非均匀载荷下厚壁套管抗挤强度分析

非均匀地应力下套管柱强度设计须考虑非均匀载荷对其强度的影响,对此国内外众多学者进行了大量研究,并取得许多有益成果。但这些研究主要以径向的非均匀外载为边界载荷,没有考虑套管外壁受非均匀剪切力的作用;其次,对非均匀载荷下套管磨损、残余应力、不圆度和壁厚不均度等缺陷的影响未作考虑。为此,建立了厚壁套管受径向非均匀挤压和周向受非均匀剪切的力学模型,应用弹性力学逆解法进行了求解,分析了非均匀载荷下厚壁套管的应力分布规律。研究表明,非均匀载荷作用下沿最小水平地应力方向、套管的内壁是承载危险区。由此提出了非均匀载荷等效为均匀外挤载荷的方法,给出了含缺陷套管在非均匀载荷下抗挤强度的分析方法。

特厚壁套管抗挤强度计算及现场应用

对于套管挤毁问题较为严重的油气水井 ,采用非API标准的特厚壁套管来提高其抗挤强度 ,是今后预防套管挤毁的重要发展方向。目前 ,特厚壁套管的抗挤强度计算和尺寸系列尚未形成工业标准 ,文章提出特厚壁套管的抗挤强度计算方法和尺寸系列 ,供设计者和厂家参考。API/ISO套管挤毁工作组曾对本文公式进行了测评 ,结果显示具有较高的计算精度。大量计算表明 ,特厚壁套管的抗挤强度大大提高 ,约为加厚前原套管抗挤强度的 1.5～ 4倍 ,甚至 6倍。最后还介绍了特厚壁套管在中原油田的现场应用情况。

非均匀载荷下厚壁套管塑性挤毁强度研究

针对理想圆管在非均匀载荷下抗挤强度计算公式计算值偏高的问题，提出实际套管在非均匀载荷下塑性挤毁提前因子的概念，并建立了计算修正公式。这个计算公式考虑了实际套管含残余应力、不圆度、壁厚不均度等制造缺陷的影响，与套管的实际承载特征较为符合。计算结果表明，利用修正公式算法的计算值与实际试验值较接近，能满足工程设计需要，为复杂地层的套管柱设计提供了新的理论依据。

高抗挤厚壁套管的开发与应用

介绍了中原油田油水井在盐膏层段套管损坏的原因及设计现状 ,分析了盐膏层段中套管的受力状况及损坏的规律 ,为防治套管损坏 ,延长油水井寿命 ,研制开发了TP130TT套管以及与之相配套的工艺、工具等。经现场应用情况表明 ,固井质量合格率达 10 0 % ,试压一次成功率达 10 0 %

厚壁套管等效外挤载荷计算

鉴于ISO 10400新标准提出的计算厚壁套管抗挤强度公式是针对均匀外挤载荷的,不适应非均匀外挤载荷下套管抗挤强度计算的状况,根据虚功原理和Mises屈服准则,提出了2种计算等效外挤载荷的方法。将作用在套管上的非均匀载荷转化成与之具有相同破坏能力的均匀载荷。算例分析表明,2种方法计算的等效外挤载荷具有较好的一致性,基于新标准的挤毁理论,套管在非均匀载荷条件下的抗挤强度也有较大的提高。

高强度防硫化氢厚壁套管的高效段铣侧钻技术

重点探井朱家 1井的 2 44.5技术套管在固井时于井深 3 2 79.7m处断裂 ,这是一种高强度、防硫化氢、厚壁套管 ,段铣难度大。在井段 3 155～ 3 167.3 5m段铣套管 12 .3 5m ,段铣速度为 0 .6m/h。注水泥塞后 ,在侧钻点 3 156m处 ,用地面直读陀螺测量仪定向后 ,再用有线随钻测量仪监控轨迹侧钻 ,侧钻 8m后 ,新井眼形成 ,从而高效快速地完成了段铣侧钻任务 ,解除了事故 ,恢复了钻进。文中介绍了段铣、侧钻的施工工艺过程 ,分析了侧钻的结果 ,得出了有益的认识。

特厚壁套管在非均载荷下的抗挤强度分析

通过有限元软件分析了非均载荷下特厚壁套管的壁厚与抗挤强度的关系,给出了两者的量化曲线,同时在考虑套管椭圆度的情况下对非均匀载荷下特厚壁套管的抗挤强度做了分析。特厚壁套管在非均载荷下的抗挤强度明显增强,有较好的发展前景。

