超深高温弯曲井眼套管抗挤强度模型研究及应用

在定向井或水平井开发深层盐下油气资源时,套管柱在盐膏层的造斜段中受非均匀外挤载荷、井眼弯曲载荷及高温综合效应影响下易发生失效,严重影响井筒管柱完整性和生产安全。文章基于非均匀载荷下套管抗挤强度计算模型,引入井眼弯曲载荷和高温效应对套管屈服强度折减影响,建立了超深高温弯曲井眼套管抗挤强度评价模型,用以评价超深井中套管柱在盐膏层造斜段的抗挤强度可靠性。结果表明:井下套管剩余抗挤强度系数随套管外挤力非均匀系数增加呈近似抛物线型降低,随井眼曲率和井筒温度升高呈近似线性降低;套管外径和壁厚越大,井眼曲率和井筒温度对其抗挤强度折减越明显,而非均匀外挤载荷对三种规格套管抗挤强度影响相当。该研究成果在某盐膏层斜井中进行了现场应用,很好指导了该井套管的选型,并为同井型的套管实际抗挤强度评价及套管选型提供了技术支撑。

深井封隔器解封时套管挤压失效风险评估方法及应用

封隔器解封时,环空液柱快速下沉将产生明显抽吸压力,导致封隔器解封后生产套管挤毁事故时有发生,给深部高温高压油井安全生产带来巨大挑战。基于规范中套管有效外压力的计算方法,考虑环空液柱下沉流速及其诱导的环空抽吸压力,建立了封隔器解封时套管有效外压力计算方法,针对现场实例井研究了封隔器解封对套管等效支撑内压力和套管挤压失效风险的影响规律。结果表明,封隔器解封时油管液面深度越大、封隔器胶筒外径与套管内径环空间隙越大,环空抽吸压力值越大,套管内等效支撑内压力当量密度越低,套管挤压失效风险越大。为降低套管挤压失效风险,建议提高封隔器胶筒解封后变形恢复能力,同时封隔器解封前油管内应尽量补满液体。研究成果为确保深部高温高压油井安全生产提供重要理论依据和技术支撑。

油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触理论建立了考虑密封面作用扭矩的球面密封接触应力理论模型,研究了球面半径、管体球面弹性模量和密封面作用扭矩对密封面接触宽度和接触应力的影响规律并提出改善球面密封性能的措施,结果表明:随球面半径增加,密封面接触宽度呈抛物线增大,接触应力呈指数减小,且密封面应力分布趋于均匀;随球面弹性模量降低,密封面接触宽度增大,接触应力减小;随密封面作用扭矩增加,密封面接触宽度和接触应力均呈抛物线增大。为提高球面密封性能,建议适当增大球面半径、对球面熔覆合金以降低其弹性模量,同时合理控制密封面作用扭矩,从而增大密封面接触宽度并适当降低密封面接触应力水平。研究结果对优化密封结构、控制上扣扭矩以及提高螺纹密封完整性具有重要理论指导意义。

油套管特殊螺纹接头上扣扭矩理论分析

油套管特殊螺纹接头上扣扭矩及其构成对于提高接头结构完整性和密封完整性至关重要。在分析典型上扣扭矩曲线基础上,采用弹性力学厚壁圆筒理论和旋转台肩扭矩公式,建立了特殊螺纹接头上扣扭矩理论计算方法,研究了不同过盈量和螺纹脂摩擦系数对接头总上扣扭矩及其构成的影响规律。结果表明:过盈量和螺纹脂摩擦系数越大,总上扣扭矩越大;螺纹径向过盈量、密封面径向过盈量、螺纹脂摩擦系数越小,台肩面轴向过盈量越大,作用到台肩面扭矩与总扭矩比值越大。总体上,台肩扭矩比值主要受螺纹径向过盈量和台肩轴向过盈量控制,而螺纹脂摩擦系数主要影响总上扣扭矩。建议加强优化公差配合、提高接头加工精度、严格控制上扣圈数并注重优选螺纹脂。研究结果对于确定特殊螺纹接头合理上扣扭矩以及强度计算提供了理论依据。

