深斜井注水管柱下放力学模型研究

为了研究深斜井注水管柱的受力情况,在前人研究的基础上建立了适合于深斜井注水管柱下放的力学模型,综合考虑管柱自重、摩阻力及液压力的作用,计算了直径段、弯曲段和稳斜段管柱的摩阻力和轴向力,同时计算了各井段井口的大钩载荷;提出了管柱顺利下放的判定依据,分析了管柱下放的影响因素,并结合实例验证了计算方法的正确性。分析结果表明,弯曲段下放的管柱摩阻力随着井斜角和摩擦因数的增大而增大,管柱下放到稳斜段时摩阻力随着摩擦因数、井斜角、管柱规格的增大而增大;弯曲段管柱的钩载与下放深度呈非线性关系,随着管柱在弯曲段下放角度的增大,钩载逐渐减小,且摩擦因数越大,钩载减小幅度越大。

氮气钻井多功能四通冲蚀磨损计算与预测

高产储层在采用氮气钻井时,由于气体流量大、携岩能力强、作业时间长,从井底返回的高压、高速和高携岩量气固两相流极易使多功能四通产生冲蚀。应用流体动力学与冲蚀磨损模型耦合计算方法,计算了实际放喷工况下多功能四通的流体特征和冲蚀磨损情况,并将计算结果与四通的实际冲蚀损伤检测结果进行对比;依据多功能四通的冲蚀磨损深度与工作时间的关系曲线,结合实际的主要冲蚀区域分布,对作业过程中的多功能四通冲蚀磨损情况进行了提前预测。分析结果表明,多功能四通的旁通冲蚀损伤最为严重,旁通的损伤主要是在放喷工况下造成;冲蚀磨损计算结果与实际冲蚀检测结果吻合,说明冲蚀磨损计算能准确地揭示放喷工况下高速、高压、高携岩量气固两相流对多功能四通的磨损情况。

一种新型送入工具的研制与应用

针对油气田井下作业过程中脱手失败后无法提供备用方案,以及送入工具种类繁多、适应性不强等问题,研制了一种新型送入工具总成。建立了弹性爪结构和接触应力计算模型,利用有限元分析建立了弹性爪轴对称有限元模型,评估了弹性爪插入、上提及解锁时3种应力状态,同时对CEM镁铝合金溶解速率进行了分析。研究结果表明:该送入工具解决了管柱下入过程中不能旋转的问题,适用于尾管送入、储层保护阀回接、水平井压裂管柱送入及堵塞器投放等多种作业;工作筒采用CEM镁铝合金材料,可在设定时间自动溶解;该送入工具总成在管柱遇阻时可提供扭矩,具备液压、机械及自溶3种脱手方式。研究结果可以为送入工具的设计提供技术指导。

节流阀芯流场受力分析及结构优化

节流阀是压井节流管汇中的核心设备,现场应用中锥形节流阀常因结构不合理导致振动断裂而失效,给压井带来了很大的安全隐患。以楔形阀为核心分析其在高压流场中的受力情况,并得出计算轴向液压推力和横向推力公式。同时,采用双向流固耦合计算方法,对楔形节流阀芯和锥形阀芯在流体冲击载荷作用下位移变化值进行对比分析,验证楔形阀芯替代锥形阀芯的可行性。最后,对楔形阀芯进行结构优化设计,改善阀芯的压降特性。从而,满足现场使用要求。

一体式交替冲砂切割工具的设计与试验

针对渤海油田切割打捞需要下入冲砂和切割两趟管柱,施工周期长,成本高的缺点,研制了一种一体式交替冲砂切割工具,实现了一趟管柱可完成冲砂和切割连续作业,将作业时间由15 h/1 000 m下降至9.8 h/1 000 m。文中对该技术的工作原理和结构进行了描述,并建立了冲砂水力学和切割扭矩的数学方程,用于计算两种工况下的排量、泵压、扭矩等参数,以便于指导现场作业和辅助判断井下工具的状态。试验测试结果表明,冲砂切割一体化工具性能稳定,满足连续交替冲砂、切割作业工艺需求,且成功应用于?139.7 mm套管的切割作业,各项指标性能良好,提高作业效率35%,节约成本50%。

智能井多档位液控阀结构优化设计

多档位液控阀是井下智能分采技术的核心关键工具,其性能优劣直接影响分采井产能。分析并优选了智能井多档位液控阀的直接液力控制、微型液力解码器控制和数字液力解码器控制3种液控方案,优化液控阀换档控制机构及密封方式,最后通过高温高压井况模拟试验,验证智能井多档位液控阀在实际井况下的工具性能。结果表明:数字液力解码器控制阀可在有限空间内实现较少管线对多目标层位的有效控制,且具有操作简单、作业风险低的优势;液控阀换档控制机构从直线型设计优化为旋转换档型设计,可实现对排量的精细调控;采用不祼T形密封结构,可有效降低井内液体对胶件的冲击,保证液压控制阀的长期密封性;多档位液控阀在高温高压条件下的导向、换档、限位、开度调控等功能良好,能够满足现场使用。本文研究对智能井多档位液控阀的进一步优化及现场应用具有一定指导意义。