动态内压力下油田超深井中厚壁套管的动力学响应和实验验证

引入中间主应力系数和拉压强度比,采纳统一强度理论求解动态内压力下两封闭末端、两开放末端和平面应变厚壁套管弹塑性极限内压力的解析解。塑性流动最初发生在厚壁套管内壁,且被周围的弹性材料所约束。数值模拟表明,弹性极限内压力随拉压强度比的降低和中间主应力系数的增加而增加;两封闭末端厚壁套管的弹性极限内压力最大,两开放末端厚壁套管的最小,平面应变厚壁套管的在两开放末端和两封闭末端之间;分界面的临界半径随动态内压力的变大而变大;若动态内压力增加时,厚壁套管从弹性变形转变为弹塑性变形,分界面的临界半径自内半径增大至外半径;塑性极限内压力随拉压强度比的减少而增加;随外内直径比的变大,当相等的统一强度理论参数时,两封闭末端、两开放末端和平面应变厚壁套管的塑性极限内压力之间的差距变小;弹性极限内压力低于塑性极限内压力;塑性极限内压力的理论数据与测试数据之间的相对误差为-3%～-9%,国际标准化组织样板数据与测试数据之间的相对误差为-12%～-25%,美国石油协会平均线与测试数据之间的相对误差为-16%～-33%。比较显示,厚壁套管塑性极限内压力公式更接近测试数据。

厚壁套管与植物胶用于深厚砂卵砾石层钻进的应用研究

针对大渡河巴底水电站深厚覆盖层钻进过程中遇到的护壁、取心、孔内事故等主要技术问题,采用φ139mm厚壁套管护壁和SH植物胶取心钻进工艺,有效地提高了取心质量和钻进效率。φ139 mm厚壁套管可以有效克服深厚覆盖层钻进过程中薄壁套管护壁导致孔内事故频发以及跟进深度较浅等致命缺点,也克服了φ127 mm常规厚壁地质管材不能下如薄壁φ108 mm套管的缺点。该工艺不仅提高了取心质量,也极大地提高了钻进效率和保证了成孔概率,节约钻进成本,提高了经济效益。

厚壁套管的固井质量评价方法探

胜利油田厚壁套管固井质量评价,尚未形成合理的解释标准,为了准确的评价厚壁套管的固井质量,需要建立一套针对厚壁套管的解释评价方法。为此,在原有固井解释评价的基础上,借鉴已有行业标准,分析厚壁套管固井胶结规律,建立了厚壁套管的解释标准。

厚壁套管在大粒径砂砾石地层覆盖层钻探的应用

在水利水电工程地质勘探工作中,经常会遇到一些大粒径的砂砾石及漂砾石覆盖层,导致常规套管跟管钻进方法效率低,费时费力,材料消耗大,钻探成本高。针对四川岷江航电枢纽工程水流湍急、砂砾石及漂砾石粒径大等特性,引进了厚壁套管跟管钻进技术,同时在钻探工艺和钻探手段上进行了优化,在实际操作过程中大大提高了工效,有效地节约了材料成本,缩短了工期。

用先进的超声波脉冲回波技术进行厚壁套管外的水泥评价:接近极限

随着全球钻井条件更为复杂和极端,经过专业设计的井及其设备不再罕见而已成为常态。政府增加监督,强调保证井的完整性以及安全操作同样影响了资产发展。因此需要重新设计干预工具应对这些挑战。超声脉冲回波技术已成功应用于0.75英寸厚的套管外水泥评价多年。然而,传统的超声波无法产生合适的信号电平和穿透常用的深水井完井厚套管。但先进的超声波技术可以解决这个问题。腔室测试后进行各种换能器材料和激发技术的初步研究以验证在一定范围内的水泥浆和套管尺寸的数据质量和重复率。实验室结果表明,套管外水泥阻抗可达1.2英寸厚。该新服务的应用特别适合高成本、高风险资产的区域(超深水墨西哥湾,西非以及巴西近海等),在这些区域油井完整性保证和减少干预的时间和成本极为重要。

