大斜度井旋转尾管下入关键技术

针对大斜度井中尾管下入遇阻和不易下到位的问题,从降低管串旋转摩阻、提高管串抗扭能力和通过性等方面入手,研制了内嵌式卡瓦、高抗扭液压丢手、提高螺纹抗扭能力的止动环、低摩阻的树脂稳定器和高通过性的偏心引鞋等关键工具,并研究了最大安全扭矩设定方法、扭矩预测方法和旋转下入操作等现场应用关键技术措施,最终形成了适用于大斜度井的旋转尾管下入技术。室内分析表明,液压丢手抗扭能力可达45kN·m,止动环能使API螺纹抗扭能力提高1倍以上,低摩阻稳定器的动摩擦系数降至0.17。大斜度井旋转尾管下入技术在南海WZ6-12油田5口大斜度井进行了应用,顺利将最长1 290m的177.8mm尾管下入到位,最大井斜角达68.4°。研究结果表明,旋转尾管下入技术对解决大斜度井中尾管下入困难的问题具有显著效果。

内嵌卡瓦尾管悬挂器的优势与现场应用分析

通过对常规尾管悬挂器的坐挂结构进行分析,总结其在超深复杂井中存在的不足。对内嵌卡瓦尾管悬挂器具备的性能优势进行了介绍,其具有承载能力高、过流面积大及卡瓦保护性好的特点。文章结合复杂井下条件及施工难点,介绍分析了内嵌卡瓦尾管悬挂器的应用情况,并对2口井坐挂前后循环压力情况进行了对比,验证该新型工具的结构优越性和可靠性。该悬挂器在研制成功后进行了35井次的现场应用,应用情况良好,在油田复杂井尾管固井中广泛使用。

温度对718镍基合金在高酸性环境下耐腐蚀性能的影响

718镍基合金是高酸性油气井中常用的金属材料,但目前对其腐蚀机理和影响因素的研究较少。利用高温高压反应釜进行腐蚀模拟,采用失重法、扫描电镜(SEM)等手段研究了温度对718镍基合金在高含H_2S/CO_2环境下腐蚀行为的影响。结果表明:在CO_2分压3.5 MPa、H_2S分压3.5 MPa、Cl^-含量150 000 mg/L的模拟环境下,718镍基合金在150,175,205℃下均呈现全面腐蚀,未出现点蚀和局部腐蚀。但随温度升高,镍基合金718的均匀腐蚀速率逐渐增加,材料表面钝化膜出现硫化,并逐渐向腐蚀产物膜转变,质地由致密变得疏松。

尾管悬挂器超高压封隔及回接技术应用研究

为满足后期的压裂要求,页岩气井完井管串要求具有很好的密封完整性,目前国内页岩气井生产套管基本采用全井一次性固井的方式。为使湖南省的一口页岩气探井保页1井达到回接管柱压裂后回收、便于后期可能进行的开窗侧钻等要求,首次尝试采用尾管固井再回接管柱不固井的完井方式。为此研发了实现70MPa超高压封隔及回接的尾管悬挂器系统,核心技术主要包括超高压尾管顶部封隔技术、超高压回接密封技术和尾管悬挂器大过流技术。该技术在保页1井顺利实施,成功完成尾管固井、回接和回收上部生产套管串,工具整体密封性满足后期的泵送桥塞压裂要求。

国外智能完井技术介绍

智能完井技术能够动态监测井下储层状态、远程控制井下开采,从而起到改善油藏管理和节省修井时间的作用。在简述智能完井系统的组成之后,介绍了国外几种典型的智能完井系统,包括Halliburton公司的SmartWell完井系统和SCRAMS系统、Baker Hughes公司的Inforce智能完井系统、Baker Oil Tools和Schlumberger联合开发的InCharge智能完井系统、Weatherford的光纤技术以及TAM公司的穿线式自膨胀封隔器技术。最后就国内开展智能完井技术研究提出了建议。

国外旋转尾管悬挂器丢手工具分析

在尾管固井过程中,旋转尾管悬挂器能够通过旋转尾管,提高顶替效率进而提高固井质量。丢手工具是旋转尾管悬挂器的关键部件之一,能否将尾管顺利送到井内设计位置,坐挂后能否顺利丢手,在尾管入井和固井过程中,能否顺利旋转尾管,是检验丢手工具性能的关键指标。分析了国外几种旋转尾管悬挂器丢手工具的结构、工作原理和性能特点,为国内旋转尾管悬挂器丢手工具的设计开发提供参考。

旋转尾管固井技术在南海WZ12-2油田的应用

WZ12-2油田目的层段存在异常高压和裂缝性泥岩,钻井液密度高,断层交错,极易发生漏失,限制了固井时的泵压和排量,导致固井质量一直很难保证。而旋转尾管固井技术能够有效提高水泥浆顶替效率和固井质量。鉴于此,结合南海WZ12-2油田的实际情况,分析了旋转尾管固井施工的主要技术难点,阐述了尾管固井工具选择、工具参数设定、扶正器的选择和旋转尾管固井操作等关键技术措施,完成了A平台8口定向井的旋转尾管固井作业。与常规尾管固井作业对比结果表明,旋转尾管固井作业固井质量明显较高。本次现场应用实践对于旋转尾管固井工艺优化及其在大斜度井中的推广应用具有重要的意义,也为提高大斜度井和小间隙井固井质量提供了新的解决方法。

