盐膏层油水井套管损坏机理研究

中原油田大部分油水井套管的损坏发生在盐膏层段,造成套管损坏的根本原因是盐膏层的蠕变.通过盐岩的三轴蠕变实验,建立盐岩变形的本构关系;通过数值模拟计算岩盐蠕变的速度、位移及作用在套管上的非均匀外挤力.     

管内压力变化速率对套管强度的影响规律研究

对某油田3口典型井遇阻井段的综合情况进行分析,发现这3口井出现的套管强度问题都有一个共同的特点,即在钻完盐膏层并固井以后,如下部地层为稳定地层就需要降低钻井液密度,当密度下降到一个值后,套管出现弹性变形,造成钻头难以通过,因此,套管内钻井液密度的下降过程也将对套管变形产生影响。通过建立管内压力变化速率对套管应力影响的有限元分析模型,并对其进行分析研究,结果表明:当压力变化速率越快时,套管代表单元上的应力增大速率也越快,且最大值也越大;降低管内压力变化速率可以有效降低套管中的应力值,也即延长密度置换时间有利于套管抗挤,防止套管变形。     

非均匀地应力下套管偏心对抗挤强度的影响

在常规地层条件下,套管的强度具有足够的富余量,因而一般对套管的偏心影响考虑较少.但在深井及盐膏层地层中,套管偏心的影响不可忽略.针对塔里木油田英买力区块钻进过程中出现的技术套管受挤变形问题,建立有限元模型,分析套管偏心对套管抗挤强度的影响规律,绘制套管偏心与套管最大应力的对应关系图,回归套管偏心与套管最大应力关系的计算公式.研究结果表明,非均匀地应力下,在最大地应力方向,套管偏心距越大,套管抵抗非均匀载荷能力越强;在最小地应力方向,套管偏心距越大,套管越容易挤毁.最后,利用研究结果确定了该区块的最低钻井液密度,从而有效地解决了套管变形问题.     

盐岩地层套管蠕变荷载试验及其数值分析

中原油田在钻遇盐岩层的油水井中,某些区块套管的损坏率高达65%,盐岩层蠕变是套管损坏的一个重要原因.通过对6块盐岩岩心进行地下条件的蠕变模拟试验,得出了盐岩层的蠕变规律和特征参数,建立了套管承受外载的有限元计算模型,并编制了计算程序.利用所编制的软件对中原油田某口井的套管蠕变载荷进行了数值模拟计算.结果表明,作用在套管上的径向载荷与相位角和蠕变时间有关,并且蠕变条件下套管的最大载荷超过原地应力10%左右.     

深部盐膏岩地层套管磨损后等效应力分析

针对盐膏层蠕变和套管磨损联合作用下套管变形破坏的关键技术难题,结合室内盐岩蠕变试验,确定盐膏岩的蠕变参数,考虑盐膏层蠕变的影响,研究深部盐膏层非均匀地应力条件下蠕变、磨损程度、磨损位置对套管等效应力的影响.结果表明:蠕变在一定程度上降低了磨损套管抵抗外部载荷的能力,套管等效应力的非均匀性增强;随着蠕变时间的增加,套管等效应力逐渐增加,在1 a左右达到平衡;套管磨损越深,套管的等效应力越大且非均匀性越强;磨损位置明显改变了套管等效应力的分布规律,沿最小地应力方位磨损时,套管等效应力最大,最容易屈服;磨损位置不同时,只有当磨损程度较小时套管最大等效应力才出现在水平最小地应力方位;沿0°方向磨损时,只有当磨损程度较小时才会有“套管最大等效应力随磨损程度变化不大”的结论.     

玉北地区套管变形分析及措施

为了解决玉北地区二开钻穿古近系后,下入250.8mm套管后发生套管挤毁的难题,本文通过分析古近系地应力分布及盐膏层蠕变等因素,利用第四强度理论计算分析套管受到非均质载荷下的强度降低情况,提出通过扩孔和加强套管壁厚提高了施工质量。     

对称载荷作用下的套管抗挤能力分析

根据油田套管损坏情况,建立了轴对称载荷作用下的套管内力计算模型,利用能量法和曲杆理论,分析研究了3种对称载荷作用下的中厚壁套管抗挤能力,给出了理想套管抗挤强度和套管屈曲临界挤毁压力的计算公式。理论分析结果与有限元计算结果的对比证明了临界挤毁压力的计算公式可靠,载荷的集中程度与抗挤毁能力成正比。     

考虑鼓胀与温差效应的水平井压裂套管失效机理

水平井体积压裂过程中油层套管柱受到重力、温差、鼓胀及弯曲等力学效应的影响,导致我国近些年水平井体积压裂过程中套管损坏案例不断增多。其损坏形式主要为高压重复挤注压裂液时自由段套管的鼓胀断裂和水泥封固段套管的挤压缩径,严重影响压裂施工和油气开采。为此,针对水平井水力压裂造成的鼓胀效应与温度效应对弯曲套管的力学影响,构建了水平段弯曲井眼压裂套管鼓胀-温度效应力学耦合模型,分析多种效应对油层套管强度的影响规律。同时,结合玛湖凹陷致密油FNHW**04水平井实例,分析体积压裂时油层套管受力及强度变化规律,揭示油层套管的失效机理,为玛湖凹陷致密油水平井套管强度设计和合理选型提供科学依据。     

双层组合套管优化设计方法

钻井遇到盐岩层及其它蠕变率高的地层时,套管受到内压和高外压的作用,常常引起变形甚至挤毁。对于此类地层,套管设计可行的办法和双层组合套管。经过多次电算,证明本文的设计是实用的,并有明显的经济效益。     

