庆深气田水平钻井水基泥浆中套管磨损机理实验研究

水平井钻井过程中,钻杆与技术套管的接触力较大,套管磨损比较严重,套管强度降低较多,给后续试油及完井投产作业留下隐患。为了深入了解水平井水基泥浆中钻杆-套管的磨损机理,为准确评价庆深气田套管磨损程度及剩余强度提供依据,在西安石油大学创新研制的环块式钻杆-套管磨损实验机上,模拟实际钻进参数,进行了该气田常用的水基泥浆中钻杆-套管磨损实验,考察了接触压力、转盘转速、磨损时间等因素对套管磨损效率的影响。利用试件磨损表面扫描电镜(SEM)图片进行了形貌分析,确定了水基泥浆中套管的磨损机理。实验结果表明:水基泥浆中,套管的磨损类型兼有粘着磨损、疲劳磨损和犁沟磨损等。黏着磨损是最主要的类型,采用基于黏着磨损机理的White磨损效率模型预测井下套管的磨损是可信的。水基泥浆中P110套管的磨损效率在(2~8)×10-131/Pa之间,稍大于钻井手册中的套管磨损效率(2×10-131/Pa);磨损效率随接触压力和转速的增加而增加,前期增长速率小,后期增长速率大;磨损效率随磨损时间的增加先增加,后逐渐减少,最后趋于稳定。     

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。     

锅炉给水泵筒体部件的强度校核与模态分析

利用ANSYS软件对锅炉给水泵的筒体部件进行强度校核。发现了原型设计中的一些不足之处,继而在分析结果的基础上对结构进行相关改造及优化设计。并根据动力学原理对筒体部件进行模态分析,得到了对应频率及振型。从而为避免共振和后期的进一步研究提供了依据。     

用序列模糊综合评判来预测套管损坏

对井下套管的情况进行判断,进而对井下套管是否会失效或损坏进行预测是非常困难的。这种困难来自于许多方面,诸如井眼周围地下情况的不明确,套管受力难以确定,复杂的失效机理,许多因素具有模糊性,套管损坏原因与结果之间的模糊关系等等。在对这些困难进行分析的基础上,本文建立起了能够处理这种模糊关系的数学模型,提出了序列模糊综合评判方法,该方法可以根据给定井及区块的数据对井下套管状态进行预测,为套管寿命预测研究开辟了一种新的途径。     

油井套管水力挤压破坏性质

分析了套管挤压理论的发展概况,认为已有计算理论不太完善。国内外生产中实用的抗挤计算方法不符合实际情况。从工程力学角度分析了强度与稳定两种不同的性质,给出了不同的解题原则,并将其应用于分析套管受挤破坏性质。结果表明,理想圆管的受挤破坏可能是弹性结构失稳,也可能是弹塑性结构失稳;而椭圆管的受挤玻坏则常常是弹塑性结构失稳。     

高温高压试油卡瓦封隔器与套管应力分析

高温高压深井试油过程中,必须确保封隔器定位与密封以防高压油气窜入油套环空,造成事故,而封隔器卡瓦咬入套管足够深度是防止封隔器移动的前提。然而,若卡瓦咬入套管过深,封隔器与套管之间的相互作用力过大,又将严重损伤套管。为深入了解试油封隔器与套管相互作用状况,为封隔器段套管坐封悬重的选择及卡瓦结构参数优化提供依据,根据卡瓦结构特点,将套管作为厚壁圆筒,求得套管内壁最大环向应力。     

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,导致中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,揭示油层套管非封固段与封固段的失效机理,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。     

水泥环性质对套管外载影响的模拟试验

在非均匀地应力作用下，含水泥岩蠕变使套管产生一个外挤力。在自制的真三轴模拟试验装置上进行了大尺寸真三轴模拟试验。试验结果表明，套管外挤力的分布是非均匀的，且随着时间的延长而增大；套管外载的分布为类椭圆形，经过较长时间趋于稳定值，其大小与地应力成正比。水泥环的弹性参数和泥岩含水量等对套管外载有一定影响。随水泥环弹性模量的增加，套管所受外载减小，且其非均匀性减小。水泥环厚度变化对套管外载无太大影响。     

非均匀载荷作用下套管弹塑性变形分析

油气套管变形是油气开采生产过程中常见的一种损坏方式。在油气开采过程中,套管一般承受着较大的外界压力,当外界压力超过油气管本身的抗外挤强度时,套管就会被挤毁破坏,严重时造成油气井报废。研究认为套管在非均匀压力的抗外挤强度时大大低于均匀压力下的外挤强度。假定套管为弹塑性材料,对套管施加连续性的加载。在实验中测得套管在非均匀压力环境下不同压力下的应变数据,根据数学公式得出套管所测点所受的实际等效压力。用测点的等效压力和时间拟合曲线,得出C110套管在非均匀外力作用下的实际弹塑性材料性能。     

小井眼套管整圆工具有限元力学计算

玛湖地区是重要的非常规油气聚集区块。在开发过程中发现,压力窜逸引起套管变形损坏,常规套管修复工具无法满足修复要求。因此,设计小井眼套管整圆工具。为评价小井眼套管整圆工具的修复效果,建立套管整圆评价函数,并采用有限元方法建立?127 mm套管变形模型,模拟玛湖地区因压力窜逸引起的套管变形过程,在此基础上建立膨胀锥-变形套管力学模型,模拟小井眼套管整圆工具对变形套管的无损修复过程。在模拟中,变形套管管内面积从8 354.54 mm²修复至8 500.71 mm²,管内面积平均增加约146.17 mm²,套管平均整圆效率约为53.83%。结果表明,小井眼套管整圆工具具有显著的修复效果。本技术可为井筒完整性长生命周期提供技术借鉴。