固井趾端滑套研制与现场试验

针对水平井桥塞射孔联作分压工艺首段采用连续油管传输射孔,存在施工费用高、作业时间长、特殊井况连续油管无法下入等问题,开展了固井趾端滑套技术研究。趾端滑套与油层套管一起下入固井完井,通过井口憋压开启即可进行首段压裂作业,同时为后续层段桥塞泵送提供液体通道。文章设计了趾端滑套完井压裂工具,抗内压强度132 MPa,开启压力可调,具有开启可靠、便于压裂等优点。室内试验合格后,在新疆油田玛湖地区超长水平井开展现场试验,完井作业过程中趾端滑套承压可靠,顺利完成固井施工;压裂作业过程中趾端滑套成功开启并完成首段压裂施工,解决了连续油管无法下入射孔的问题,同时节约作业时间1 d。结果表明,研制的固井趾端滑套可以满足现场作业需求,为水平井安全效益改造提供了一种有效手段。

基于有限元仿真技术的超大通径悬挂器的研制与应用

常规悬挂器由于通径小无法胜任膨胀筛管完井作业,并会给后续作业带来更大的风险。针对此问题,研制出一种径厚比超过8的超大通径悬挂器,将主体坐封、坐挂、下入传扭、丢手等功能结构全部集成到服务工具中。首先介绍了超大通径悬挂器的结构特点和工作原理,并对核心零部件胶筒进行了有限元分析,然后制造了悬挂器样机,开展了悬挂器的多项性能测试。分析和实验结果表明:防液锁球座密封性能良好;悬挂器坐挂、胀封、丢手动作顺畅,与设计预期相符;悬挂器的胶筒承压大于25 MPa;卡瓦以及基管等结构件可承受50 t悬挂力载荷;其性能指标满足膨胀筛管现场施工使用要求。

芯轴式套管悬挂器金属密封设计及性能分析

为了避免芯轴式套管悬挂器密封失效,根据芯轴式套管悬挂器的结构及密封工作原理,设计了一种新型的金属密封结构。建立了芯轴式悬挂器密封性能有限元模型,研究了不同顶丝压力和套管悬重对密封锥面变形及接触压力的影响。结果表明:随顶丝推力的增加,上、下密封锥面上平均接触压力都增加,有利于实现密封;随套管悬重的增加,上密封锥平均接触压力增加,下密封锥平均接触压力减小,除下内锥面外,均能满足密封要求。研究结果可为芯轴式悬挂器密封部位的结构设计提供参考。

固井装备自动控制及配套技术研究

国内固井设备存在操作控制繁琐,自动化控制系统仅限于固井车自身,未实现机组的自动化控制及人员因素对固井作业质量影响程度较高的问题。本文在调研了解国内大型固井施工作业工艺和固井设备的应用情况基础上,通过对密度自动控制及流程控制的优化,实现了固井设备自动控制功能的优化;通过对现有供灰设备组成和供灰流程分析,制定了自动供灰逻辑流程,形成了自动供灰系统配套方案;综合目前国内环境保护要求和现场清洗用水情况,对固井设备清洗流程进行梳理细分,设计高效节水的清洗流程,实现了一键式自动清洗作业,提高设备整体自动化程度。

1600型连续工况柱塞泵研制

1600型连续工况柱塞泵主要用于页岩气固井作业。整泵体积小、重量轻,有效连续作业功率达到1600马力,可实现单泵独立完成大排量、高压力、长时间不间断作业,有效弥补现有1000型固井泵作业能力不足。整泵所有零部件国产化,且固井作业性能显著优于当前常规固井泵,可更好的满足深井及超深井固井要求,有效提升固井质量,降低了装备管理成本。

