含磨损缺陷套管抗挤强度的数值分析

为了确定在内壁上有新月形磨损缺陷套管的抗挤强度，本文采用有限元法，分别按平面应力、平面应变和空间问题进行分析。研究结果表明，其抗挤强度远小于按最小壁厚从手册中查得的值，它随磨损缺陷深度的增加和半径的减小而降低：当磨损缺陷的轴向尺寸足够大时，则完全可以按照平面问题处理．

套管磨损后剩余抗挤强度的数值分析

假设套管内壁的磨损缺陷为圆弧 ,并视为平面问题 ,采用平面 8结点等参元 ,分别按平面应力和平面应变问题 ,分析其抗挤强度。按平面应力分析时 ,得到的抗挤强度数值结果比根据最小壁厚从 API标准 ( API Bul 5C2 )中查得的数据还要小。在这两种情况下 ,抗挤强度都随磨损缺陷深度的增加和半径的减小而降低 ,而平面应变分析得到的抗挤强度数值结果比平面应力分析得到的结果要高。为了评价平面分析的精度 ,又假设套管的磨损缺陷为圆柱面加两个球面或椭球面 ,采用空间 2 0结点等参元进行分析 ,结果表明 :当套管无缺陷部分的长度保持不变时 ,其抗挤强度随缺陷长度的增加而降低并趋向一个下限值 ;当套管含缺陷部分的长度保持不变时 ,其抗挤强度随套管长度的增加而增加并趋向一个上限值 ;当缺陷较长时 ,空间数值分析结果与平面数值分析结果相近 ;当无缺陷部分的长度较长时 ,若其它条件不变 ,则缺陷端部为球面所得的结果与缺陷端部为椭球面所得的结果几乎没有差别 ;端部在轴向施加固定约束所得的抗挤强度比端部自由时要大。

垂直井中管杆柱的扶正器安放问题研究

管杆柱屈曲给生产带来许多问题 ,文中采用弹性稳定理论中的能量方法 ,分析了受轴向分布载荷作用的垂直管杆柱的稳定性 ,得到了关于轴向分布载荷、底端轴向载荷和管杆柱几何参数的稳定性方程 ,并求得了它的解析解。该解对于垂直井中管杆柱的扶正器应用具有指导意义 ,方程中针对不同端部边界条件的管杆柱约束系数取值不同。为了便于理解 ,文中给出了算例。

斜井抽油杆扶正器安放间距三维计算

在斜井抽油杆上合理布置扶正器可减缓抽油杆与油管的相互磨损，延长油井免修期，降低生产成本。采用力学分析的方法，结合井眼轨迹数据，由下到上逐跨计算了抽油杆柱的扶正器间距和轴向力。假定抽油杆柱上只有扶正器处与油管接触，通过反复试算确定了两相邻扶正器之间的合适间距、上扶正器处的轴向力和侧向力。研究结果表明，相邻两扶正器的间距取决于上述轴向力、侧向力、井眼几何尺寸、杆抗弯刚度和杆与管间隙的大小。抽油杆柱最下端作用力的大小取决于液体压强、柱塞重量、摩擦力、液体阻力和惯性。而侧向力的大小取决于井眼见何尺寸、轴向力和抽油杆重量。计算实例及现场应用均表明三维计算方法是可行的。

套管强度计算的理论问题

采用反证法探讨了前人在基础理论的推理过程中存在的问题,证明双向应力椭圆理论与实际载荷条件并不矛盾。应用多元函数单调性理论,证明了在三轴应力条件下管体中最大应力强度值出现在套管内壁。采用理论推导和计算方法,对套管轴向应力计算公式进行了讨论。通过实例计算,对比分析了用“三向应力圆”理论与其他几种理论计算的抗挤强度值。结果表明,应用“三向应力圆”理论计算的值偏大。

南海流花超大位移井套管磨损预测方法

在超大位移井的钻进过程中,造斜段的技术套管会发生严重的磨损问题。建立了超大位移井技术套管磨损后剩余壁厚的定量预测方法。根据能量原理,即套管内表面的磨损体积与旋转钻柱在相同位置所作的功成正比,建立了技术套管磨损体积与井眼轨迹、钻具组合、机械钻速、转速、钻进井段长度及套管磨损系数之间的函数关系。在假设磨损截面为新月形的条件下,根据磨损截面的几何关系,建立了套管磨损深度与体积之间的关系。应用一口超大位移井的实测数据对建立的模型进行验证,结果表明该模型可以用于超大位移井技术套管磨损深度的预测。根据研究结果,简要说明了套管防磨技术的主要方法。

