连续油管作业的数字孪生及其下入性

连续油管是油气行业的重要工具,实际作业下入过程的存在与传动理论分析结果差异较大,倒是现场作业面临多次下入,造成连续油管的安全隐患。针对其下入性问题,提出了连续油管的数字化模型,建立了下入过程的接触状态算法、载荷分析物理模型,对下入的全过程进行同步孪生,实现了对下入连续油管实时计算的管柱承载状态与强度校核,以及对连续油管下入性的全过程分析。结果表明:连续油管下入过程中的接触状态随下入深度实时变化,管径比和摩擦系数是下入过程自锁判定的显著影响因素。本研究所提出的分析方法可有效服务于连续油管现场作业以及实时作业安全评估,并为连续油管的使用寿命分析提供重要依据。

大斜度长水平井油管下入性力学分析

大斜度长水平井眼中,水平井段的长度较一般井眼要长,随着油管与井壁的接触面积不断增大,摩擦阻力也逐渐增大,从而导致油管产生“自锁”现象,使得油管难以下入到预定井深,严重地限制了油气井的开发效率。针对这个问题,本文充分考虑井眼几何参数、油管几何参数、油管刚度以及屈曲问题,对不同屈曲状态下的油管进行受力分析,分别建立三种屈曲状态下油管的力学模型,采用安全系数法结合第四强度理论对油管的下入性进行研究。利用MATLAB分析软件,研究管径、摩擦系数与油管下入性的关系,研究结果表明27/8外加厚油管在摩擦系数为0.2时能够下入到指定井深。引用安全系数法并结合第四强度理论对油管的应力进行校核,数值计算结果与分析结果一致。

水平井完井管柱摩阻预测模型建立与下入性分析

水平井井眼轨迹复杂,完井管柱下入到弯曲段后将与井壁大面积接触,所受的摩擦阻力将大大增加,使完井管柱发生大的变形甚至屈曲变形以致不能顺利下入。为此,分析了水平井完井管柱下入过程中的受力情况,建立了管柱三维摩阻预测模型,根据建立的模型,利用VB语言编制了分析软件。分析软件对井眼数据采用三次样条插值法处理,并采用建立的摩阻计算模型求出完井管柱在下入过程中的总摩阻力。实例计算表明,建立的摩阻计算模型有较高的准确性,所开发的软件可用于大斜度井及水平井完井管柱的摩阻预测。

单弯螺杆钻具下入套管可行性分析

为满足造斜和复合钻井的需要,常需使用单弯外壳螺杆钻具。由于套管内径较小,螺杆钻具壳体存在结构弯角,弯螺杆钻具能否顺利下入井口段套管是目前现场面临的一个重要问题。研究单弯螺杆钻具通过井口套管时的力学特性,对于指导现场合理选取螺杆钻具组合具有重要意义。采用有限元法,分析了Φ172mm单弯螺杆钻具在下入直井段Φ244mm套管时的应力分布规律,以及不同弯角大小对单弯螺杆钻具下入性的影响。结果表明,结构弯角小于2.5°时,Φ172mm单弯螺杆钻具能够依靠自重顺利下入Φ244mm套管,螺杆钻具结构弯角为2.75°时,需要额外施加外力才能将螺杆钻具强行压入套管。

QT-900系列连续油管轴向载荷及极限下入深度分析

连续油管技术因其高效、便捷的优点被广泛应用于油气资源的开发中,与常规油管相比,由于连续油管刚度小,在大斜度井和水平井中存在下入困难的问题。为研究连续油管的可下入性,应用管柱力学理论,分别分析4种不同规格的QT-900系列连续油管在井眼垂直段和水平段的轴向载荷及极限下入深度。通过算例分析,归纳出连续油管下入性判定准则。该研究可为连续油管极限下入深度提供理论依据和技术支持。

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一,传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此,提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺,结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况,首先,提出了基于"铝合金+碳钢"的多材质复合管柱组合及设计方法;其次,开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价,并优选出了适合于"铝合金+碳钢"多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型;最后,研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法,并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用,进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。