150℃/105 MPa全通径可溶堵塞器研制与应用

为了满足带压完井作业对于内封堵工具不断升级的可靠性与效能需求,以全通径可溶堵塞器为研发对象,分析了工具承压关键结构与耐温性能的关键因素,提出了一种解决高压应力集中与材料安全强度矛盾的设计思路。研究结果表明:(1)通过CAD/CAE一体化设计方法,确立了更为安全可靠的承压封堵结构;(2)基于高温力学实验数据,通过对可溶镁合金材料化学配方的优选,筛选出最佳材料组合,解决了材料高温力学强度和可溶解性之间的矛盾;(3)利用等离子增强气相化学沉积法(PECVD法)制备多层纳米防护膜,提升了工具耐腐蚀性能,确保可溶堵塞器承压稳定可靠的基础上又能后期快速溶解。结论认为,所研制的全通径可溶堵塞器具备较好的耐温与承压能力,以及耐腐蚀性能,作业完成后可以快速溶解,不留任何残留物,有利于下一步作业实施,为带压完井作业和非常规油气藏高效开发提供了一种更为可靠的、绿色经济的工具解决方案。

砂岩气藏水平井体积压裂中Y341封隔器裂缝控制模拟

使用Eclipse软件建立了体积压裂中Y341封隔器裂缝控制模型,在该模型中以不同段数、段长、裂缝夹角、裂缝半长、裂缝密度和裂缝导流能力作为控制因素,约束Y341封隔器对裂缝的控制能力。模拟结果显示:在约束参数控制下,Y341封隔器可完成裂缝控制,提高致密砂岩气藏水平井中的天然气采集量。

环空带压先期预防封堵工具研究与应用

针对储气库等气井环空带压问题的先期预防环空封堵工具,采用液压方式完成第一、二胶结面的先期有效密封,后期利用自膨胀材料对微裂缝进行补偿密封,阻止油气上窜,同时利用减震锚定机构,降低管串振动对胶筒封堵效果的影响。通过数值模拟方法对工具关键结构进行模拟分析,封隔能力能达到50 MPa以上,锚定减震机构针对P110套管的最大锚定力小于600 kN,减震效果明显,工具功能及分析结果均得到现场试验有效验证,应用井环空带压预防效果明显,环空带压问题得到改善。

整体式弹性扶正器结构参数分析

随着钻井作业需求及技术的发展,作业深度越来越深,井下作业环境变的复杂多变,对弹性扶正器的性能提出了更高的要求。整体式弹性扶正器的核心部件——扶正器弓片的弹性性能是衡量整个扶正器性能的关键指标。弓片的复位力和其应变能密度是评估弓片弹性特性的重要参数,直接影响着扶正器的工作效率和可靠性。对建立的井眼-扶正器-套管有限元三维模型进行了分析;基于响应曲面法,研究并分析了扶正器的弓片弦长、壁厚、弓片宽度三个结构参数对扶正器复位力与应变能密度影响规律;通过试验验证了有限元分析的可靠性。研究结果表明:影响复位力的主次因素依次为壁厚、弓片宽度、弓片弦长;影响应变能密度的主次因素依次为弓片宽度、壁厚、弓片弦长。研究结果可为整体式弹性扶正器几何结构对复位力与应变能密度分析提供理论参考。

致密油气尾管回接不固井压裂井筒技术研究与应用

为解决致密油气储层改造对高承压井筒的需求、生产效益对低成本建井的要求、生产技术对大井径的要求及安全高效开采等之间的相互矛盾,研究了尾管回接不固井压裂井筒技术。通过分析储层改造及开采生产施工阶段对井筒性能需求侧重点不同,提出尾管固井后进行即插即锁的非固井回接,为储层改造压裂施工提供全通径、高承压井筒条件;通过研究固完井一体化技术组合,提出了尾管固井工具功能向完井功能延伸的结构设计与工艺应用。通过分析压裂过程中回接完井管柱的轴向受力,为锚定锁紧机构优化设计、回接管柱施工及压裂施工排量及压力等参数优化提供参考。该技术在中石化华北油气分公司、胜利油田等多区块致密气藏的500余口大斜度井、水平井进行了应用,施工压力总体较高,总体效果良好。研究表明:尾管回接不固井压裂井筒技术可以解决压裂施工对套管水泥环破坏引起气窜而导致井口带压危及安全生产的技术难题,为致密油气藏高效安全开发提供一种低成本、高承压、全通径及易操作的新技术方案,促进油气高效开发。

