基于可靠性理论的套管失效风险评价方法

针对套管几何参数、力学性能和外载存在随机性的特点,对传统套管安全系数设计与评价方法不足之处进行了分析。根据结构可靠性理论,建立了套管抗外挤强度和抗内压强度的失效风险评价方法。采用Monte-Carlo随机抽样法,模拟出了套管强度的随机分布规律,得出了不同载荷条件下套管失效概率以及安全系数与套管失效概率之间的对应关系。研究表明,基于可靠性理论建立的套管失效风险评价方法,可对套管的安全可靠度进行定量评价。对于不同的套管类型和外载条件,安全系数相等,而失效概率并不相同。计算出的失效概率评价指标,可为传统安全系数的选取和外载条件不确定性情况下套管设计与评价提供依据。

用可靠性理论解析API套管强度的计算公式

针对美国石油学会(API)制定的套管强度计算公式中引用的若干个修正系数理论意义不明确的问题,讨论了API套管多个属性参量的分布规律和分布参数。采用基于Monte-Carlo方法的Latin Hypercube随机模拟方法,模拟得出了套管强度的分布规律以及套管几何尺寸和管材力学性能的随机性对套管强度随机性的影响规律。运用可靠性理论建立了套管强度的可靠度计算模型,分析并对比了不同可靠度下的套管强度值,计算得出了API套管强度值的可靠度。研究结果表明,套管属性的随机性越大,套管强度的可靠性越低,API套管弹性挤毁抗挤强度公式的修正系数能够合理地提高其强度可靠性,但应用修正系数后的抗内压强度公式是偏于安全的。

温度对套管接头螺纹接触压力的影响

在高温高压气井或注蒸汽的热采井中,变温引起的温度应力(即热应力)将对套管接头的接触压力产生一定的影响,高温差引起的套管接头的接触压力分布变得更加不均,当温差达到一定值时,套管接头内的等效应力将接近材料的屈服强度,使螺纹接触处进入塑性变形状态,从而影响了套管接头的密封性。利用弹塑性有限元的方法,建立标准API偏梯形套管接头的有限元模型,分析温度改变对套管接头接触压力的影响,以及套管接头内等效应力的变化情况,提供一种温度对套管接头螺纹接触压力的分析方法,从而为高温井套管接头的安全使用提供一定的参考数据。

油水井套管损坏类型及机理分析

由于长期注水开发,加之频繁的措施作业及井身结构、完井固井质量、套管材质及腐蚀等诸多因素的影响,近几年,各油田套管损坏速度呈直线上升趋势。在充分现场调研的基础上,系统研究了油田套管损坏的各种类型,分析了造成套管损坏的各种因素和生成机理,提出了油田开发实践中避免或减少套管损坏的具体措施和建议。

水泥环厚度和弹性模量对套管抗挤强度的影响

建立了二维平面轴对称和平面应变有限元模型,利用有限元法分析了套管在水泥环作用下受到的均匀与非均匀外挤载荷的变形特征。分析表明,套管最大应力在套管内壁产生,均匀栽荷下,增大弹性模量,减小水泥环厚度,保持水泥环厚度在10～20mm范围可以有效提高套管抗挤强度。非均匀载荷下,载荷椭圆度越大,套管内壁应力越大。均匀载荷下套管抗挤强度是非均匀载荷抗挤强度的5～8倍。非均匀载荷下,增大水泥环弹性模量和提高水泥环厚度可以减小套管内壁最大应力,提高套管抗挤强度。

基于水泥环和管壁剪切强度的黏砂套管固结强度计算模型

考虑黏砂砂粒对水泥环支撑和套管对水泥环剪切共同作用,建立黏砂套管井固结强度计算新模型,得出当黏砂密度小于临界黏砂密度时,黏砂套管固结强度与黏砂密度呈线性关系;当黏砂密度达到临界黏砂密度时,黏砂套管的固结强度与黏胶剂的性能有关;当临界黏砂密度为70%时,实验结果与新模型的计算结果一致,最大相对误差9.43%,建立的黏砂套管固结强度计算模型准确合理,符合实际.

