防砂封隔器试验研究

针对海上油气田开发,设计了一种防砂顶部封隔器套,通过试验验证了封隔器的性能,密封压力为35MPa。基于理论计算和有限元分析了试验过中发现的问题,为后期研究提供了有力的支撑,试验结果表明,该封隔器满足设计要求。

一种高温生产滑套研制

针对海上油气田开发,本文设计了一种高温生产滑套,其适用温度为180℃,密封压力为35MPa。基于理论计算和有限元分析,研究了悬臂梁式和固支梁式两种锁定爪的锁定性能,理论计算的悬臂梁式和固支梁式锁定爪最大锁定力分别为545N和2853N,有限元分析的悬臂梁式和固支梁式锁定爪最大锁定力分别为421N和2443N。对两种锁定爪的锁定力进行了试验验证,悬臂梁式和固支梁式锁定爪的最大实测锁定力分别为434N和2193N,试验结果表明,有限元分析结果更接近实验值。最后通过试验验证了生产滑套的高温密封性能,该生产滑套满足设计要求。

投球式水力振荡器在渤海定向井的应用

主要介绍了该工具在渤海某井的应用情况。水力振荡器已作为大位移井、水平井减摩降阻、提速提效的重要手段被广泛应用。目前,各大油田仍以常规水力振荡器为主。但是常规水力振荡器开泵即工作产生振动,在浅层作业时,水力振荡器的无效振动会对钻井设备如顶驱等产生不同程度的影响。投球式水力振荡器实现浅层不工作,到达指定位置振动的作用。

采油井井下涡街流量计的研制与试验研究

针对油井分层监测与开采过程中的井下充分混合的油水两相介质流量测量问题,研制了一种基于卡门涡街原理的采油井井下涡街流量计。搭建了地面测试系统对其工作性能进行试验,首先利用清水介质对流量计进行标定,然后探究流量计在充分混合的油水两相介质中的测量精度。试验研究发现,涡街流量计在充分混合的油水两相介质中的流量测量值略低于实际流量;在相同流量下,降低两相介质的含水率会导致涡街流量计的旋涡脱落频率降低;此外,大流量工作状态下,环境振动对测量结果的影响被减弱。与采油井井下流量的测试需求相对照,研制的涡街流量计能够在清水标定、不需额外修正的情况下,完成采油井井下充分混合的油水两相介质的流量测量。

海上油田固井防砂一体化技术

为了解决老井开窗后固井与防砂问题。根据海上油田层系复杂、出砂严重、作业日费高等特点,研究了一种适用于海上油田的新型固井防砂一体化工艺技术,该技术一趟钻将防砂管柱与固井管柱下入井内,然后通过在不同位置的操作,可实现上部问题井段的固井作业和下部油层段的防砂作业,作业过程中可控制防砂段的静液柱压力,防止地层坍塌,作业结束后无需钻塞,避免了水泥对储层的污染,完井后管柱通径较大,利于后期开采或修井作业。该技术解决了长期困扰海上油田老井改造的技术难题,同时该技术在降低完井成本和后期作业难度等方面起到了积极作用。

可溶球智能压裂投球器的研制

在低渗油气藏的开发开采中,水平井分段压裂技术应用较为广泛,近年来常用的水平井分段压裂技术是投球滑套配合可溶球的压裂工艺。由于可溶球投球前不能与水接触,目前还没有适合投可溶球的投球器,针对此问题,研制了可溶球智能压裂投球器。该投球器可以在带压作业下通过自动控制实现连续投入24个直径28~76mm的可溶球,投球检测装置可以实时检测球的入井情况,确保压裂作业的连续性与可靠性。

深水弃井作业一体化技术及关键工具研究

现有的深水弃井作业程序需要多趟钻才能完成,作业成本高,且注水泥管柱下入困难。为了提高弃井的作业效率,研究了深水弃井一体化工艺,设计了关键工具,并进行了试验验证。结果表明,该技术可以一趟钻完成切割套管、注水泥封固井口、回收井口头作业,可以降低弃井作业成本,简化作业程序,提高作业的可靠性。

