膨胀式尾管悬挂器在长段套损井补贴中的应用

华北、辽河、长庆等油田的某些长段套损井甚至全井套管腐蚀井,修复套损技术难度较大,成本较高。开发了膨胀管悬挂小套管二次完井技术,利用膨胀管悬挂器悬挂长段小套管+管外自膨胀封隔器完井;在常规5(1/2)″套管井眼中新增一层套管结构。研制了胀锥锁紧装置,避免了未完成固井即完成悬挂的问题。通过室内试验对膨胀式尾管悬挂器膨胀性能、密封性能、悬挂性能、膨胀管+遇水膨胀橡胶膨胀后密封性能以及配套工具进行检验,结果满足现场试验要求。该技术目前已在华北、长庆等油田应用多口井,应用效果良好。     

计算膨胀管膨胀力的新方程

膨胀管技术的关键在于膨胀管的选材、螺纹联接以及膨胀机构;膨胀力是设计、验算膨胀工具强度的重要依据。在考虑钢材的性能,井眼中的管柱空间形状、膨胀工艺、膨胀芯头的锥角以及膨胀芯头与套管内壁的润滑状况等因素对膨胀力影响的基础上,结合管柱塑性性能和塑性变形理论,采用主应力法得出了计算膨胀力的解析方程,并进行了实验模拟。实验数据和理论计算结果吻合较好,证明该膨胀力计算公式是可靠的,可以应用到工程中解决实际问题。     

可膨胀管膨胀过程三维有限元数值模拟

为合理设计膨胀工具及制订膨胀工艺,采用三维弹塑性接触问题有限单元法,建立了实体可膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型.通过对所建模型的求解,对可膨胀管膨胀过程中膨胀变形力、套管膨胀后的残余应力及轴向位移、膨胀工具模角的关系进行了深入细致的研究,找出了膨胀管与膨胀工具在不同的接触条件、可膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下,各参数之间相互制约的变化规律.通过实验测得的膨胀变形力与用本模型求得的结果符合得很好,相对误差仅为0.65%,完全可以满足实际工程的要求.     

裸眼井中膨胀管外壁胶筒的井眼适应性分析

为了更加合理地对裸眼井膨胀管外壁定型胶筒井眼尺寸进行选择,建立了膨胀管、胶筒、井眼和膨胀锥三维有限元模型并对其膨胀过程进行非线性有限元分析。通过对直径为194 mm的膨胀管在不同井眼下的膨胀过程进行分析后发现:随着井眼直径的减小,胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力逐渐增大,井眼直径为218 mm时胶筒前端和末端橡胶体积变化显著,造成该处的密封性能下降。因此,采用的定型胶筒应避免在直径小于218 mm的井眼中使用。在胶筒稳定膨胀阶段,226 mm和230 mm的井眼胶筒所需膨胀力相差不大,波动幅值平稳。同一井眼中,最先膨胀的胶筒压缩率、接触压力及所需膨胀力都高于后膨胀的两个胶筒,但是随井眼直径的增大,三个胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力不再受膨胀的先后顺序影响。此外,随着井眼直径的增大,胀后胶筒处的膨胀管残余应力逐渐减小。同时膨胀管内外壁残余应力的波动逐渐减弱,大小趋于相等。可见研究结果为裸眼井中膨胀管外壁胶筒的选型以及膨胀管的井眼适应性提供了理论基础。     

基于铜密封的耐高温膨胀管套管补贴技术

国内部分深井、热采井等高温井套管损坏问题形势严峻,现有的橡胶密封膨胀管无法满足高温密封的要求。针对这一问题研究了基于铜密封的膨胀管套管补贴技术,并提出了焊接和热处理工艺的改进方法。试验数据表明:基于铜密封的耐高温膨胀管的最大工作温度可达350℃;单组金属密封,液体密封压力可达30 MPa;单组金属密封,悬挂力≥100 k N;膨胀工作压力≤40 MPa。该技术可以满足热采井等高温井的套管补贴技术需求,已在辽河油田应用30多口井,累计恢复产油超过30万t,恢复注水超过20万m3。     

膨胀管配合公差带设计方法研究

膨胀管技术主要应用于套损井的修复,具有悬挂力大,补贴强度高,密封能力强,抗内压、外压大,通径大等特点。为了改善膨胀管管体的抗挤压性能、提高套管补贴效果,通过试验分析了膨胀管膨胀力的主要影响因素,得到膨胀锥角度与膨胀率、膨胀压力的关系、润滑介质与膨胀压力的关系。在此基础上提出了膨胀配合公差带的膨胀管设计方法,并通过试验对设计的膨胀管的悬挂力和封压进行了测试,测试结果满足目前的套管补贴要求。     