南海流花超大位移井井身结构设计方法

超大位移井井身结构复杂,为合理设计其井身结构,从垂直井井身结构设计的压力平衡原理出发,针对大斜度井段垂深变化小且裸眼井段很长、大斜度裸眼井段最容易在测深最大处被压裂的特点,通过计算钻井液的当量循环密度,研究了超大位移井大斜度裸眼井段的地层压力、破裂压力和环空压耗之间的关系,得出套管最大下深及允许最大环空压耗的计算公式。研究结果表明,在一定的地质条件下,超大位移井井身结构设计的重要可控因素是环空压耗。采用文中推导的公式分析一个超大位移井井身结构设计及当量循环密度监控的案例,验证了该公式的正确性,为大位移井的井身结构设计提供了理论依据。

受压管杆柱在倾斜或弯曲井眼中的稳定性

以一跨受到轴向压力的管杆柱作为研究对象，建立了其弯曲变形的微分方程及边界条件，得到最大径向变形量的计算公式。经分析得到此式的使用条件，并得出临界跨度和临界轴向压力之间的关系式。计算实例表明，无论是套管、油管还是抽油杆，当其下入深度较大时都面临着失稳的问题，而且随着深度的增加．其失稳程度也增加。

南海流花超大位移井摩阻/扭矩及导向钻井分析

大位移井的井眼轨迹比较复杂,为准确地计算实钻井眼中管柱的摩阻/扭矩分布,采用了三维摩阻/扭矩计算模型和软件。文中给出了南海流花油田已钻5口大位移井的钻井与完井数据,并跟踪第5口超大位移井(C1ERW 5井),应用自主研发的摩阻/扭矩数值分析软件,对钻井及下套管作业过程中的摩阻/扭矩分布进行了预测分析,计算结果与实测数据吻合良好。同时,针对流花超大位移井所使用的带Power D rive系统的底部钻具组合,定量探讨了旋转导向钻井系统的力学特性,并分析了其影响参数导向控制力、钻压、PD翼肋位置对钻头侧向力的影响,计算分析结果表明,通过调整PD翼肋导向控制力的大小和方位,便可有效地控制井眼轨迹。该研究可为后续施工的超大位移井工程提供重要参考。

蠕变地层中含缺陷套管外挤压力分布的数值模拟

将蠕变地层视为粘弹性体,分别采用Maxwell粘弹性模型和线性强化弹塑性模型,建立了含缺陷套管—水泥环—蠕变地层有限元计算模型,旨在应用数值方法模拟在地质和工程因素及其联合作用下含缺陷套管外壁所受蠕动压力的分布规律,并对这类套管抗非均匀载荷的能力进行了有限元分析。采用逐步超松弛(SOR)迭代法进行了计算,为加快收敛速度,计算程序支持最佳松弛因子的自动快速搜索。算例分析表明,非均匀地应力条件下,最大地应力方向上套管外挤蠕动压力最小,而最小地应力方向上套管外挤蠕动压力最大;磨损缺陷改变了均匀载荷下套管外挤蠕动压力的分布规律,磨损处蠕动压力明显增大;与非均匀载荷相比,磨损是影响套管外蠕动压力分布更为敏感的因素。该数值结果可为复杂条件下含缺陷套管强度设计提供理论指导。

南海西江大位移井摩阻和扭矩数值分析研究

井下摩阻和扭矩 ,是影响大位移井设计与施工的 2个关键因素。对三维井眼中管柱单元进行受力分析 ,建立了通用的井下摩阻和扭矩计算模型和算法 ,并开发出大位移井摩阻和扭矩的数值计算软件。该软件在南海西江大位移井钻井和下套管作业案例分析中得到成功应用 ,对井下摩阻和扭矩进行了数值模拟计算及预测分析 ,获得较好的结果 ,并可在今后的大位移井工程中推广应用。

含磨损缺陷套管抗内压强度数值计算研究

由弹性力学变分原理引入有限单元法基本方程,进而给出了磨损区域边界上任意点法向量解析解和数值解的方法。假设磨损缺陷模型为圆弧状,并认为是平面问题,采用Serendipity等参单元变结点有限单元格式,分别按照平面应力和平面应变问题进行分析研究,阐明了考虑磨损深度、磨损区域半径和套管壁厚影响时的套管抗内压强度定量变化规律,分析了在不同磨损量及其相应抗内压强度下套管内应力强度分布规律,并依据等效内压设计套管柱的可行性及安全性进行定量分析,编制计算机程序。

非均匀载荷对TP130TT套管抗挤强度的影响

认识影响新型套管 (TP130TT× 15 2 .4mm× 16 .90mm)的抗挤强度的诸种因素 ,对正确选用这种套管具有重要的指导意义。采用有限元法 ,计算和分析了套管缺陷 (壁厚不均度、椭圆度 )及非均匀载荷等因素对套管抗挤强度的影响规律。计算结果表明 ,在非均匀外挤载荷作用下 ,这种套管仍具有较高的抗挤能力 ;在静水压力的作用下 ,套管抗挤强度随着其壁厚不均度和椭圆度的增加而降低。