基于故障树的尾管悬挂器坐挂失败诱因分析

尾管悬挂器坐挂成功与否直接决定尾管固井工艺的成败。本文通过工具结构原理分析,建立尾管悬挂器坐挂失败的故障树,用于识别尾管悬挂器坐挂失败的诱因。同时结合A油田B井尾管器坐挂失败案例,利用故障树分析其诱发坐挂失败的原因,并提出改进措施。该模型的建立对尾管悬挂作业可起指导作用。

旋转尾管悬挂器的研制与应用

旋转尾管悬挂固井技术能解决尾管入井过程中的遇阻等复杂情况,并可提高水泥浆顶替效率和尾管固井质量,但该技术的核心旋转尾管悬挂器及其配套工具制造技术被国外公司垄断。为打破技术垄断,研制了具有自主知识产权的旋转尾管悬挂器。介绍了旋转尾管悬挂器的设计要点、结构和工作原理,并通过地面性能试验、液压丢手试验及模拟入井试验考察了旋转尾管悬挂器的各项性能。地面性能试验表明,旋转尾管悬挂器的坐挂压力、整体密封压力及承载能力均满足设计要求;液压丢手试验表明,液压丢手工具的抗拉和抗压能力均能满足设计要求,能实现液压、机械两种丢手功能;模拟入井试验表明,旋转尾管悬挂器能实现坐挂、丢手、旋转功能,各项技术参数与设计相符,达到了设计要求。现场应用表明,所研制的尾管悬挂器不但顺利实现了坐挂、丢手、旋转功能,还通过旋转提高了尾管固井质量。

多功能尾管悬挂器关键技术研究

随着深井、超深井、水平井、高温高压井等复杂井越来越多,固井施工的难度越来越大,常规尾管固井工具及工艺难以满足现场需求。为解决复杂井况下的固井技术难题,研制了新型多功能尾管悬挂器,设计了旋转机构、坐挂机构、液压丢手、顶部封隔等多个功能模块,并采用有限元方法对关键部件进行仿真分析,优化了各功能模块的结构和参数。计算和地面试验证明,各功能模块的性能、功能及技术参数符合设计要求。多功能尾管悬挂器在涠洲WZ6-12-A3S井进行了现场试验,结果表明,该尾管悬挂器对现场复杂井况具有较强的适应能力和可靠性。

内嵌卡瓦尾管悬挂器坐挂系统力学模型研究

内嵌卡瓦式尾管悬挂器结构复杂,卡瓦咬合力是决定尾管悬挂器坐挂成功的关键因素。根据内嵌卡瓦坐挂系统的结构形式和加工工艺,根据矩阵理论建立了内嵌卡瓦式尾管悬挂器坐挂系统的力学模型,得到了卡瓦咬合力的理论计算方法,分析了卡瓦的咬合力与尾管重力、加工过程中刀具转角和接触面的摩擦系数的关系。进行了内嵌卡瓦尾管悬挂器与套管的坐挂试验,通过应变测试系统对不同轴向载荷下的套管外侧应变进行了采集与分析,基于拉梅公式进一步得到了卡瓦与套管内壁的接触应力。研究结果表明,卡瓦与套管接触应变的理论计算值与试验平均值比较吻合,最大应力约为平均应力的150%,最小应力约为平均应力的70%。坐挂力学模型理论分析和试验研究结果可以为悬挂器结构的设计和优化提供理论依据。

系列新型双级注水泥器的设计与应用

针对常规双级注水泥器现场应用时可能会出现打开困难、关闭不严或关闭困难、钻除附件后密封失效等问题,开发了系列新型双级注水泥器。该注水泥器采用内关闭式结构,减少了运动部件,打开和关闭均由相同材质的零件相对运动实现,从而避免了因温度、压力等因素造成的配合间隙变小而不能正常打开/关闭的问题;在关闭套和本体间设置了防转机构,以便在附件钻除过程中,有效防止关闭套与钻头一起转动而引起的密封失效。介绍了系列新型双级注水泥器的结构、工作原理和技术特点。地面试验和现场应用证明,系列新型双级注水泥器达到了设计要求,解决了常规双级注水泥器现场应用时常出现的一些问题。

封隔尾管悬挂器内插管完井方案及应用

海洋钻井成本很高,如何优化钻井、完井方案,缩短建井周期,成为减小钻井成本的关键。特殊的完井结构实现在实施筛管完井工艺时,可一次实现悬挂筛管、封隔环空、裸眼洗井、酸化作业。与常规的筛管完井工艺相比,节约了钻盲板和再次下入冲洗管柱的时间,大大降低了完井成本。