压力和温度共同作用下的水泥环应力分析

高温高压井中井筒压力和温度变化较大,会给水泥环的力学性能带来严重影响。基于弹性力学多层厚壁圆筒理论,建立了耦合压力、温度的水泥环力学理论模型,研究了水泥环中径向应力和切向应力的分布规律。研究表明：持续套管压力值为10~50 MPa且井筒温度变化值为-50~50℃时,水泥环总体上沿径向受压,沿切向受拉,二者最大值均位于水泥环内壁;井筒温度变化值一定时,水泥环中径向压应力和切向拉应力随持续套管压力值的增大而增大;持续套管压力值一定时,水泥环中径向压应力和切向拉应力随井筒温度的升高而增大,随井筒温度降低而减小;井筒温度升高会加剧水泥环的切向受拉失效风险,井筒温度降低却可能导致水泥环径向密封失效。因此,高温高压井应考虑井筒温度变化对水泥环应力的影响,建议采用低弹性模量水泥浆固井,并提高水泥环与套管和地层的胶结强度,以提高水泥环的整体力学性能。

球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触力学理论和密封接触能机理,建立了考虑密封面作用扭矩的特殊螺纹气密封压力计算理论模型,研究了球面半径、锥面锥度和密封面作用扭矩对螺纹气密封性能的影响规律,结果表明:随着球面半径增大,螺纹气密封压力呈幂指数规律降低;随锥面锥度增大,螺纹气密封压力逐渐降低,但降幅较小;随密封面附加上扣扭矩增加,螺纹气密封压力呈抛物线型增大。总体来看,球面半径和密封面附加上扣扭矩对特殊螺纹气密封性能影响显著。建议一方面优化球面半径,另一方面合理控制密封面作用扭矩,使得密封接触应力分布既能满足足够的气密封能力,又能保证密封面不发生屈服。

油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构的弹塑性接触应力分析

基于Hertz接触应力和Mises屈服准则建立了考虑密封面附加作用扭矩的特殊螺纹球面对锥面密封结构的弹塑性接触应力理论模型,研究了密封面附加作用扭矩对密封面接触应力分布的影响规律。结果表明:随密封面附加作用扭矩的增加,密封面接触状态逐渐从完全弹性接触转变为弹塑性接触,接触应力分布逐渐由开口向下的抛物线向抛物线杯形转变,且接触宽度、屈服宽度和平均接触应力均逐渐增大。为提高特殊螺纹气密封性能,既要保证密封面具有足够的平均接触应力和接触宽度,又要合理控制屈服宽度,实例中建议将密封面附加上扣扭矩控制在731.7N·m~1826.4N·m范围内。研究结果对指导特殊螺纹合理上扣、提高螺纹气密封性能具有重要意义。

高温高压气井自由套管对水泥环应力和完整性的影响

水泥环的密封完整性对降低环空带压、提高井筒安全性、延长气井开采寿命至关重要。为防止环空气窜,高温高压气井油层套管水泥一般返至井口,这给深井固井带来了巨大挑战。考虑井身结构和作业载荷的复杂性,运用Ansys软件建立了存在自由套管时水泥环受力有限元模型,研究了自由套管长度和井口套压对水泥环应力的影响,结果表明,井口套压作用下自由套管的鼓胀效应在水泥环中产生的径向拉应力和轴向应力是水泥环密封失效的主要原因。自由套管段长度对水泥环受力很不敏感,油层套管水泥可考虑不返至井口,但为保持水泥环长期完整性应避免过高井口套压,同时优选水泥浆体系以提高套管与水泥环胶结强度。

工程教育专业认证标准下的石油工程专业实践教学探索与实践

为了满足解决石油与天然气工程生产一线复杂工程问题能力和非技术要素对实践教学的要求,通过整合优化实践教学内容、完善实践教学体系、改革考核方式、完善质量监控体系和持续改进机制,使石油工程专业的实践教学符合工程教育专业认证标准要求。