出砂因素对采油井套管损坏力学分析

以东濮凹陷WZ油田井况调查套管损坏资料为依据,分析说明地层出砂是引起套管损坏的主要原因。在对出砂油井套管损坏形态、层位与射孔状况、岩石性质等因素进行综合分析基础上,对疏松砂岩出砂、上覆岩层坍塌等主要方面导致的套管受力变形进行研究,为探讨疏松砂岩地层套管的损坏机理及防治措施提供依据。

套管机械整形及加固技术在河南油田的应用

河南油田每年新增大修井60多口,其中套管变形井20～30口,套管变形井的增多影响了油田的开发效果.利用机械整形及补贴加固技术对套管变形井进行修复,在整形后期应用了高效短锥面长柱面复合领眼铣锥技术,并对整形后的油水井采用了配套小直径堵水、分层注水工具.该修复工艺投资小,效果好,产生了良好的经济效益.

濮城油田套管损坏机理与防治方法研究

通过对套管损坏机理分析指出 ,造成濮城油田套管损坏的主要因素是地应力场和位移场的变化、固井质量差、射孔引起的套管损伤以及油田开发过程中的施工、注水等原因。建议应根据地应力情况合理设计井身结构 ,保证钻井质量和作业施工质量以减少套管损坏发生的可能性。

苏北油田CO_(2)驱油注气井套管错断原因分析及治理

CO_(2)驱油是苏北油田大规模应用的一种提高采收率的开发技术,目前已经取得较大进展。CO_(2)驱油注气井的油层套管是保证正常生产的重要因素,但在实际生产中,注气井多次发生油层套管错断事故,严重影响生产。通过对失效管材开展检测及分析,初步确定导致套管错断的主要原因为CO_(2)腐蚀、低温损伤和间歇式注气。从注气管柱、注入方式和环空保护液三方面开展治理试验,发生套管错断的概率明显降低。

拉弯复合载荷作用下的API短圆套管螺纹力学行为

套管下入水平井弯曲段时,套管螺纹是否已发生屈服对于随后的钻进和油气井生产有至关重要的影响,而目前国内外对于井眼曲率(弯矩)对套管螺纹连接强度和密封性能影响的研究极少。笔者基于虚功原理、接触非线性理论及von Mises屈服准则,建立了API短圆套管螺纹连接的三维计算模型,研究了拉弯复合载荷下连接螺纹的应力分布规律,指出井眼曲率(弯矩)对套管的连接强度和密封性能影响极大,并通过大量计算绘制了给定井眼曲率时的最大许用套管悬重图,综合考虑连接强度和密封能力推荐了API短圆套管螺纹标准所列锥度、螺距、螺纹长度、牙高参数系列中的最优值。

蠕变地层套管外载计算的位移反分析法

套管外载计算是蠕变地层套管受力分析的难题,由于套管周围应力场比较复杂和地下环境多样,难以直接求解。根据弹性力学理论,建立了套管在地层蠕变引起的椭圆形非均匀外载下的力学模型,并应用逆解法对该力学模型进行求解,得到了在非均匀外载下套管的应力和位移计算式。基于套管内壁变形的实测资料,利用阻尼最小二乘法建立了套管外载反分析模型,提出了确定套管外载的反分析方法,讨论了反分析法的应用。实例分析表明,载荷反求值与真实值吻合较好,拟合精度较高,说明这种方法具有较好的实用价值。

套管损坏的力学分析及动力学机制探讨

为预防和治理油田开发套管损坏,以弹塑性力学变形破坏理论为基础,通过建立套管损坏的概念模型,模拟了油层厚度变化、水平应力场不均匀变化、套管外形成空洞以及单、双油层注水井等条件下的套管损坏现象,从力学机理上揭示了采油井和注水井套管损坏的原因,分析了套管损坏的动力学机制。研究表明,随着油层厚度的增加,采油井套管和套管外围岩被破坏的程度逐渐增加,并从整个层位的套管损坏过渡到套管中上部的局部损坏。水平应力场的不均匀变化也加大了套管损坏的程度。当套管外围岩被掏空时,所形成的空洞范围越大,套管损坏的程度也就越严重。单油层注水井套管的破坏程度较双油层注水井严重,双油层注水井中上部油层套管的破坏程度较下部油层严重。据此,套管损坏的机制分为区域动力学机制和局部动力学机制,前者受构造应力场控制,后者受非构造应力场控制,对油井周围环境的改变更为敏感,并且受控于区域动力学机制。

