普光气田套管补贴用抗硫膨胀管及其性能测试

受到高酸性物质的影响,普光气田部分套管变形井后期可能会出现套管腐蚀穿孔或漏失的问题。目前,膨胀管补贴技术正是解决这一问题的有效办法。文中在优选抗硫膨胀管材质的基础上,设计了普光气田Ф177.8 mm套管补贴用抗硫膨胀管,建立了膨胀管膨胀过程非线性接触有限元模型,分析了膨胀管膨胀后的径向变形量、残余应力分布和膨胀力变化的规律;搭建了膨胀管膨胀性能测试系统,对膨胀管膨胀后的螺纹连接密封性能、硫化橡胶密封性能和悬挂力进行了测试和分析。研究表明:抗硫膨胀管膨胀后螺纹连接抗外压值达到了30 MPa,螺纹连接抗内压值为50 MPa,膨胀管硫化橡胶的密封压力为30 MPa,膨胀后一组硫化橡胶的悬挂力接近200 kN。这为Ф177.8 mm套管膨胀管补贴现场施工参数的优选提供了参考,同时还可以为川东北乃至其他高酸性气田的后期开发提供技术储备。

实体膨胀管开发及修井应用技术研究

中原油田是复杂断块油田,套管损坏对油田开发后期带来了严重影响,2005年以来研究开发了实体膨胀管补贴套管技术,在膨胀管材料、连接技术、密封技术、膨胀工艺等方面的研究取得了突破,具有修复后内通径大、密封可靠、强度高、耐腐蚀等优点,整体技术达到了国际先进水平,并在套管堵漏、封堵出水层及套管加固等方面进行了应用。截至2008年底,已经成功应用21口井,下井最大深度3450 m,补贴最长井段53 m,形成了适应深井、高温高压、高矿化度井的膨胀管补贴技术,可进一步推广应用。

射孔套管抗外挤压模拟试验研究

射孔降低套管强度是导致套管损坏的重要因素之一。为了研究射孔对套管强度的影响,使用长江500型压力机对12个不同材料型号、不同射孔数量的套管进行抗外挤压的模拟试验,研究了套管射孔后的承载能力,分析了射孔与套管的性能关系。

中原油田套管损坏原因及防治措施

在介绍中原油田套管损坏现状的基础上，分析了套管损坏的主要原因，并结合中原油田的实际情况，开展了套管损坏机理及防治配套技术研究，加大了套管损坏防治力度，取得了较好的效果。预防套管损坏须从新钻井源头抓起，合理提高套管的钢级和壁厚，使用特殊螺纹套管，认真抓好新钻井井身质量和固井质量，才能做到套管损坏标本兼治。

盐岩地层蠕变的应力场计算分析

为从根本上解决盐岩层中套管损坏问题 ,必须对盐岩层的蠕变应力场进行定量研究。采用盐岩组合流变的本构关系 ,同时考虑扩散蠕变和位错蠕变的动力学过程 ,对中原油田文 78井 文 81井油藏剖面进行数值模拟计算。得到该剖面的蠕变位移图、沿井身横向推挤力图等结果 。

ANSYS曲壳模型计算复杂断块现今地应力场

中原油田属于复杂断块油气田 ,断层多 ,地层倾角大。地应力异常导致套管不断发生缩径变形或错断等情况 ,从而缩短了油气水井的寿命。为了从根本上解决套管损坏问题 ,就必须对地应力进行定量及定性研究。应用有限元算法中的曲壳模型模拟计算了地层中正在活动着的构造应力场 ,经过计算分别绘出了地层最大、最小水平主应力图 ,得出地层水平主应力最大值与最小值相差较大的区域及地应力变化较大的边界区域是套管容易发生损坏的地区。该方法可快速准确地模拟地质真实情况 ,目前已广泛应用到套管损坏的预防和治理工程当中。

小井眼固井质量差的原因及解决办法

由于小井眼环空间隙小 ,固井水泥浆不能均匀分布 ,容易出现固井质量差、套管抗外挤能力低等问题。通过有限元模拟计算和物理模型仿真试验研究分析了小井眼固井质量差的原因 ,并针对性地开发应用了套管扶正器、延迟固井水泥浆技术、回插式液压尾管悬挂器固井工艺 ,与同等条件下常规固井技术相比 ,固井质量优良率提高 2 9个百分点。新技术的研究和应用 ,有效地提高了小井眼的固井质量 ,延长了套管的寿命。

套管整形用梨形胀管器的参数优化实验

梨形胀管器整形技术是一种高效率的套管修复技术,整形力的大小是工具优化设计和现场施工参数设计的重要依据。为此,在YAW-200压力试验机上对常用尺寸的油层套管进行压扁,然后由YS32-500型的四方柱万能液压试验机提供整形力,由小到大依次下入梨形胀管器对变形套管(C110)进行了3次膨胀整形,得到了不同尺寸梨形胀管器整形所需的整形力、梨形胀管器的磨损量、变形套管的回弹量的测试数据,进而对其测试结果进行分析和评价,找到了梨形胀管器外径与整形力、变形套管的回弹量、梨形胀管器的磨损量之间的关系。实验结果表明:梨形胀管器外径级差的合理性决定了整形力的大小、变形套管的回弹量、梨形胀管器的磨损量,同时,为了减少卡钻事故并兼顾整形效率,梨形胀管器的单次整形量不宜过大。该研究成果为优化梨形胀管器结构和整形施工参数提供了重要的实验数据。