套管荷载分析与强度设计软件研究

由于钻井技术的进步和目前油气勘探开发的实际要求，深井、超深井及定向井所占比重不断增加。为了满足这种形势的要求，在普通直井和定向井套管强度设计软件的基础上，较全面地研究了深井、超深井套管载荷的特点，综合考虑传统套管设计方法、三轴应力设计方法及套管优化设计方法等，并应用数据库技术，完成了套管强度设计软件的开发研究，它具有普通井、深井、超深井和定向井套管优化设计的诸种功能，并且其输入输出界面支持任意的单位制，便于现场推广应用。

含几何缺陷套管抗非均匀外挤力的强度计算

采用有限元法 ,计算和分析了壁厚不均与椭圆套管在单向均匀和单向椭圆分布外挤力作用下的强度问题。计算结果表明 ,套管所能承受最大分布力与其壁厚不均度、椭圆度、分布力的类型和方向等因素有关。在允许的制造偏差范围内 ,壁厚不均度和椭圆度对套管最大分布力值的影响不太严重。在两种分布力中 。

大位移井减阻工具合理安放位置研究

大位移井技术因其具有巨大经济效益并能够满足特殊作业的目的而得以迅速推广应用,但水平井段摩阻扭矩又成为了制约大位移井推广应用的关键因素。为了减少大位移井摩阻扭矩的目的,首先根据用测斜数据,应用3次样条函数拟合井眼轨迹。将多维井段装有减阻工具套管柱作为类连续梁,并考虑弯曲载荷的影响,综合考虑了井斜角、方位角以及套管柱自身几何参数等多因素对套管柱挠曲变形综合影响,以此建立大位移井不同井段套管柱力学模型,完善了部分国外学者计算套管柱挠度“软模型”的不足;进而给出了优化大位移井减阻工具合理安放位置理论计算方法。

南海西江大位移井井身结构与套管柱设计研究

井身结构与套管柱设计对于大位移井钻进是非常重要的。阐述了在大位移井井身结构设计和套管柱设计的过程中所考虑的各种因素,以及在南海西江大位移井工程施工中所采取的具体措施。介绍了XJ24—1油田的工程地质数据,阐明了井身结构设计中采用的主要原理及在工程实践中采用的井身结构,利用自主开发的大位移井套管载荷分析及强度设计软件,给出了南海新建大位移井套管柱结构方案的设计结果,该软件在西江大位移井工程中得到成功应用。

煤层气储层类型及配套钻井方案概述

根据渗透率、压力、含气量等参数,可将煤层气储层分为Ⅰ类储层(好储层)、Ⅱ类储层(中等储层)、Ⅲ类储层(差储层)3大类。其中,Ⅰ类储层又分为高压高渗厚层状储层、高压高渗多层储层、高压高渗富气储层、高压高渗低含水储层;Ⅱ类储层又分为高压中渗薄层状储层、低压高渗中等含气储层、低压高渗贫气储层;Ⅲ类储层又分为低压低渗薄层储层、低压低渗厚层储层、低压低渗多层储层、低压低渗高起伏储层、低压低渗高含水储层。对于不同类型的储层,若要保证较好的产能,需要采取配套的钻井方案:Ⅰ类储层物性较好,可采用直井压裂或低分支水平井;Ⅱ类储层物性中等,可以采用三分支水平井、四分支水平井或U型井;Ⅲ类储层物性差、非均质性强,可采用羽状多分支水平井或丛式井,储层非均质性越强,羽状井主分支数应该越多。

二维类圆形腐蚀孔应力集中对套管强度的影响

油气水井套管由于长期处于充满流体的环境中,极易受到腐蚀。套管遭严重腐蚀后所形成的类圆形腐蚀孔分浅半圆形孔、半圆形孔和深半圆形孔3种情况。分析了3种几何形状的腐蚀孔情况,下孔边应力和应力集中系数的分布情况,讨论了孔边应力集中对套管抗内压强度和抗挤强度的影响,提出了相应的修正公式。研究得出,在孔开口直径一定的情况下,应力集中系数随孔深增加而增大,套管强度的降低程度也随孔深增加而增大。

含盐膏层井复合套管柱优化设计技术

讨论了复合套管柱优化设计模型的目标函数及其约束条件,以及借助数据库查询方法进行求解该模型的主要过程和组成软件的主要模块,分析了盐膏层套管外挤压力的主要特征,介绍了套管柱优化设计通用软件在含盐膏层井复合套管柱设计中的应用情况。