大位移井完井管柱下放受力优化

随着对复杂油气藏高效开采、降低开采成本等需求的日益增长,对大位移井的需求逐渐增加。然而,由于大位移井水平位移大、造斜点浅、深部稳斜段长等特点,在完井管柱下放过程中易出现扭矩大、摩阻大、管柱屈曲等问题,导致完井管柱难以下放到指定深度,而对大位移井完井造成不利影响,限制了大位移井的应用。为明确大位移井完井管柱的下放规律,提高大位移井完井作业的成功率,众多学者针对大位移井管柱下入开展了计算研究,逐步建立并完善了数学计算模型。廖华林等建立了大位移井中套管柱的下放摩阻计算数学模型,为计算管柱下放过程中的悬重和摩阻提供了依据。高德利等指出扭矩和摩阻是影响大位移井管柱下放的关键因素,据此建立了大位移井摩阻和扭矩的计算模型,并对管柱在下放过程中的受力情况进行分析。薄和秋等考虑大刚度管柱在高曲率井眼中的摩阻扭矩计算误差。

固井设备自动混浆和远程控制系统技术研究

本文深入研究了石油和天然气行业中的自动混浆技术与远程控制系统技术,并探讨了它们在固井工程中的应用。自动混浆技术旨在优化水泥浆料的混合过程,确保井筒的稳固性和安全性,以及提高生产效率。远程控制系统技术允许操作员在远距离监控和控制设备,减少了操作风险,提高了操作效率。本文还介绍了自动混浆和远程控制系统的融合,以及它们在数据共享、协同作业和故障诊断方面的应用。这种集成技术为石油和天然气行业的固井工程带来了巨大的好处,包括降低操作成本、提高生产效率和操作员的安全性。

苏里格气田调层井套管修复技术研究与应用

苏里格气田属于低产、低压、低丰度的典型致密砂岩气藏。由于开发年限较长,区块大部分气井生产已进入中后期,原生产层位无气量气井逐渐增多,调层补孔技术是一种在利用原井管柱的前提下,通过封堵原生产层位,射孔压裂新潜力层位,即可让气井恢复产量,极大节约气田开发成本,恢复老井生产的技术手段。近年来,老井调层补孔工艺对恢复无气量气井产能,取得了一定的效果,但通过现场实际施工过程中发现老井套管出现不同程度上的单井段或全井段多处破损、腐蚀,已不具备密封承压效果,亟需采取新技术进行套管补救。分公司针对套管出现单处或多处漏点,采取了膨胀管补贴技术与套中套技术,实施2井次现场应用。实施结果表明,2种技术手段均有效地对原套管漏点进行了补救,现场承压试验合格,压裂射孔投产后,气井取得了较好的产量预期。

洗井车的研究与应用探究

某油田经过多年生产开采后,已经逐步进入了生产开采后期阶段,为进一步提升油田注采效率、改善近井低地带底层污染、提升地层注水能力,要有效提升和改善洗井效率和质量。传统洗井作业中主要采取的是罐车拉运的方式,但是在这种方式下,洗井作业存在不连续、不彻底的问题。为了有效解决当前注水井的洗井问题,避免因洗井不彻底而导致井况产生异常,根据油田洗井作业的实际需求,并以油田行业安全环保生产为基准,积极开展了洗井车设计试验。根据研究发现,连续循环洗井车可以实现就地回注,也可以大幅降低水中悬浮物及油污含量,在油田水井洗井作业中有着不可替代的作用。