大庆油田葡北X断块套管损坏预测方法及矿场试验

对区域地应力场进行了数值模拟,根据套管载荷理论,提出了基于交叉偶极声波测井、方位井径测井等多种测试资料及地质动、静态信息的套管损坏危险性分析方法,制订了经济、适用的预测流程,建立了非均匀载荷下套管挤毁标准,形成了量化的、操作性强的矿场套管损坏预测技术。在大庆油田葡北X断块两个套管损坏危险区域进行了现场试验,在纵向上给出124口井部分深度段套管损坏高危险等级警报,根据预测结果及时调整了开发方案,使得该区块的套管损坏发展状况得到有效控制。

疏松砂岩地层套管应力变化三维仿真分析

油田开采到中后期,疏松砂岩地层油井套管损坏愈来愈突出,出砂已成为影响油井产能和损害设备的严重问题。为此针对油田的实际情况,分析疏松砂岩地层的出砂机理,建立了套管、水泥环和地层的三维有限元模型。模型中采用了基于Mohr-Coulomb屈服面的弹塑性本构关系,利用有限元法研究在地层参数一定的条件下,当出砂量变化时,出砂部位、出砂周围区域及射孔孔眼处套管应力变化情况。研究结果表明:随井深和出砂量的加大,套管管体和射孔孔眼处的轴向应力和有效应力都明显增大。这为研究疏松砂岩地层套管的损害机制及防治措施提供了理论依据。

膨胀管技术金属流动行为计算机模拟研究

膨胀套管技术是节约井眼直径的钻井新技术 ,现已投入实践 ,而在我国尚处于理论探索阶段。应用ADINA软件 ,建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型 .研究了在不同摩擦系数和不同膨胀幅度情况下 ,壁厚为 8.94mm的 95/ 8″套管的膨胀过程 ,并且进行了详细的计算机模拟。通过分析、比较沿膨胀管径向不同位置处的单元节点组的位移量 ,得出了在不同的摩擦系数和不同的内径膨胀幅度时金属的流动规律 。

大庆油田嫩二底标准层化石层引起套管损坏机理分析

大庆油田套损严重,其中非油层部位套损井多数发生在油层顶部的嫩二底标准层.通过对套损层位岩心观测、多臂井径测井曲线与电测曲线比对、岩心X衍射全岩分析、岩石力学试验分析等,建立套损机理模型.力学分析表明化石层进水后,在流体压力以及地应力的作用下,剪应力超过化石层薄弱面抗剪强度后,地层失稳而发生成片套损.这一认识从根本上突破了以往嫩二底标准层油页岩遇水膨胀造成套损的观点.

胡状油田套管损坏防治研究

油田开发的后期,井况恶化严重制约着油田开发水平.通过对胡状集主力区块胡五块套损井进行分析研究,提出的防治对策,为非均质复杂断块油田延长和治理井况恶化提出解决方法。该技术思路和方法对于同类复杂断块油田治理井况恶化、延长油水井使用寿命有很好的指导意义。

迭代法计算油气井密闭环空压力

在充分考虑压力和体积耦合变化的基础上,建立了计算密闭环空压力的数学模型,并简要阐述了用迭代法计算环空压力的思路。以文献1中的实例为例,计算了环空温度变化所引起的环空压力增加值。计算表明,同文献1的结果比较,用迭代法计算的环空压力平均小大约10%。文章方法对高温高压井井身结构设计、套管强度设计有一定的指导作用。

杨楼油田热采井套管错断原因分析及对策研究

杨楼油田是位于泌阳凹陷北部斜坡带的一个稠油油田,2004年投入注蒸汽开发,截至2006年6月累计发现套损井32井次,占总井数的47.1%,严重阻碍了杨楼油田的开发步伐。系统分析了套管材质、注汽工艺、固井质量等相关因素对套管受力状况的影响,提出了导致杨楼热采井套管错断的主要原因,并制定了相应的预防对策。采取新的措施后投入现场应用8口井,实施注汽三个周期,没有发生套管损坏,取得了良好效果。