摩擦阻力,从而实现对多层分注管柱的通过性分析。最后结合工程实例,对多层分注管柱串进行了 通过性和安全性分析,给现场作业提供了良好的工程指导。     

大位移井钻柱的动态分析

分析了大位移井旋转钻柱的受力变形特点及钻柱与井壁接触机理。根据动力学原理引入碰撞恢复系数并完善和简化了钻柱与井壁动态摩擦接触模型。采用有限元理论 ,将威尔逊θ法、牛顿拉裴逊法和放松约束试算法相结合 ,解决了大位移井钻柱动力学问题及钻柱动态接触边界待定问题。计算及分析结果表明 ,所建理论模型是合理的和简便的。在钻柱旋转过程中 ,碰撞或连续接触可能交替存在或并存 ,这与井眼条件和转速有关 ,对钻柱与井壁接触形式的任何假设都可能是误差产生的根源。动态响应均值的非线性效应与静态分析结果表明 ,一般井眼曲率大于 5°/( 30m)时 ,线性动态分析的误差不容忽视 ,转速较高 (大于 70r/min)时 ,须考虑动态因素的影响 ,在一般工况条件下影响不大     

基于机械系统动力学自动分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析

钻柱在高曲率、长水平段的水平井中与井壁接触状态十分复杂,接触状态又直接影响钻进过程中钻柱的摩阻扭矩,进而影响井的延伸极限。因而,较准确、全面描述全井钻柱系统与井壁的接触状态是保证钻柱摩阻扭矩分析结果可靠的前提。基于ADAMS软件,结合力平衡理论、Hertz接触理论和相似原理,建立了与真实测试试验装置具有一致钻井参数的水平井全井钻柱-井壁动态非线性接触模型,分析了全井钻柱接触力分布情况,研究了起钻速度、下钻速度、钻压和转速对接触的影响规律。结果表明：接触力峰值出现在弯曲段;起、下钻速度均对弯曲段钻柱接触状态影响明显,速度相同时起钻比下钻时接触力大;增加钻压可减小全井钻柱的平均接触力;钻柱旋转会在水平段中前部出现小幅密集接触。仿真结果为钻柱摩阻扭矩测试试验装置提供了合适的钻柱与井壁的接触力测量位置,便于利用该装置开展钻柱摩阻扭矩等相关研究。     

钻柱与实钻水平井眼接触形态及摩阻影响分析

水平井钻进过程中,地层结构、钻具振动、钻头侧向力、岩屑沉积等因素易导致实钻井眼轨迹发生连续小幅偏斜。该种偏斜虽不会引起实钻井眼轨迹的严重偏离,但将改变钻柱与井壁的接触形态。受现有测井方法的限制,该种偏斜常被忽略。通过理论分析与仿真,研究水平段井眼轨迹在井斜平面内连续小幅偏斜波动条件下的钻柱与井壁接触形态及其对摩阻的影响。研究认为,钻柱与偏斜波动水平井眼间易发生"悬跨"接触,该现象降低了现有解析法求解钻柱力学相关问题假设条件"钻柱与井壁连续接触"的合理性。钻柱自重和轴向力对悬跨钻柱弯曲位移及悬跨接触最大临界跨距的影响最大。悬跨接触将减小钻柱与井壁的接触面积、增大钻进摩阻。     

水电站垫层蜗壳配筋计算

为研究“Г”形框架简化、平面简化和接触摩擦对垫层蜗壳配筋计算的影响，分别采用结构力学法和有限元法对某垫层蜗壳进行计算结构力学法对蜗壳进口断面进行等截面简化，将其作为深受弯构件进行配筋计算；有限元计算采用ABAQUS软件，建立完整标；住机组段蜗壳结构模型及蜗壳进口断面平面轴对称模型，在铜蜗壳和混凝土及垫层之间创建接触对，模拟接触摩擦关系，将计算得到的弹性应力图形作为配筋依据计算结果表明，采用平面“Г”形框架法可能造成计算配筋面积偏小；在考虑接触摩擦的前提下，将蜗壳结构简化为轴对称结构进行初步配筋计算是可行的；对垫层蜗壳结构进行有限元分析时有必要考虑接触摩擦，摩擦系数f应慎重取值.     

高精度快速响应注水井温测试仪的设计

介绍了一种注水井温度剖面测试的高精度快速响应温度计,采用接触式快速热电偶感温元件,可精确测量井筒温度梯度。由于测试仪温度响应快、精度高,测得的剖面曲线所含的信息丰富、准确,对注水井的定量和定性辅助解释、分析更加精确,更加接近实际情况。特别是在区分和了解小、薄层及注水量小的层位特性,检查管柱窜槽情况方面比现有温度计更具有优势。     

基于有限元建模技术确定注水井安全注入压力

针对气田水回注过程中,注入压力过高容易诱发套管损坏、水泥环破裂、注入水窜漏等安全、环保问题,开展了气田水回注安全注入压力计算方法研究。通过对注水过程中套管、井壁水泥环和地层受力分析,结合岩石力学实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度等力学参数,利用有限元法,建立考虑流固耦合的注水井有限元模型,模拟注水条件下套管、水泥环与地层的应力分布,综合确定注水井理论安全注入压力;该方法在四川盆地川中地区气田水回注井生产管理中得到了应用,可以为回注井规划部署提供重要依据。     

曹妃甸油田浅层大位移井管柱作业极限分析与优化设计

在浅层大位移钻井中,井下管柱上产生高摩阻扭矩,管柱作业极限问题突出,急需开展大位移井管柱作业极限分析与优化设计的研究。基于管柱平衡微分方程,综合考虑接触力、摩阻力、管柱内外钻井液等因素影响,建立管柱摩阻扭矩计算模型;以井眼延伸长度为目标,考虑地面和井下各种约束因素的影响,建立管柱作业极限的预测模型。针对曹妃甸油田一口浅层大位移井,计算不同工况下管柱摩阻扭矩,预测管柱作业极限,并提出优化设计方案。结果表明,采用滑动钻进技术无法达到设计井深,采用旋转钻进技术可达到设计井深,但存在一定的风险。提升钻机性能后,采用旋转钻进技术可安全达到设计井深;优化井身结构后,采用滑动钻进技术并辅以减摩措施可达到设计井深。     

梁柱螺栓连接中接触摩擦机理及有限元分析

研究了钢框架梁柱螺栓连接中的接触摩擦机理以及在节点非线性有限元计算中的应用.采用ANSYS有限元软件,在分析接触摩擦机理的基础上,研究了钢框架梁柱螺栓连接的接触摩擦理论,给出了接触对单元和刚度方程、接触算法和接触摩擦模型,试验结果验证了理论计算的合理性.通过一个算例说明了接触摩擦理论在螺栓连接中的应用.有限元方法是解决梁柱螺栓连接摩擦接触问题的一种有效方法;基于ANSYS软件,采用本方法可很好解决螺栓节点非线性有限元分析中的摩擦接触问题.