鱼骨形水平井产能分析与效果对比

鱼骨形水平井作为提高单井产量和油藏采收率的新技术已得到较广泛应用,但因其井眼结构复杂,常规方法难以计算其产能。采用离散化思想建立了鱼骨形水平井油藏渗流和井筒管流稳态耦合流动半解析产能模型,分析了其井筒产能分布规律并对水平井、压裂水平井和等效鱼骨井产能进行了对比。研究表明:鱼骨形水平井主井筒两端泄油能力强,中间弱,侧钻点处局部最弱;分支井筒从跟端到趾端泄油能力逐渐增强。鱼骨形水平井单相油流IPR曲线与直井的两相流IPR曲线相似,其生产压差应控制在合理范围内;低渗透油藏采用鱼骨形水平井增大储层接触面积相比水平井压裂增产更具潜力。

MRC油井稳态产能计算与对比

为提高单井产量和油藏采收率,最大储层接触面积井（MRC,Maximum Reservoir Contact）越来越得到重视,但因井眼结构复杂,常规方法难以计算其产能.采用一种离散化半解析方法建立了MRC油井油藏渗流和井筒管流相耦合的稳态产能模型并运用迭代法求解.以某低渗油藏为例对MRC井产能进行了计算和对比,结果表明：MRC井产能受井筒间渗流干扰影响大,主井筒两端泄油能力强,中间弱,在分支侧钻点处最弱;分支井筒从跟端到趾端泄油能力逐渐增强.MRC井单相油流IPR曲线与直井两相流IPR曲线相似,应合理选择生产压差.井筒总长度一定时,三种MRC井产能差值均在10％内,且存在启动压力梯度时均会明显降低.综合考虑钻完井工艺难度,推荐采用鱼骨型多分支水平井实现MRC技术.

专业认证背景下提高石油工程专业本科毕业设计(论文)质量措施分析

石油工程专业本科毕业设计(论文)是培养学生解决复杂工程问题能力,实现专业人才培养目标的最具综合性的实践教学环节,同时它也是工程教育专业认证中对毕业要求达成度强支撑的课程教学环节。本文依据认证标准要求完善了我校石油工程专业课程教学目标,剖析了目前教学现状和不足,基于课程目标达成和持续改进为目的,从严把选题关口、加强过程管理和改革考核方式三方面分析了提高毕业设计质量的措施,从而不断提高我校石油工程专业应用型高级工程技术专门人才培养质量。

实验室测量不确定度的分析与评定

对实验室测量不确定度的分析与评定方法进行了归纳．讨论了误差和不确定度的异同及测量不确定度来源．提出测量不确定度的评定步骤与合成方法。重点介绍了实验室国家认可过程中的监测项目重铬酸钾法测定水中化学需氧量的不确定度原理、操作流程、数学模式、相对标准不确定度、相对合成标准不确定度及扩展不确定度．测量结果为水中化学需氧量4．47×10^3mg.L．扩展不确定度85．8mg.L。

气井环空带压对水泥环力学完整性的影响

受井下作业、油套管或封隔器泄漏等因素产生的井口环空带压,使高温高压气井水泥环密封完整性面临巨大挑战。为此,基于弹性力学多层厚壁圆筒理论和摩尔库仑失效准则,建立了水泥环应力和失效计算模型,研究了环空带压对水泥环胶结面应力和失效的影响。结果表明,环空带压将增大水泥环胶结面的切向拉应力,过大的切向拉应力将导致水泥环失效。与此同时,井筒温度增加产生的切向拉应力也会增大水泥环失效风险。环空带压越大,水泥环安全系数越低,且温度效应对安全系数的影响较小。对高温高压气井,可根据井身结构(地层-水泥环-套管)参数建立水泥环安全系数图版,从而为确定合理的最大允许环空带压值提供依据,研究结果对提高气井井筒安全性、延长开采寿命具有重要意义。