普光高含硫气田裸眼水平井投产工艺技术

川东北普光高含硫气田裸眼水平井投产,存在着碳酸盐岩地层易喷易漏、井控安全风险高,钻水泥塞容易开窗出轨,结构复杂的一体化分段酸化—生产完井管柱极易发生粘卡事件等难题。为此,在该气田大湾气藏采用井筒模拟通井处理工艺,优化设计完井管柱结构,结合二次下井回接完成、优质钻完井液与内防喷工具的使用,妥善解决了上述难题,实现了分段完井管柱多级封隔器适时坐封隔绝气层以及滑套顺序开关、均匀布酸的目标,取得了很好的应用效果。结论认为:①在该区实施裸眼水平井投产工艺以及钻塞、模拟通井处理工艺是可行的,是高酸性气田合理高效开发值得借鉴的一个模式;②井壁稳定、顺畅、润滑的井况环境是裸眼水平井安全顺利投产的前提条件,也是实现降本增效、安全开发酸性气田的重要技术手段;③针对高酸性裸眼气井完井投产工艺技术的复杂性须选择优质完井液,全过程、全方位、多层面的从技术角度进行安全控制是井控技术的发展方向;④碳酸盐岩气藏裸眼井投产作业全过程使用钻完井液压井,对于如何选择酸化、排液模式才能解除对储层造成二次污染仍需不断加以认识和完善。

高压注水引起的套管及地层应力变化规律研究

高压注水会导致油层温度、地层孔隙压力及套管内压等产生变化,认识这些因素影响下套管、水泥环与地层的应力场、位移场的变化规律,有助于深入理解套管损坏的机理,设计合理的注水压力界限;采用三维有限元方法,建立了高压注水的三维有限元数值模型;对模型进行求解,得到了套管管体强度、射孔段应力强度、水泥环和地层应力强度与注水压力变化的回归方程;分析了套管和应力的变化规律,对于避免和减少注水井生产过程中套管损坏具有重要的指导意义。

磨铣工具制造材料及加工工艺分析

在相同工况条件下,针对相同的落物,分别使用国内和国外磨铣工具进行现场磨铣作业。使用线切割的方法取得国内和国外磨铣工具的剖面,并对其剖面材料进行扫描电镜分析和能谱分析。结果表明,国外磨铣工具的磨铣效率和使用寿命均优于国内磨铣工具。国外磨铣工具所使用的硬质合金、钎料和钎焊工艺与国内磨铣工具均存在较大差异,这是导致国内磨铣工具与国外产品在磨铣效率和使用寿命方面存在差距的主要原因。

考虑残余应力的套管整形修复尺寸界限研究

变形套管经冲击整形后套管内存在残余应力,为了真实模拟套管冲击整形过程,探讨套管整形修复尺寸界限,采用ANSYS软件建立了变形套管冲击整形非线性接触三维有限元模型。以P110钢级、壁厚12.65 mm的177.8 mm(7 in)套管为例,分别对不考虑套管残余应力和考虑套管残余应力2种情况进行研究。研究结果表明,考虑残余应力的套管整形修复尺寸界限比不考虑套管残余应力的套管整形修复尺寸界限减小了4 mm,且考虑残余应力的套管整形修复尺寸界限与试验结果更接近。该研究结果为套管整形修复技术提供了理论参考,对于现场套管整形修复作业有一定的理论指导意义。

地应力方向对椭圆套管强度的影响规律分析

在考虑套管初始椭圆度和非均匀水平地应力作用位置的基础上,通过建立套管-水泥环-地层受力模型,采用弹塑性有限元方法对具有初始椭圆度套管的抗挤毁强度与非均匀水平地应力作用位置的关系进行分析,并与绝对圆形套管数值分析结果进行对比。研究结果表明,套管抗挤毁强度与非均匀地应力的作用方向有关。当最大水平地应力作用方向与套管长轴方向平行时,初始椭圆度将增大套管的抗挤毁强度;当最大水平地应力作用方向与套管长轴方向垂直时,初始椭圆度将降低套管的抗挤毁强度。可以通过合理正确地利用地应力的作用位置来提高套管的抗挤毁强度,进而延长套管的使用寿命。

高效震击解卡工艺研究

目前常用的震击钻具组合面对线卡、面卡等复杂卡管柱现象时,由于震击力不足,常常导致解卡失败。为此,对震击钻具组合及其施工参数进行优化设计。优化后的钻具组合为:钻杆+加速器+钻铤+震击器+安全接头+打捞工具,其中的加速器有很好的储能效果,配合加速器使用比不用加速器能使震击效果提高近1倍,同时还有一定的减震效果。在卫77-9井的现场应用中,经过连续震击2.5 h便顺利打捞出机械内割刀,随后又下井3次,连续震击解卡9 h,并配合套铣,共震击360余次,打捞进尺24 m,顺利打捞出已切割断的部分套铣筒、油管反循环阀、喷砂器及封隔器等全部井下落物。