射频识别随钻扩眼器的研制与应用

为了解决当前常规随钻扩眼器在实际应用中的问题,设计了一种基于射频识别控制技术的随钻扩眼器,实现了控制命令的井下无线传输和接收,并通过液压执行机构控制扩眼刀翼动作,实现井下扩眼操作。工具设计过程中,在射频识别天线外部安装铁氧体屏蔽环,解决了井下金属涡流对天线磁场强度的削弱问题,保证了井下射频识别通讯系统对控制命令的可靠接收;通过理论计算和仿真分析确定了液压执行系统最大承压能力,为电磁阀优选和液压回路承压设计提供了理论依据,保证扩眼刀翼的可靠锁止。设计的RFID随钻扩眼器成功进行了4口井的现场扩眼作业,验证了工具的工作可靠性和稳定性。

异种金属偶接在高温高酸性环境中的电偶腐蚀行为

模拟150℃,H_2S分压1.0 MPa,CO_2分压1.5 MPa,Cl^-质量浓度200 000mg/L的高温高酸性腐蚀环境,采用高温高压电化学测试技术和浸泡腐蚀试验,研究了镍基合金718分别与低合金钢35CrMo、20CrMnTi和铝合金2A12偶接后的电偶腐蚀行为,并利用扫描电子显微镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)对腐蚀试样的表面形貌及腐蚀产物成分进行分析。结果表明:在模拟高温高酸性工况下,与镍基合金718偶接后金属的电偶腐蚀速率与两偶接材料的电位差呈正相关,而异种金属偶接对腐蚀产物和腐蚀机理没有明显影响。在高酸性腐蚀环境中使用的井下工具结构在设计时应避免电位差过大的镍基合金718-铝合金2Al2异金属发生偶接。

尾管回接装置及其在现场的应用

随着特殊井、复杂井的不断增多,常规的回接装置难以满足现场需要,为解决现场疑难问题,开发了封隔式、短回接式、提出式等多种特殊回接装置。介绍了各种回接装置的结构原理及在现场的应用情况。

?193.7mm×?139.7mm旋转尾管悬挂器的研制与应用

为解决深井和超深井?139.7 mm小间隙尾管固井质量难以保证的问题,开展了?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器和旋转固井技术研究。针对该规格工具设计空间小的难题,研发了大过流高可靠的坐挂承载机构、高动载的旋转轴承和高抗扭的扭矩传递机构等关键机构,并制定了相应的现场应用措施。内嵌卡瓦坐挂机构的承载能力达900 kN,过流面积较常规机构提高近33%;新型交叉滚子轴承在300 kN动载下的寿命达到6 h以上,扭矩传递机构的抗扭能力达33 kN·m。最终形成了?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器技术,并在羊深1井、鸭深1井和TK874CH井等3口井进行了现场应用。应用结果显示:固井替浆过程中该悬挂器实现了尾管旋转,提高了水泥浆的顶替效率,达到了提高固井质量的目的。?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器的成功研制为提高小间隙井固井质量提供了有效手段。

元素S对镍基合金718在含H2S和CO2盐溶液中腐蚀行为的影响

目前就元素S对高酸性油气井中常用的金属材料镍基合金718腐蚀行为影响的研究较少。在模拟高温、高含H2S/CO2和高Cl-浓度的腐蚀环境中,通过高温高压腐蚀模拟试验,结合失重测量、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)等技术手段研究了元素S对镍基合金718腐蚀行为的影响。试验表明:在205℃,CO2分压3.5 MPa、H2S分压3.5 MPa、Cl-浓度200 g/L环境下,1 g/L元素S的加入加剧了镍基合金718的腐蚀,增加了应力腐蚀开裂的敏感性。点蚀主要源于Cl-参与的歧化反应,而均匀腐蚀是高温下的单质S直接或间接与金属发生反应导致的。开裂的成因是单质S的加入加速了点蚀坑的形成和发展,导致多个点蚀坑连通构成长条状的腐蚀坑,最终形成裂纹导致开裂。

新型连续管钻井用电液定向装置的研制

由于受到下入方式的限制,连续管无法在井眼内旋转,造成定向困难,严重影响了连续管钻井技术的应用与推广,为此,设计了一种连续管钻井用电液定向器。通过电子控制-液压驱动-机械传动的方式对底部钻具组合工具面进行调整,实现连续管定向操作。通过机械传动系统受力分析,得到摩擦系数与接触倾角对机械效率和输出扭矩的影响;建立了液压驱动系统的动态特性模型,仿真了整个液压驱动过程,得到各个阶段中活塞位移和活塞受力的变化情况,以及传动接触面冲击力与活塞运动速度的关系。研究结果为定向器机械传动系统和液压驱动系统的优化设计提供了理论依据。

水下采油树液压控制系统设计与仿真

实现对水下采油树的控制是保证水下生产正常进行的必要条件。通过分析API标准要求,结合水下采油树阀门执行器工作参数,设计水下采油树液压控制系统,包括液压动力单元和水下控制模块,并对相关元件进行计算和选型。根据控制系统要求,利用AMESim软件,建立水下采油树液压控制系统模型,对水下采油树阀执行器的开启和关闭过程进行响应分析。结果表明:所设计的液压控制系统可以满足水下采油树控制要求。