水平井完井管柱振动特性实验研究

为探索气体作用下完井管柱振动响应机理,开展了水平井完井管柱在开井工况下振动相似实验。实验采用PE管模拟完井管柱油管,采用透明的亚克力管模拟完井套管,并采用Froude相似准则进行尺寸缩放;基于应变片测试技术采集气体作用下完井管柱油管在水平和垂直方向的振动,并采用模态分析法分析了管柱应变、位移响应及振动模态。通过有限元分析管柱固有频率并与实验振动频率对比发现,管柱振动频率接近三阶固有频率,且会发生共振;实验管柱系统在弯曲段响应应力、位移量较大,振动较为剧烈;管柱在水平方向与垂直方向振动频率与模态一致,水平方向振动剧烈。     

力法在多封隔器管柱轴向力分析中的应用

坐封后,多封隔器管柱为超静定结构,常规单封隔器管柱轴向力的求解方法不适用于该结构。鉴于此,以直井多封隔器管柱为研究对象,基于力法和杆件变形理论,建立了多封隔器管柱超静定结构轴向力的计算模型,推导出轴向力的表达式。以四封隔器管柱为例,考虑压裂工况,分析了温度效应和鼓胀效应下四封隔器间3段管柱的轴向力,对比了文中方法与传统计算方法的结果。研究表明:两种算法计算的差值与温度和压力及其变化量无关,而与封隔器间管柱段的长度有关;两者差值随井深的增加而增加;某段管柱长度的变化对上部管柱段的差值没有影响,而使下部管柱段的差值变化。与传统计算公式逐段计算管柱受力不同,该方法可同时计算封隔器间每段管柱的轴向力,结果更加精确。     

水平井多封隔器管柱力学分析及安全评价

针对水平井多封隔器管柱在井下多种载荷的共同作用下易引起管柱失效的安全问题,基于力学研究中的多杆件的多次超静定结构,引入力法对多封隔器之间管柱进行受力分析,同时考虑温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋屈曲效应的影响,建立考虑多封隔器影响的轴向力数学模型;在此基础上建立多封隔器管柱力学安全强度评价准则和封隔器控制信封失效判断方法,对现场水平井多封隔器管柱进行力学分析和安全评价。研究结果表明,建立的考虑多封隔器影响的轴向力数学模型计算结果大于常规不考虑多封隔器影响时轴向力,若不考虑多封隔器的影响将低估多封隔器管柱的轴向力,而造成管柱受力危险;同时对管柱危险位置和封隔器进行安全评价,得到了酸化作业时油压和套压的综合控制参数,以期为水平井多封隔器管柱安全工作参数的优化设计提供理论依据。     

无渗透桥堵技术在长岭深层气井完井中的应用

在分析长岭地区深层储层裂缝发育规律的基础上,提出无渗透桥堵技术.通过桥堵剂粒级配比优选和封堵裂缝试验得出:堵漏剂的最优浓度为30 g/L,颗粒状、片状、纤维状材料的最优粒级配比为6:3:2,4 L井浆+1%DCM+2%桥塞剂+1%木粉(0.9 mm以下)+1%胶粒(0.9 mni以下)为最优桥堵配方;井浆中加入非渗透处理剂后,可以形成超低渗透钻井液滤饼,可有效阻挡清水和气体的滤失.现场应用结果表明,该技术在提高地层承压能力、预防固井钻井液漏失和降低固井过程发生气、水窜方面显示了良好的效果,平均固井合格率达到98.1%,固井优质率达到87.35%,具有较高的推广价值.     