旋转解封封隔器管柱扭矩问题研究

实际工程中封隔器常因管柱受阻力过大不能上提解封,为避免蛮横施工可采用旋转解封方式解封封隔器;封隔器工作时胶筒膨胀,计算管柱扭矩时只考虑封隔器解封力产生的扭矩;为了确保解封时管柱不发生破坏,根据管柱受力特点建立了三维模型,提出了旋转解封封隔器时不同深度处管柱扭矩的计算公式以及井口液压钳旋转圈数的计算方法,分析了影响扭矩因素,得出扭矩随井深增加而逐渐减小,随管柱横截面积增大而增大的结论。

马氏体不锈钢材料在油气田开发中的应用

马氏体不锈钢是一种铬不锈钢,在常温下呈马氏体显微组织;通过热处理,可以改变金属内部的显微组织,从而改善工件在强度、硬度、耐磨性等物理性能和力学性能。在耐蚀合金油、套管中,马氏体不锈钢的用量最大,它主要用于以二氧化碳为主的腐蚀环境。

切割用可变径扶正器的研究及试验

国内海上油气田修井作业中经常需要进行管柱切割打捞作业,对高效的切割打捞技术的需求也在不断增加。在井斜较大、结构复杂的防砂管柱进行切割作业时,经常出现因为割刀偏心管柱无法有效割断的问题。通过设计一种可变径扶正器,其可以通过小内径防砂管柱,并利用液压原理实现变径和复位,能够对水力割刀起到扶正居中的作用。通过对可变径扶正器的结构原理和力学性能开展研究,并对扶正器本体经过力学仿真模拟计算,确认该扶正器可以满足抗拉600KN、抗扭10KN.m的切割作业工况。通过井下试验验证,该扶正器可以在井下顺利张开和回收,满足设计要求,为水力割刀高效切割防砂管柱提供了良好的技术条件。

整体式Y型采气井口装置冲蚀规律及量化计算

国内某油田在应用氮气欠平衡钻井技术以及钻油管技术过程中,采用钻油管完井一体化井口装置。由于钻完井过程中气体流量大,高速携岩气流容易造成完井井口装置的冲蚀磨损,导致井口装置的承压能力下降,造成井控风险增大,极易诱发工程安全事故。本文结合冲蚀磨损仿真与缺陷量化计算,定性、定量地探索整体式Y型采油树井口携岩气体流动特性及缺陷深度随时间的变化关系,计算得出不同采油树的安全生产时间,为整体式Y型采油树在高压高产气井的安全使用提供了理论依据。研究表明:同等工况条件下,冲蚀深度随采气量的增大而增大,随井口压力的增加而减小。

控压节流阀压降特性及结构改进

针对控压钻井过程中节流阀压降调节线性度差的问题,采用计算流体力学方法对塔里木油田现用节流阀进行数值模拟,分析现有结构下阀芯开度与压降的关系,并对阀芯进行了结构改进。结果表明,改进后的节流阀更加符合控压钻井工艺要求,其压降特性线性度明显提升,在开度20%~70%时,线性相关系数达到0.973,提高了节流阀压降可调性和控压钻井的安全性。阀芯结构的改进改善了内部流场的涡流现象,比较改进前后速度云图发现最大速度减小了29.78%,提高了节流管汇防冲蚀能力。

非开挖水平定向钻孔壁稳定性

基于多孔介质概念,建立了孔隙度、渗透系数与体积应变的动态演化模型,给出了Mohr-Coulomb准则与Drucker-Prager准则之间的强度折减系数换算关系,以Abaqus为平台,将动态演化模型与有限元强度折减系数法相结合,研究水平定向钻孔壁稳定性。结果表明,使用不同屈服准则所得安全系数有差异,但在一定条件下可相互转换,数值分析结果与理论分析一致;研究了不同泥浆压力对孔壁稳定性的影响,指出在一定的泥浆压力下,随着泥浆压力的提高,孔壁安全系数不断降低。扩孔结束时,泥浆压力为2.4 MPa时,最大塑性半径达到2.34 m,孔壁处最大塑性应变达到0.393,极限平衡状态时,泥浆压力2.4 MPa时,孔壁周围的最大塑性应变增加到1.208,远大于扩孔结束时的最大应变值,相应的最大塑性半径达到5.68 m,约为孔径15倍。