注水油田套管损坏区套管损坏预测法

在以前工作的基础上，对套管损坏区浸水域的形状和大小提出一种估算方法。同时根据地应力情况，对穿过浸水域的套管所承受的岩层位移性载荷进行了分析，以该区套管损坏历史和岩层位移性载荷发展的对应关系为依据，结合开发计划，预测未来一段时期内该区可能发生套管损坏的井数。实际使用效果表明，以这种理论和油田大量开发动态资料为基础所建立起来的预测方法，具有良好的准确性，对防止套管损坏工作有重要作用。     

射孔套管应力集中系数有限元分析

建立了射孔套管的有限元力学模型,对不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数进行了有限元分析。旨在讨论非线性材料弹塑性范围内多孔情况下,对孔眼的应力集中系数及对管体抗挤强度的影响,为射孔套管应力集中及强度影响提供了详尽的数据,并给出了优化射孔方案。     

油气井套管侧向屈曲分析与井下加强工具探讨

针对油气井套管挤毁的研究多局限于强度分析,忽视了套管侧向稳定性问题。除小直径或特厚壁的套管外,常用套管的失效形式应属于失稳损坏。基于外压作用下套管侧向屈曲机制,分别采用API标准和圆筒屈曲分析的方法,计算套管侧向屈曲的临界压力。另外,对减小套管计算长度的井下加强工具进行探讨和设计。结果表明:套管纵向长度对侧向屈曲的临界压力具有重要影响;若把套管的计算长度减小到某一范围,可有效地提高套管的抗失稳能力。结果为提高套管抗失稳能力提供了一种新途径,可作为完井后高挤毁风险套管的加强补救措施。     

套管抗挤强度统计分析研究

针对美国石油协会的套管抗挤强度计算公式与实测套管挤毁压力差距较大的问题,利用统计学方法,详细分析了套管实物挤毁试验检测数据,得到了各因素影响套管抗挤强度的定量指标.研究表明,套管抗挤强度主要由径厚比决定;套管计算屈服外压和失稳外压等其他参数及其交互作用对套管的抗挤强度也有显著影响;套管外径和壁厚数据的变异系数比外径不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响更显著.最后给出了套管抗挤强度统计计算公式,为生产厂和用户提供了预测套管抗挤强度的简单实用的计算方法.     

宝钢抗挤毁套管产品的技术特征

基于套管挤毁的传统理论,从合金设计、织构设计、强韧化机制和管柱设计等方面介绍了宝钢超高抗挤、抗挤抗硫和抗挤耐热等抗挤系列套管的技术特点.以晶粒细化、析出相强化和织构优化等角度研究了套管的抗挤毁机制,提出了抗挤抗硫套管在硫化氢腐蚀介质中的三个阶段的腐蚀行为以及抗挤耐热套管的抗挤强度的预测模型.     

深井含硫工况C110套管环境开裂及表面防护技术

深井地质复杂、井眼轨迹变化大且面临高温高压含硫等苛刻工况,套管面临磨损、腐蚀损伤、断裂失效等各类风险,针对套管C110服役于含硫腐蚀环境且承受高水平拉应力时频繁发生环境敏感断裂的问题,采用慢应变速率拉伸实验（SSRT）法,研究了表面电镀Ni-W合金的套管C110在某气田模拟地层水中的环境开裂行为,分析研究表面电镀Ni-W合金对套管C110抵抗环境敏感开裂的防护效果。结果表明,套管C110在该模拟地层水中环境开裂敏感性较高,即使腐蚀速率较低仍存在环境开裂风险,且在慢应变速率拉应力作用下呈现典型脆性断裂特征;表面电镀Ni-W合金后套管C110的抗拉强度和屈服强度分别提高2.3%和6.3%;当表面电镀Ni-W合金并经过热处理后,套管C110在模拟地层水中的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率和应变能均明显提高、环境开裂敏感性降低,断裂方式转变为韧-脆混合型断裂,说明在套管C110表面电镀Ni-W合金并进行热处理的方式,能够有效抑制套管C110发生腐蚀、开裂及破坏的风险,显著提升其抵抗环境开裂的能力及其在深井复杂含硫工况中的适用性。     

套管抗挤强度分析及计算

为提高套管挤毁压力预测精度,应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析,研究了外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响。分析结果表明,径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要因素,不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同位置组合进行了模拟分析。结果表明,数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时,套管的挤毁压力相差很大。最后提出了一个套管抗挤强度计算公式,计算简单,精度可满足工程要求。     

深井套管抗挤强度分析及计算

根据弯曲梁理论,建立了套管柱受非均布外挤压力作用的力学模型;并应用解超静定问题的正则方程和力法准则对该力学模型进行求解,得到了在非均布外挤压力作用下套管圆周上的弯矩、剪力、轴力、应力和位移的分布规律。计算表明,在非均布外挤压力作用下,套管抗挤毁强度大大降低。该力学模型不仅可以解释深井套管挤毁机理,而且可以改进深井套管抗挤强度设计。     

水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响分析

利用弹性力学解析及有限元方法,分别研究了均匀地应力和非均匀地应力条件下水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响规律。研究结果表明,增加水泥环弹性模量对套管外挤载荷有一定的减缓作用,但效果远没有降低水泥环弹性模量明显。理想水泥环的性能应该是高强度、低刚度。在固井作业时,对软地层推荐采用弹性模量大的水泥,对硬地层推荐采用弹性模量小的水泥。