基于热流固耦合的分级注水泥器失效分析

针对分级注水泥器在实际固井使用过程中出现的循环孔打不开、关不上等失效问题,基于热流固耦合分析理论和CFD数值模拟方法,结合某油井的实际固井数据,建立从井口到分级注水泥器位置处的完整三维有限元模型.运用流体计算软件得到不同流体在不同井深位置处产生的压力与温度,将流体域求得的压力与温度传递到固体域,对分级注水泥器变形进行分析.结果表明,固井过程中注入不同流体产生的压力不同,压力对分级注水泥器的变形量有较大影响,本体与滑套的变形是导致循环孔无法正常打开或关闭的主要原因.

基于响应面法的分级注水泥器结构优化

分级注水泥器在实际使用过程中结构刚度不能完全达到固井需求,经常由于结构变形造成循环孔打开或关闭失败。为此,采用响应面优化方法对分级注水泥器本体和滑套的5个关键尺寸参数进行改进,以达到提高结构刚度的目的。优化结果表明:采用拉丁超立方试验设计法的计算结果拟合出滑套最大变形量与质量,本体总变形、径向变形及质量的响应曲面;根据拟合的响应面,通过多目标遗传算法预测出滑套和本体设计变量的最优参数组合,并进一步构建了相应的优化模型;通过对滑套及本体进行热流固耦合分析可得,优化后滑套最大变形量减少了47.3%,本体最大总变形量减少了32.0%,本体最大径向变形量减少了62.7%。所得结论可为分级注水泥器设计提供理论参考。

封隔式分级注水泥器在普光气田的应用

针对普光气田海相井气层保护固井—打“悬空塞”固井工艺,工序多,施工成本高,井控风险隐患大,生产过程存在环空带压风险等问题,笔者团队研发了177.8 mm封隔式分级注水泥器,实现环空封隔与分级注水泥联作控制,注水泥孔打得开、关得上,密封严;环空裸眼封隔压力高,可应用于普光深层顶部注水泥工艺。该工具在中国石化“示范井工程”普光某井首次试验成功,又在大湾某井应用成功,封隔环空、实现对下部气层的有效保护和顶部的注水泥作业,保证固井质量,节省钻井周期,提高施工安全性。封隔式分级注水泥器在普光深层的成功应用表明,该工具不仅可用于深层、超深层漏失井分级固井工艺,也可应用于产层顶部注水泥工艺。

水平井完井用可捞式分级注水泥器

为解决常规ф139.7 mm分级注水泥器在固井结束后存在的附件钻除难题,研制了一种新型的适用于水平井完井的可捞式分级注水泥器。通过开展高承载打捞机构、大间隙密封和压胶塞替浆等关键结构和工艺的研究,实现了固井后内部附件一次性提出井口,无需钻除作业即可达到全通径的应用要求。地面试验和入井试验表明,可捞式分级注水泥器的打开和关闭功能正常,内部附件可顺利打捞出井口,满足了现场应用条件。

分级注水泥器与管外封隔器的选用

河南油田在某多目标定向井固井油层显示井段较长,下部裂缝较发育,为防止水泥浆漏失而污染裂缝性油层,通过采用分级注水泥器、管外封隔器与防漏增韧低密度高强度水泥浆相结合的固井技术措施,达到了降低施工安全风险、提高固井质量并有效地保护裂缝性油层的目的。

水力激荡对筛管顶部分级注水泥器的影响分析与对策

随着石油探勘开发向深井、高压井和复杂井的不断延伸,筛管顶部注水泥工艺得到广泛应用,但压差式分级注水泥器在现场作业过程中出现提前开孔的问题越来越多,严重影响了施工周期和质量。针对筛管顶部分级注水泥器提前开孔原因进行分析,结合现场实例进行了理论计算,得出水击压力和抽汲压力产生的水力激荡是导致分级注水泥器提前开孔的根本原因,在此基础上设计研制了水力激荡释放短节,并分别进行了室内测试和多井次的现场应用,结果表明所提出的方案效果显著,解决了筛管顶部注水泥工艺中分级注水泥器提前开启的问题。

自通径液压分级注水泥器

在 177 8mm、 139 7mm或 12 7mm油层套管使用普通分级注水泥器进行作业时 ,需换小钻具钻掉分级注水泥器内部结构 ,这不仅延长建井周期 ,而且影响固井质量。根据现场实际情况 ,研制了自通径液压分级注水泥器。室内及现场试验表明 ,这种注水泥器的试验数据与设计理论计算值基本吻合 ,清水密封试压 30MPa ,30min不渗不漏。在 3口井的试验中 ,最大下入深度 2 86 4 32m ,最大井斜 2 8° ,均电测顺利到底。每口井节约钻井成本 2