深井压裂井下管柱载荷与轴向变形研究

根据深井高温高压条件下的压裂施工过程,综合考虑井身轨迹、管柱和井下工具结构,建立压裂管柱综合力学模型;研究深井压裂管柱在自重、内压、外压、各种效应力、粘滞摩阻力、套管支承反力、弯矩和锚定、坐封压力等多种载荷联合作用下的变形,并进行强度分析和校核。给出了一套实用的压裂管柱力学计算步骤、方法与公式,为准确地掌握压裂过程中管柱的受力及变化规律提供理论依据,从而优化管柱组合与施工参数,提高作业效果和成功率。     

压缩式封隔器接触力学行为及坐封效果评价

针对Y341-114型压缩式封隔器,采用Yeoh橡胶本构模型,在封隔器坐封和坐封后两种工况下,运用有限元分析方法对封隔器的非线性接触力学行为进行了模拟研究,分析了该封隔器坐封过程中施加的载荷与轴向压缩量的关系以及坐封后的强度、接触应力和摩擦力校核。结果表明:在封隔器坐封过程中,中胶筒首先与套管发生接触,其次是上胶筒,最后是下胶筒;封隔器坐封后胶筒的应力集中于胶筒的肩部,其中下肩部应力集中现象尤为明显;胶筒与套管之间的摩擦力、接触应力均能满足分层注水工艺设计要求,能够有效封隔15 MPa的层间压差。     

Y441型封隔器的研制及在气井完井射孔联作中的应用探讨

针对气井先射孔后压井完井的工艺存在易伤害气层的问题。在大庆敖南油田的一口水井改气井中,利用了Y441型封隔器完井管柱串和射孔管柱串同时入井,射孔后不动管柱直接完井的联作工艺。该井应用的Y441型封隔器通过计算机辅助工程方法进行了强度校核,现场证明满足了施工要求。该联作工艺的实施有效解决了上述问题,具有显著的经济和社会效益。     

鄂尔多斯气井钻井岩石力学特征描述难点及对策

鄂尔多斯探区的气井钻遇多套复杂地层,利用常规方法计算的地层坍塌压力、漏失压力、可钻性等钻井岩石力学特征参数误差较大,导致前期钻井施工中井壁垮塌与漏失严重、钻头选型效果不佳。针对鄂尔多斯气井钻井岩石力学特征描述的难点,根据工区实际情况完善了水敏性泥页岩地层坍塌压力计算方法、破碎性地层漏失压力求取方法、岩性多变地层可钻性分析方法,利用测井、钻井、地质、测试等资料描述了坍塌压力、漏失压力、可钻性的分布特征;并依据其提出了工程建议。在富县、定北工区的现场应用情况表明该方法具有较好的适用性,为优质快速钻井技术提供了准确全面的基础信息。     

气井环空带压对水泥环力学完整性的影响

受井下作业、油套管或封隔器泄漏等因素产生的井口环空带压,使高温高压气井水泥环密封完整性面临巨大 挑战。为此,基于弹性力学多层厚壁圆筒理论和摩尔库仑失效准则,建立了水泥环应力和失效计算模型,研究了环空 带压对水泥环胶结面应力和失效的影响。结果表明,环空带压将增大水泥环胶结面的切向拉应力,过大的切向拉应力 将导致水泥环失效。与此同时,井筒温度增加产生的切向拉应力也会增大水泥环失效风险。环空带压越大,水泥环安 全系数越低,且温度效应对安全系数的影响较小。对高温高压气井,可根据井身结构（地层水泥环套管）参数建立 水泥环安全系数图版,从而为确定合理的最大允许环空带压值提供依据,研究结果对提高气井井筒安全性、延长开采 寿命具有重要意义。     

低渗气井水锁伤害半径研究

水锁伤害是一个长期而持续的过程,评价水锁伤害对低渗气井产能影响时主要通过岩心水锁伤害实验实现。由于实验时间短、岩心长度小等限制,因此无法准确描述作业周期长的低渗气井水锁伤害半径。通过对水锁伤害机理分析,确定影响水锁伤害半径主要因素。结合渗流力学理论将水锁伤害过程近似为毛管束模型的活塞式运动,推导出水锁伤害半径的计算方法;并结合实际井的钻完井和测试资料,进一步验证了计算方法的准确性。运用该方法可以准确计算作业周期长的低渗气井水锁伤害的半径,准确评价其对产能的影响。     