SGJ1000型电动固井装备设计及研制

SGJ1000型电动固井装备是一种集混浆、泵注为一体的自动化油田作业设备,可用于极地冷海钻井工程中进行固井施工作业。该装备能够实现单机独立完成大排量、高压力、长时间的固井作业需求,自动化程度高,可一人完成固井施工作业,有效降低了操作人员劳动强度及固井施工人工成本。本文介绍了SGJ1000型电动固井装备的主要性能参数,通过设计计算验证其合理性,能较好地实现极地冷海固井作业需求。

射孔段套管损伤监测系统的设计

阐述井下探测系统整体结构,分析发射模块激励方式,并对激励电路进行设计,探讨发射线圈参数对关断时间的影响和二次场接收模块的优化,使用GMR传感器阵列实现二次场接收。

喷嘴湿气井两相流在线计量装置研究及应用

传统的湿气井计量大多采用分离法,存在工艺流程复杂、造价高昂、占地面积大等缺陷。研制了以喷嘴为节流元件的湿气井气液两相流在线计量装置。应用Fluent软件仿真模拟了单相气、单相液、气液两相流过装置的流动特性,计算了虚高系数,建立了气液两相含率在线计量模型。CFD研究及现场应用表明:该装置模型计量精度高,气相计量误差在5%以内,液相计量误差在8%以内。该装置结构简单,可以将温度、压力、差压、气流量、液流量集成在一个表头显示,可以异地重复使用,维护量少,降低计量设备安装与维护成本,满足气田开发工程计量的需要。

套管浮箍浮鞋选型分析及失效预防措施

浮箍浮鞋失效会造成管内留塞,环空水泥浆返高不够,增加作业时间和成本。对比分析了不同类型浮箍浮鞋的结构和技术特点。结合API标准,介绍了浮箍浮鞋的主要性能评价指标和测试标准。分析了浮箍浮鞋失效的影响因素,并提出针对性的预防措施。为不同井况下浮箍浮鞋的合理选型及提高使用成功率提供参考。

耐高温可溶完井封隔器研制及应用

裸眼完井是实现低压、低渗透油气层增产的重要措施之一,而完井封隔器工作性能是决定其成败的关键。以塔河油田为例,碳酸盐岩储层酸压后建产,生产过程中出现因生产压差控制不当、泥岩段裸露等因素造成井壁坍塌,导致井眼内完井封隔器无法解封、打捞磨铣工作费效比高等问题。为此,文章设计了一种可溶解易钻除的完井封隔器,采用柔性锚瓦结构及复合骨架,有效防止钢骨架过大变形对胶筒破坏;研发耐高温可溶解橡胶材料,满足扩张式封隔器大拉伸率和高温要求,同时封隔器的金属材料及橡胶材料在酸压后可在井筒液体中自行溶解。通过地面评价实验验证了所研制完井封隔器的耐高温和耐酸性能,在塔河油田的应用中封隔器下入顺利、坐封显示明显,在大规模酸压施工及求产过程中套压无异常。结果表明,所研制的耐高温可溶解封隔器能够满足完井—酸压—求产一体化作业需求,对提高深层油气开发效率具有重要价值。

UPP-9型笼式卡瓦高温高压完井封隔器研制

提出的卡瓦结构设计方法涵盖材料评估与选择、卡瓦组件结构优化、卡瓦结构参数优化、卡瓦测试验证等流程。应用该方法设计了可以控制启动载荷的上、下笼式卡瓦组件结构。结合ANSYS有限元分析、样机测试等方法,对所设计的笼式卡瓦组件进行优化设计与试验验证。对带有防挤出护肩的2种胶筒密封组件的试验研究表明,带隔环的三胶筒结构更为优异。在此基础上,研制了高温高压液压坐封永久式封隔器,额定工作压力68.94 MPa(10000 psi),额定工作温度204.4℃(400℉)。测试结果表明,所研制的封隔器符合API SPEC 11D1标准V0级测试要求。