尾管送入导向接头的研制与应用

针对纯液压或机械式导向接头丢手失败后无法二次丢手及导向接头送入尾管过程中遇阻不允许转动的问题,研制了具有液压和机械2种丢手结构的尾管送入导向接头。通过对导向接头关键零部件——钢球悬挂结构和导向结构进行理论分析计算和多次试验,验证了液压丢手机构和机械丢手机构设计合理、剪切压力稳定,各项性能达到设计要求。截至2017年12月,优化后的导向接头已在渤海、南海和大港等油田累计应用17井次,尾管送入井深1 457～3 931 m,球座剪切压力15. 1～16. 2 MPa,导向接头丢手成功率100%;上接头平均可重复使用4次,显著降低了导向接头成本。现场应用结果表明:进行QPQ工艺优化处理后的导向接头耐冲蚀性能明显提高,达到了重复使用和降本增效的目的。

中短半径井眼固井防砂一体化管柱研究与试验

为了解决渤海油田中短半径裸眼井固井防砂一体化作业无适用管柱的问题,针对渤海油田的开发情况与技术现状,设计了一套适用于中短半径井眼的固井防砂一体化管柱,对其安全性、通过性的分析结果发现:该管柱在下入过程中不会出现螺旋弯曲,安全性达到了要求;可以顺利通过最大狗腿度为19.28°/30 m、曲率半径为89.20 m的井眼.试验井试验和现场试验均表明:中短半径井眼固井防砂一体化管柱的安全性和通过性达到了设计要求,能实现实现一趟钻完成上部井段固井作业和下部储层段选择性固井和砾石充填防砂作业的功能,能够满足渤海油田中短半径裸眼井实施固井防砂一体化作业的需求.

无限级压裂固井滑套及关闭工具的研制

分段压裂技术已成为低渗致密油气藏提高产量的有效技术手段,尤其是液压式分段压裂技术能实现无限级层段压裂施工改造,改造后可保持原套管通径。为了解决现有固井滑套只能采用液压开启,后期无法关闭,且现有的关闭工具不具备强制脱手功能而无法满足油气藏安全开发的技术问题,研制了无限级压裂固井滑套及其配套的关闭工具,并对固井滑套和关闭工具的关键部件进行了有限元分析,验证了工具结构的合理性。测试结果表明,该固井滑套可承受60 MPa压差,液压开启压力约为16 MPa,结构简单,性能可靠;关闭工具在不低于1 MPa的压差下开关块完全突出,可有效进行固井滑套的关闭动作,其强制脱手拉力约为4 kN。研制的无限级压裂固井滑套可实现液控开启和机械关闭,关闭工具具备强制脱手功能,可有效避免在固井滑套关闭过程中因拉力过大造成的连续管拉断风险。

一种新型井下防漏失板阀研制

阀板式防漏失阀可以防止井筒工作液漏失,避免储层污染。现有的阀板式防漏失阀对开关载荷敏感,且对阀耳的强度要求高。研制了一种新型防漏失板阀,提高了阀板打开的可靠性。介绍了设计原则及阀板结构。采用有限元法分析阀板和阀座分别在5.0、17.5和35.0 MPa的液体压力下接触面的密封情况,其平均接触压力分别为6.3、263、400 MPa,满足密封要求。以柴油为介质,在常温、高温下测试该阀的金属密封性能,符合要求。新型阀板式防漏失阀更加适用于固相含量高的复杂油井,具有推广应用前景。

防漏失与分层开采一体化工艺及工具研制

在油气田开采后期,面临着储层亏空、开发层系多等问题,出现储层易污染、增加修井难度等现象,影响了储层开采效率。探讨了地层防漏失和分层开采一体化工艺,研发了适用于此工艺的防漏失阀和分层开采丢手工具,实现了Y型生产管柱、防漏失阀及分层开采管柱一趟下入的新型工艺。试验表明,一体化工艺解决了生产管柱和防漏失阀一起下入的问题,提高了后期修井作业效率,缩短了返排时间,减少了储层污染。