塔河超深水平井分段压裂管柱力学分析方法

塔河油田顺托顺南区块奥陶系油藏储层属于超高温超高压超深的缝洞型油藏,由于直井难以实现高效开发,需要采用水平井分段改造技术,实现一井多缝洞体同时开发以提高效益。针对超深水平井压裂管柱温度高、施工压力大,受力复杂等特点,建立了超深水平井分段压裂管柱力学分析模型,并根据不同压裂阶段受力特征,提出了不同压裂工况下管柱力学分析方法。依据所建立模型,以塔河油田顺南某井为例,对分段完井管柱设计进行了不同压裂工况下受力分析,针对发现问题进行了管柱优化,提高了管柱安全性能。分析结果也表明,该模型为超深水平井分段压裂管柱安全校核和优化设计提供了理论依据和方法。     

深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全评价方法

深水高温高压气井普遍存在环空带压现象,而深水井通常采用水下井口,使得B、C环空无法进行泄压操作,从而导致井下油管柱承受高环空圈闭压力载荷,同时附加高温、腐蚀多因素耦合影响,使得油管柱存在失效风险。针对深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全问题,基于深水井特性,综合考虑热膨胀和鼓胀效应引起的环空温度、环空体积、流体体积以及环空压力变化的动态耦合作用,建立深水高温高压气井圈闭压力预测模型,同时,考虑高环空圈闭压力载荷,附加高温及腐蚀多因素耦合影响,建立深水高温高压气井油管柱安全评价方法,开展了环空圈闭压力多因素影响下油管柱安全评价,并对模型进行了验证。结果表明：考虑环空圈闭压力影响后,环空圈闭压力随服役时间逐渐降低幅度远小于地层压力降低幅度,管柱抗外挤安全系数随服役时间降低幅度增大。同时,管柱内外流体压差随井深增加而逐渐增大,在井底管柱更易发生失效风险;在井筒高温及腐蚀耦合影响下,管柱抗内压、抗外挤及抗拉安全系数均呈现出不同程度的降低,特别井底段管柱受苛刻高温及腐蚀环境,附加高环空圈闭压力,使其更易发生失效风险,在设计及实际生产过程中,应重点管柱井底管柱安全风险。     

高压低渗气井产能二项式改进与求解

南海西部乐东X区气藏压力高达100 MPa,渗透率低至0.1 mD,该类高压低渗气井产能测试回归得到二项式产能方程斜率常为负,无法获取真实产能。对气井测试过程进行分析,认为传统二项式法未考虑地层压力变化是造成回归斜率负异常主要原因,建立有效供给范围内的物质平衡模型求解得到测试过程中平均地层压力,认为地层压力随产量和时间变化,且地层渗透率越低压力变化幅度越大。考虑测试过程中有效供给范围内地层压降,回归得到全新二项式产能方程及无阻流量表达式,认为气井实际无阻流量与原始地层压力、测试情况、地层物性均相关。对南海西部LDX-5-A等6口高压低渗井二项式产能方程进行矫正,成功解决该类井产能异常问题,为气田下步合理开发提供了依据,也为该类高压低渗气井产能异常矫正提供了解决思路。     

天然气水合物井完井用形状记忆材料研制

为了能够更加有效地解决天然气水合物井在完井过程中的出砂问题,保证天然气水合物井的稳产与高产,开展天然气水合物井完井用形状记忆材料的研制。选用PCL/PM 200-体系,采用物理发泡与化学发泡并用的方法,一步法合成了开孔型形状记忆聚氨酯泡沫;在此基础上,对其力学性能、玻璃化转变温度、形状记忆性能、泡孔结构、耐温性能等性能进行了表征与测试。实验测试结果表明,该材料体系合成工艺简单,形状恢复率高,力学性能好,开孔性均匀,耐温性能好,具有玻璃化转变温度,符合温敏型形状记忆材料的变化规律,能够满足天然气水合物完井用形状记忆材料的性能要求。将该体系用于生产天然气水合物井完井用的形状记忆材料,制造形状记忆筛管,为日后天然气水合物的试采和商业开发提供了一种新型的且行之有效的完井手段。     