旋压整形器对C110变形套管整形的实验研究

套管变形会直接影响到油气田后期增产作业和开发措施的实施,而变形井在使用旋压整形器进行整形修复时经常凭经验确定整形力和修复扭矩,如果整形力和修复扭矩过大则易造成变形套管及水泥环的破坏和卡钻事故。为此,在YAW-200压力试验机上对常用尺寸的油层套管进行压扁,然后分别由连续旋转钳和推力轴承提供扭矩和整形力,由小到大依次下入外径为126mm和129 mm的旋压整形器对变形套管(C110)进行了2次膨胀整形,得到了两种整形工具整形所需的整形力修复扭矩、变形套管的变形规律、变形套管回弹量的测试数据。实验结果表明,上述两种旋压整形器的外径级差是合理的。此外,为了确保后期生产工艺实施的可靠性,还对整形前后的变形套管进行了力学性能测试,发现整形后套管的各项力学参数均有所降低,从而导致整形后套管的承载能力降低。该研究成果为优化整形工具结构和整形施工参数提供了重要的实验数据。

非均匀地应力下的套管损坏机理

通过建立非线性有限元模型,分析了不同条件下不同套管内壁临界应力的变化规律,得到了不同生产内压下的临界地应力方程。套管内壁临界应力的分布随着最小地应力的增大及临界地应力非均匀系数的减小,其变化规律由不规则形状最终趋于一缩腰椭圆形。套管岩压外载随着地应力非均匀系数的减小,其形状趋于椭圆,与最大、最小地应力的方向相反。根据中原油田的地应力资料,普通套管无法承受异常高的非均匀地应力,应开发专用于岩膏层油水井的特种套管。

膨胀管斜向器的研究与应用

为了解决常规机械开窗导斜器在使用中存在的悬挂力小、固定不牢固以及导斜面容易出现下滑等问题,研制了新型膨胀管斜向器。新型斜向器由膨胀管锚定器及导斜开窗一体化工具组成,锚定器通过密封橡胶锚定,能精确确定开窗位置和开窗方位,膨胀后压缩多个密封橡胶带,锚定力达700 kN以上,且减少了打水泥塞工序,缩短了施工周期,减少了作业施工费用。在明416井的现场试验中,101.6 mm套管悬挂器深度1 320 m,新人工井底1 714 m,投产后日产液23 m3,日产油3.4 t。

抗硫膨胀管力学性能及膨胀动力性能研究

为解决高含硫气田开发后期可能出现的套管漏失及腐蚀穿孔问题,优选了抗硫膨胀管材质,采用试验分析方法,研究了抗硫膨胀管膨胀前后力学性能变化及套管环空条件下腐蚀后的力学性能损伤。研究结果表明,膨胀管材质膨胀后与膨胀前相比,屈服强度提高了64.7%,抗拉强度提高了20.2%,伸长率降低了31.9%,能够满足膨胀管的使用性能要求。膨胀管腐蚀后仍保持较好的塑性性能和冲击韧性,其中腐蚀后膨胀管屈服强度增加了14.8%,抗拉强度提高了1.8%,伸长率增长了3.9%,冲击功提高了10.6%,冲击韧度提高了10.5%。在此基础上设计了膨胀管膨胀系统,试验分析了膨胀系统膨胀动力性能,得出了膨胀管膨胀系统启动运行压力,验证了膨胀系统运行的可靠性。所得研究结果可为高含硫气田的高效开发提供技术储备。

曲壳模型在区块地应力研究中的应用

介绍了利用曲壳模型计算地应力的方法 ,给出了计算实例和计算结果。通过研究证明利用曲壳模型能够反映地质构造的真实情况 ,又不像三维模型那样工作量大 ,能够满足油田分析地层地应力的要求。通过进行大量的区块地应力研究 ,开发了TP1 30TT高抗挤毁套管 ,在盐岩、泥岩等特殊井段使用效果良好。

套管径向变形可修复界限研究

由于缩径变形套管的最小可修复内径没有明确值,导致采用胀管器整形时容易造成套管二次伤害。在分析胀管器冲击整形作用机理的基础上,根据缩径变形套管的整形工艺,利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元程序编制了确定缩径变形套管可修复最小内径的计算程序。以钢级P110、139.7mm不同壁厚套管为例,计算了不同缩径量下的最小修复内径,并根据计算结果绘制了缩径套管内径与胀管器规格对应图版。对计算结果进行了评价分析,结果表明,采用高效胀管器修复缩径套管时,最小修复内径取决于套管的屈服强度和需要达到的最小通径,为了达到所需的最小通径,需要在最小修复内径基础上换3～4种规格的胀管器。在中原油田文95-86井的应用表明,根据计算出的最小修复内径修复缩径套管,可以在保证不伤害套管的前提下提高修复缩径套管的成功率。