钻分级注水泥器井口改进装置及应用

针对钻分级注水泥器施工过程中不能准确控制加压载荷,易造成循环过程中钻压过大,钻头进尺过慢等问题,提出了一种钻分级注水泥器井口改进装置。首先介绍了螺杆钻具的工作原理及输出特性,然后分析了螺杆钻具的基本性能,从钻压和排量两方面来考虑提出了一种井口装置改进的新方法。最后以刘7-8H井成功实践为例,表明了该方法具有较广泛的应用前景。

自通径分级注水泥器的研究与应用

自通径分级注水泥技术克服了常规分级注水泥技术作业后,必须下小钻杆钻水通井的技术难题,并提高了固井质量。文章介绍了一种通径分级注水泥器的基本结构、性能参数及其工作原理,室内试验表明性能可靠、使用方便。今年该工具在长庆采油六厂成功应用40口井,缩短建井周期80余天,为钻井提速提供了有效保障。

分级注水泥器的技术现状与发展趋势

介绍了常规分级注水泥器和特殊分级注水泥器的技术现状,并分别就免钻塞式分级注水泥器、内插管式分级注水泥器及气密封式分级注水泥器的结构和性能特点进行了简单的分析说明,同时指出了分级注水泥器必将在尺寸、材质及结构上不断完善和提高,呈现多元化的发展趋势。

国内分级注水泥工艺需求与开发对策

为适应国内石油钻井复杂的环境和提质提速提效的双向需求,近几年不断有新型的分级注水泥器被研制应用。这些新型分级注水泥器包括:滑脱式免钻塞分级注水泥器、打捞式免钻塞分级注水泥器、特殊尺寸分级注水泥器、防腐蚀的分级注水泥器、气密封分级注水泥器、封隔式分级注水泥器等。这些特殊分级注水泥器针对各油田的特殊需求而研制开发并成功应用。介绍了国内近几年针对市场需求研制的几种分级注水泥器,并就其发展方向提出了建议。

新型筛管顶部注水泥工艺及配套装置分析

针对传统筛管顶部注水泥工艺中,管内液柱振动易导致分级箍提前开孔,管外封隔器提前涨封等问题。提出新型筛管顶部注水泥工艺方案,研制2套独立的配套装置。该装置集管外封隔器、分级注水泥器、平衡阀、球座为一体,用球座和平衡阀替代常规管柱中的盲板结构,改变传统管柱结构中的“死腔”形式。新型结构在下套管过程中不产生水击压力。如果发生管柱遇阻情况,通过开泵循环的方式能帮助套管下放到位,避免了常规工艺中的施工风险,具有良好的应用前景。

塔里木盆地深井超深井分级固井新技术与应用

塔里木盆地深井、超深井二叠系火成岩裂缝层发育,固井过程中易发生失返性漏失,导致套管环空无水泥环井段长以及固井质量较差等一系列问题。文章研发了一种新型封隔式分级注水泥器,通过封隔器膨胀实现环空封隔,防止一级固井施工结束后分级注水泥器以下的漏失层返吐污染二级固井水泥浆,避免二级固井时井下发生漏失,减少固井后管外无水泥环的长度等。联机性能测试实验表明,在井径扩大率≦10%条件下,可实现环空封隔能力达35 MPa。目前,该封隔式注水泥器已经在塔里木盆地易漏失井推广应用100余井次,实现了二叠系漏失层技术套管的二级固井水泥浆一次性上返和裸眼全封,有效助推了油气勘探开发的提速提效,实现了综合固井质量提高30%~40%,改变了以往漏失井技套只能采取“正注反挤”工艺的施工现状,成功为长裸眼易漏井固井施工探索出一条全新的解决方案,具有广阔的应用前景。

水平井免钻注水泥装置的应用

水平井免钻注水泥装置是将常规分级注水泥完井中的分级箍、套管外封隔器、盲板等工具进行组合一体化设计的完井装置。施工时采用常规固井工艺，固井后下入钻杆打捞出完井装置中的循环塞体，实现免钻完井。封隔器总成具有定压开启、定压关闭、自动保压等功能，具备常规筛管顶部注水泥施工中水泥承托的全部功能；打捞式分级注水泥器总成包括打捞总成、循环滑套总成、解封总成等几大部分组成。循环总成能够实现在一定压力条件下循环滑套的打开和关闭，打捞总成可以实现在完成固井施工后由专用捞矛捞出。

顺南区块系列特制固井工具的研制与应用

顺南区块超深、超高温、高压、含酸性气体等极端井下条件给固井工具带来严峻挑战,开展适应顺南区块需求的固井工具的技术研究具有重要意义。通过分析顺南区块固井技术难点及常规固井工具的不足,针对性的开发了系列特制固井工具:内嵌式尾管悬挂器、新型分级注水泥器、封隔式尾管回接工具和配套的高性能工具附件,分析了这些固井工具及附件的结构特点和技术优势。系列特制固井工具在顺南区块7口井均获得成功应用,解决了固井技术难题,显示其良好的推广应用前景。