高效切割一体多刀水力割刀研究

海上油田修井作业时需要使用水力割刀对防砂管柱进行多次切割打捞作业。切割作业时常规水力割刀只能切割一次,需要多次起下管柱更换割刀,作业效率低。针对此问题,分析了传统水力割刀结构、工作原理以及提高割刀切割能力方法,采用增加割刀数量方法,研制了一种一体多刀水力割刀,并对其结构和工作原理进行了介绍。结合割刀换向原理,建立了换向机构几何模型,分析计算其节流压力符合作业要求。试验井测试结果表明:一体多刀水力割刀可根据泥浆循环流量,选择性张开割刀,割刀张开所需流量稳定,割刀张开顺序有序;单趟钻可至少切割防砂管柱三次,降低了切割防砂管柱时起下钻次数,提高了切割效率。研究结果可为水力割刀研究提供新的设计思路。

短半径水平井砾石充填防砂工艺在海上油田E19H1的应用

本文根据套管侧钻水平井完井工艺的特殊性和复杂性,介绍了一种短半径水平井砾石充填工艺,确定了短半径砾石充填完井管柱的结构组合,并建立了完井管柱下入不同井深力学模型,模拟分析完井管柱与井眼曲率适应性以及砾石充填成功性,并通过室内试验进行了验证,通过理论分析和试验验证,表明了该工艺的可行性,且该工艺已在渤海油田E19H1井成功应用。

永久式封隔器快速回收技术研究及在渤海油田大斜度井侧钻施工中的应用

在油田开采后期开发新层系或开窗侧钻以改善油气藏采收效率施工中,通常采用磨铣或套铣技术将封隔器磨成碎屑,通过泥浆循环将碎屑携带出井筒,作业周期长。使用水力切割在封隔器上卡瓦和固定销钉之间的中心管和上椎体切断,上卡瓦没有下椎体的支撑,上卡瓦收回,封隔器上半部分处于解封状态,使用可退捞矛可将割断的上半部分封隔器取出。经过现场使用,该方法取得了良好的效果。

QT-127型全通径无级投球压裂滑套研制

水平井分段压裂技术是高效开发致密油气藏的主要手段。常规投球滑套+裸眼封隔器分段压裂技术的分层数量有限,无法满足致密油气藏的精细开发需要。研制了一种全通径无级投球滑套,球座的内径相同,球座与压裂滑套采用分体式设计。该滑套随压裂管柱一起下入井内,压裂作业时,球座与可溶压裂球一起投入压裂管柱内,加液压力使滑套开启。功能试验表明,投入式球座可通过不同级别滑套,并实现同级别滑套打开。球座经过50次通过性能测试后,硫化橡胶与胶筒密封性能满足作业需要。

渤海油田注水井不动管柱微压裂工艺研究与应用

渤海油田注水井长期注水后效果不佳,需要通过压裂提高注水能力。常规压裂工艺起下管柱时间长、作业费用高,为此设计了一种注水井不动管柱微压裂工艺。关键工具是一种新型井口保护器,其上部连接压裂管线,下部连接油管挂,压裂液不经过采油树,直接进入注水管柱。不动管柱微压裂工艺在F8等井成功应用,准备时间1 h,作业时间12 h,节省了150 h,地层吸水指数增加8.2~9.4倍。不动管柱微压裂工艺可大幅度缩短压裂作业时间,提高注水能力,为渤海油田增产增注提供保障。

螺杆钻具拆卸工艺研究

针对定向井、水平井及多分支井数量增加,螺杆钻具需求量不断增加的问题,为了保证螺杆钻具出厂合格率和减少螺杆钻具现场事故率,本文对螺杆钻具结构及工作原理进行介绍,同时,对螺杆钻具拆卸过程进行详细阐述。

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。

岩石破碎过程中延-脆性转化特性研究

钻头的破岩提速是钻井作业中的永恒话题。对于PDC钻头,其切削深度超过临界转化深度时破岩节能效率更高。因此,研究PDC钻头破岩时的延-脆性转化规律具有实际工程意义。本文通过理论分析,分别从破碎比功、能量分配、岩屑粒径特性以及微裂纹形成特征四个角度确定了研究PDC钻头破岩过程中延-脆性转化的判定指标。然后提出一种研究PDC钻头破岩过程中的延-脆性转化问题的判定指标组合分布法。在此基础上,建立起单齿切削红纱岩的离散元数值模型。