深井水平井水平段水力延伸能力评价与分析

对影响水平井水平段延伸能力的因素进行了分析,然后根据钻井液流体力学理论,建立了水平井循环压耗计算模型,分别对水平井总循环压耗和水平段环空压耗进行计算,进而求出了水平井水平段极限延伸长度值;对钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量对水平段水力延伸能力的影响进行了分析。研究表明,水平段水力延伸能力受钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量等多个因素共同影响。为了提高深井水平井的延伸能力,应使用较低密度的钻井液;尽量保持较低的岩屑床高度;钻井液排量应尽量小。同时还认识到,深井水平井水力延伸能力主要受到钻井泵额定压力的制约。研发高额定压力的钻井泵,是提高深井水平井水力延伸能力的主要措施。

生活区空气有机物污染现状调查及研究

利用色谱－质谱联用技术以扬子石化公司生活区空气气相和颗粒物中的有机污染物进行了采集，浓缩，分离，鉴定。利用相对较正因子进行了半定量计算。选择乙烯，苯为特征污染物进行了南京市大厂区区域环境污染规律的初步研究。

氧化剂增强TiO_2纤维光催化降解DMF研究

研究TiO2纤维光催化降解DMF水溶液的结果表明:氧化剂增强了TiO2纤维对DMF的降解能力,在其它反应条件相同情况下,O3/TiO2(F)对DMF降解率是air/TiO2(F)和H2O2/TiO2(F)的1.5倍左右,且降解速率提高2倍左右,COD分析表明DMF几乎完全矿化.同时实验过程中确定了DMF光催化降解中间产物仲胺的存在.以二甲胺为仲胺代表物进行光催化降解研究表明,中间产物仲胺的迅速降解是O3增强TiO2纤维降解效应的主要因素.

超声波促进处理剩余活性污泥中试研究

文章进行了超声波促进污泥脱水减量并提高污泥厌氧消化效率的中试。中试装置每天可处理3 000 kg含水质量分数在99%以上的剩余活性污泥。实验结果表明,当超声波频率为28.7 kHz、输出电压为70 V,作用时间为2 m in,絮凝剂投加质量分数为8‰(干基)时,污泥滤饼含水质量分数比未经超声波作用的降低2%,体积减少8%,污泥的脱水效果最佳。当超声波输出电压为150 V,作用时间60 m in时,污泥厌氧消化时间比传统方法缩短20 d。同时沼气产生速率比未经超声波作用的提高6倍,前25 d沼气总产量比传统污泥厌氧消化过程增加4—5倍。可见大功率、长时间有利于促进厌氧消化,从而达到污泥减量的目的。

超声波结合复合絮凝剂强化生物污泥脱水研究及其作用机理

研究了超声波结合复合絮凝剂促进剩余生物污泥脱水及其作用机理。实验结果表明,复合絮凝剂PAM-PAFC的投加比(质量比)为1∶1、投加量为污泥干基7‰时,其絮凝效果优于单一絮凝剂,再经20 kHz、400 W/m2超声处理2.5 min后,污泥体积缩小86%左右,含水率可降至79%,比无超声作用时污泥干基含水率减少7%左右。通过电镜观察发现,小功率超声可促进污泥中小团块的碰撞,增加污泥的絮凝性;投加PAFC后,污泥絮体呈现较为平坦的均匀絮状形态,存在孔洞;再投加PAM后,絮体具有起伏不平的链网状结构,形成比表面较大的复杂形体的絮体,脱水效果优于单独投加PAFC;再经超声处理后,污泥絮体比未加超声时团聚性增强,孔洞增大,脱水性能更佳,脱水效果优于单独投加PAFC-PAM。

管内压力变化速率对套管强度的影响规律研究

对某油田3口典型井遇阻井段的综合情况进行分析,发现这3口井出现的套管强度问题都有一个共同的特点,即在钻完盐膏层并固井以后,如下部地层为稳定地层就需要降低钻井液密度,当密度下降到一个值后,套管出现弹性变形,造成钻头难以通过,因此,套管内钻井液密度的下降过程也将对套管变形产生影响。通过建立管内压力变化速率对套管应力影响的有限元分析模型,并对其进行分析研究,结果表明:当压力变化速率越快时,套管代表单元上的应力增大速率也越快,且最大值也越大;降低管内压力变化速率可以有效降低套管中的应力值,也即延长密度置换时间有利于套管抗挤,防止套管变形。