高压高产气井油管柱强度安全分析

随着越来越多的深层油气资源进行勘探开发,油气井管柱所处的工作环境也急剧恶化,尤其是高温、高压、高产井“三高”油气井。为研究高压高产气井油管柱强度安全,建立高压高产气井油管柱动力学模型,通过高压高产气井油管柱安全系数法和高压高产气井油管柱三轴应力法对高压高产气井油管柱强度进行校核,对高压高产气井油管柱基本应力和管柱尺寸对管柱应力的影响进行分析。结果表明：随着产量的增加,管柱的横向位移不断增大;在0～20 s内管柱(H300 m、H600 m,其中H为深度)的横向振动应力幅值比管柱(H1 660 m和H2 540 m)大,管柱横向应力振动幅值较大,随后振动应力趋于稳定;在0～10 s,管柱纵向应力振动幅值较大,且越靠近管柱下部管柱的纵向振动应力越大;管柱在井口位置处轴向力最大;大尺寸管柱有利于降低高速流体诱发管柱的振动问题。研究成果可为高压高产气井管柱设计提供理论指导。     

高温高压复杂井身结构气井井筒温度计算方法

 西气东输的气源井以高温高压气井为主,气井生产依赖于井底温度和压力,生产过程中温度起着重要的作用。为了确保高温高压气井的正常生产,必须对井筒温度压力进行深入研究。井筒压力的研究已有较为成熟的结果,但对井底温度的研究还很不成熟,尤其是井身结构对井筒温度的影响国内外尚未见报道。本文基于Ramey经典井筒温度计算模型建立了两种考虑复杂井身结构井的井筒温度分布计算模型,即在复杂井筒条件下从井底到井口的温度计算模型和从井口到井底的温度计算模型。通过与实测资料对比,给出了计算模型的误差对比,分析了井身结构对井筒温度分布计算的影响。研究结果表明,从井底到井口的温度分布模型计算结果优于从井口到井底的温度分布模型。     

深层气井压裂管柱应力的有限元分析

针对深层气井压裂管柱在高压大砂量条件下的失效问题,应用有限元方法对压裂管柱进行力学分析,得到了应力分布情况,为井下压裂工具的合理设计提供一定的理论依据.     

裸眼系列完井方式下水平井产能预测研究

针对实际裸眼完井、割缝衬管完井、绕丝筛管完井、裸眼井下砾石充填完井、裸眼预充填砾石筛管完井、裸眼封隔器贯眼尾管及带ECP的裸眼封隔器贯眼尾管完井等七种裸眼系列的水平井完井方式,考虑地层损害和完井方式及完井参数的影响,进行了产能预测数学模型的研究。实例计算表明,其数学模型及计算方法均是正确的,对指导水平井完井方式的选择与完井参数优化设计具有重要的意义。     

深层水平井机械坐封过程力学精细描述

目前现场机械坐封井口悬重释放值的选取主要依赖经验。针对深层水平井,经验参数保守易造成封隔器受损,严重影响坐封效果和测试作业安全的问题。基于机械坐封原理,充分考虑井眼轨迹、管柱屈曲摩阻及管柱变截面的影响,结合三维软杆模型,建立了深层水平井机械坐封过程的管柱力学分析模型;将该模型应用于现场某深层水平井机械坐封悬重释放值的设计,计算结果与现场实测误差为7%,验证了模型的可靠性。参数敏感性分析表明：测试管柱轴向受载主要受管柱的井眼轨迹摩阻与屈曲摩阻影响;增大油套管环空间隙与有效轴向压缩力会使屈曲加剧;严重的屈曲将使管柱锁死,导致释放的悬重不能有效传递;封隔器位置决定了坐封阶段井眼轨迹导致的摩阻力大小,位置越靠近井底,管柱摩阻与屈曲摩阻将进一步增加,最终降低坐封效率。