遇水膨胀封隔器分段酸压技术及应用

中国西北某油田奥陶系碳酸盐岩油藏以裂缝溶洞为主要储集空间,具有超深、高压和高温的特点,水平井笼统酸压存在效果差以及分段改造方式和工具选择困难等问题。阐述了遇水膨胀封隔器分段酸压技术原理、技术关键、施工程序和工具性能参数。根据试验井实际钻、录、测井资料和分段酸压级数优化结果,结合储层裂缝、溶蚀孔洞特点,并考虑完井工具对井径、井眼轨迹的要求,以有利储层段有效改造为原则,确定分段酸压完井方案,优化了封隔器下入和膨胀座封时间,开展了分段酸压优化设计以及现场试验。试验表明：分段酸压完井方案及酸压优化设计方法是正确的,但投球滑套等工具质量以及完井酸压过程中的质量控制需进一步提高和完善。     

膨胀石墨制备石墨烯的可行性研究

本文以鳞片石墨为原料,采用化学法经氧化酸化插层、水洗、干燥、高温膨胀过程制备膨胀石墨,再采用超声剥离法制备出少层数石墨烯片;并对制备膨胀石墨时的相关影响因素及插层机理作了初步探讨。结果表明：对不同工艺条件下制备的膨胀石墨,其层间距变化非常微小,但是其衍射强度却有明显下降;不管是细鳞片石墨还是大鳞片石墨制备成膨胀石墨,再次进行酸化处理后,加入插层剂后经过超声剥离就可以得到少层数的片状石墨烯。膨胀石墨制备石墨烯,不失为一种能高效、可行地方法。     

膨胀管膨胀参数优化和膨胀模拟

为了使膨胀管的膨胀过程顺利进行,研究了膨胀锥锥角、膨胀锥与膨胀管之间的摩擦因数等参数对壁厚减薄量、轴向长度收缩量和膨胀力的影响,并优化了膨胀参数.在参数优化的基础上,利用ANSYS有限元分析软件对X52膨胀管的实际膨胀过程进行了模拟,结果表明:膨胀管膨胀后壁厚变薄,轴向长度收缩;轴向和环向的残余应力较大,其他方向的残余应力较小;膨胀力随着膨胀过程的进行呈现一定的变化规律.通过试验结果和模拟结果的比较,验证了模拟的合理性.     

强膨胀土自然膨胀特性的试验研究

以邯郸强膨胀土为研究对象,采用改进的三联高压固结仪,对膨胀力、自然膨胀力和自然膨胀率等进行研究.结果表明:在相同初始含水率条件下,随干密度的增大膨胀力呈指数增长;在相同干密度条件下,随初始含水率增大,膨胀力先增大后减小,在最优含水率附近出现峰值;随含水率增量的增加自然膨胀力呈对数增长,且在初期受含水率增量的影响更大;无荷和有荷自然膨胀率随含水率增量的变化均可分为快速线性增长与慢速线性增长两个阶段;当初始含水率和干密度相同时,在慢速线性增长阶段,无荷增湿膨胀率斜率与有荷增湿膨胀率斜率之比随竖向应力近似呈对数减小;强膨胀土增湿膨胀的自然膨胀力、自然膨胀率的变化规律与蒙脱石水化和增湿致孔隙充填的自由水量有关.     

膨胀管残余应力及其分布

膨胀管残余应力是影响膨胀管抗挤毁能力的一个重要因素.根据膨胀管的膨胀特点,用大变形理论提出了膨胀管内、外圆柱表面具有不同方向的残余应力观点,通过全应力释放试验并借助于电测的试验方法测量了膨胀管内、外表面的残余应力,利用曲杆理论分析了膨胀管轴截面的应力分布形式.结果表明,膨胀管轴截面残余应力呈双曲线分布,膨胀管外表面的压残余应力小于内表面的拉残余应力.     

膨胀管技术中膨胀芯头锥角设计

膨胀套管技术是20世纪90年代才兴起的一门节约井眼直径的钻井技术,在我国还处于理论探索阶段。用ADINA软件中的弹塑性有限元接触问题建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型,通过对膨胀芯头锥角α的不同取值,在相同工况下对N-80钢级材料的244.5 mm(95/8″)套管膨胀至298.4 mm(113/4″)的膨胀过程进行详细的计算机模拟分析,并且在定性和定量地比较套管膨胀后的等效应力、接触压力、残余应力、膨胀芯头所需的推动力以及套管轴向收缩量的基础上,得出了膨胀芯头的锥角α取值为12.3°时更有利于膨胀套管的膨胀,为膨胀芯头的结构设计提出了依据。     

爆炸技术在修复变形套管中的应用

为解决套管缩径、弯曲、错断变形直接影响油井生产的问题 ,采用爆炸技术修复变形套管 .该技术是利用炸药爆炸产生的高压冲击波胀开变形套管 ,打开通道 ,达到修复的目的 .文中根据现场应用情况 ,对该技术的基本原理 ,装药结构 ,施工工艺等 ,进行了分析研究和经验总结 ,并提出一些建议 .经现场应用证明 ,该技术结构简单 ,使用安全 ,成本低廉 ,具有较好的推广应用前景     

体积压裂套管剪切变形载荷分析及强度设计

页岩气开发过程中井筒穿越天然裂缝/断层,体积压裂时天然裂缝/断层容易被激活,导致套管剪切变形,套管内径缩小,井下工具无法下入。目前对套管剪切变形条件下的受力分析较少,现有研究主要采用套管Mises应力屈服准则判断套管失效,该准则对于套管大剪切变形问题已不适用。为探究天然裂缝/断层滑移导致的套管剪切变形问题,建立套管-水泥环-地层组合体有限元模型,对位移载荷作用下的套管力学行为进行研究。分析了各因素对套管受力及缩径量的影响,并提出套管缩径量与应力相结合的套管外载设计方法。研究结果表明:套管剪应力及Mises应力随地层滑移量增大而增大,在10 mm滑移量作用下,套管Mises应力已超过屈服强度,建议采用剪切载荷进行强度校核;套管缩径量主要集中在距离滑移面1 m范围内,套管局部区域出现膨胀现象;考虑套管变形量的载荷设计可以有效防止体积压裂过程中套管变形导致压裂工具无法下入的问题。     

塑料胀壳式系列锚杆及其应用

松软破碎的巷道顶板在使用树脂锚杆支护时，极易造成粘结失效现象。为了解决这一问题，出现了一种具有强胀锚力的塑料胀壳式锚杆。这种铺杆是一种新型端头锚圃式锚杆，由高性能工程塑料制成的锚头与金属杆体组成。这种锚杆通过独特形式锚头和锚壳的紧密配合，可对锚杆孔壁施加很大的横向挤压力，使锚杆在大变形下应能保持较高的锚固力，特别适合有较大变形的各类软岩巷道支护。另外，采用不同类型锚头，可制成杆体可回收式、外锚内注式注浆锚杆和围岩深部基点位移计等几种不同用途的锚杆产品。     

UML的精简与扩展

近年来,UML受到计算机各界人士的普遍关注,得到了广泛的应用,并在世界范围内形成了其事实上的建模规范的地位.针对目前UML中存在过于复杂和庞大的问题,结合对面向过程的结构化设计方法和面向对象的设计方法的比较,讨论了UML的核心、精简内核、扩展机制,以及用其重新实现UML标准的问题.     

套管柱三轴应力校核软件的设计与实现

为了顺利、安全地进行石油开采,针对套管三轴应力受力特征,开发了一种套管柱三轴应力校核软件.提出了软件开发的思路、技术要求以及结构框架.使用该软件可对套管柱进行三维应力校核,达到合理设计之目的.最后给出符合要求的三轴抗外挤安全系数、三轴抗内压安全系数、三轴抗拉安全系数.现场测试结果表明,该软件能够实现检验石油套管三维应力强度的目的.     

围压下磨料射流喷射套管及灰岩实验研究

在设计可承受围压的磨料射流喷射实验装置基础上,选取低孔低渗的石灰岩及套管试件,改变喷射压力、围压、喷嘴直径、喷射距离等因素,分析磨料射流切割套管及岩心的特性。结果表明,喷射压力、喷嘴直径等是影响磨料射流喷射效果的主要控制因素,喷射压力及喷嘴直径越大,喷射效果越好,射孔深度越深;射穿套管的时间对喷距及围压较为敏感,但岩样中的射孔深度对二者变化时的响应较小。