超深井高强度厚壁套管开窗侧钻技术难点与对策

套管开窗侧钻是老井修复的常用方法;另外,由于发生断钻具或卡钻等事故,井下落鱼无法打捞出井,有的新井也需进行套管开窗侧钻作业。通过介绍套管开窗侧钻技术在四川油气田JT1井的现场应用,探讨了高强度厚壁套管开窗侧钻技术的关键要点和难点。现场两次开窗均发生卡钻事故,说明目前的套管开窗技术对高钢级、厚壁套管开窗尚存在不足。开窗所用斜向器硬度不能低于套管硬度,所用较大切削齿铣锥很难在高钢级套管上磨铣出光滑、平整的窗口,且在修窗时容易发生阻卡。建议使用较小切削齿的圆头铣锥来减轻崩齿情况,延长磨铣时间让窗口光滑、平整,降低阻卡风险。

基于统一强度理论的厚壁套管柱三轴抗拉强度

为了研究油气井厚壁套管柱的力学性能,基于统一强度理论,合理考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了厚壁套管柱三轴抗拉强度的计算公式,分析了内外压比、材料的拉压比、中间主应力和径厚比等因素对不同工况下套管柱三轴抗拉强度的影响特性。研究结果表明:强度准则的选用对套管柱的三轴抗拉强度具有显著影响;材料拉压强度不等特性(SD效应)对套管柱的三轴抗拉强度也具有显著影响,当内外压比小于或等于1时,套管柱的三轴抗拉强度随材料拉压比的增大近似线性提高,当内外压比大于1时,材料SD效应的影响与外荷载有关;考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,提高套管柱的三轴抗拉强度,具有一定的经济效益;内外压比和径厚比对套管柱的三轴抗拉强度也具有一定的影响。该文计算公式适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下套管柱三轴抗拉强度的表达式统一起来,具有广泛的适用性,可为油气井厚壁套管柱的设计提供借鉴。

深井、超深井套管特性分析

传统的套管柱设计中 ,套管只进行强度设计。而在一些深井、超深井、高压气井的开发中 ,对套管提出了新的要求 :套管必须能够保证对气体的密封 ;能够耐受较高温度的考验 ;接头不但要有足够的抗拉强度 ,同时也要有足够的抗压缩强度。另外 ,水泥环是否对套管的强度有增强作用 ,也是值得关注的问题。通过理论解析、有限元计算以及大量的实物试验 ,对深井、超深井中套管这些主要特性进行了分析 ,得到了许多有意义的数据和结论。指出模拟深井、超深井套管服役条件的实物试验是验证套管性能的有效手段 ,并结合套管柱设计提出了套管选用方法 。

弯曲井眼中套管抗挤强度计算

目前弯曲井眼中套管抗挤强度计算时没有考虑井眼弯曲的影响,无法确保固完井作业及生产过程中套管的安全。为此,根据弹性力学理论建立了井眼曲率和不均匀外挤力综合影响下的套管抗外挤强度公式。直接建立三维的套管模型,模型长度取10倍的套管外径,在套管的一端施加约束,另一端加弯矩来模拟井眼的弯曲。计算结果表明,在井眼曲率较大时,弯曲井眼中大尺寸厚壁套管抗外挤强度下降较为明显;理论计算的抗外挤强度通常小于模拟值,按照理论设计的套管是偏安全的,但不均匀度较大时需考虑模型计算的误差是否满足要求。

TP130TT盐膏层套管性能及应用效果分析

中原油田套管损坏的主要原因是现有套管强度不够,无法抵抗盐膏层段的巨大外挤力。针对这一问题,开发了一种特殊套管——TP130TT高抗挤厚壁套管。其强度高,能很好地抵抗盐膏层的巨大外挤力,各项性能指标达到了设计要求,经现场应用达到了预期的目的,取得了很好的效果,解决了中原油田盐膏层段套管强度不足的难题。

套管磨铣开窗技术在丹14—1水平井大斜度井段的应用

丹１４—１井在１５度井斜条件下，租用贝克·休斯三洲公司磨铣工具，对φ２４４．５厚壁套管磨铣开窗获得成功。本文介绍了磨铣工具的结构特点、工作原理以及磨铣开窗的简要过程。

高温高压试油卡瓦封隔器与套管应力分析

高温高压深井试油过程中,必须确保封隔器定位与密封以防高压油气窜入油套环空,造成事故,而封隔器卡瓦咬入套管足够深度是防止封隔器移动的前提。然而,若卡瓦咬入套管过深,封隔器与套管之间的相互作用力过大,又将严重损伤套管。为深入了解试油封隔器与套管相互作用状况,为封隔器段套管坐封悬重的选择及卡瓦结构参数优化提供依据,根据卡瓦结构特点,将套管作为厚壁圆筒,求得套管内壁最大环向应力。

深井大尺寸套管固井技术在塔里木油田的应用

克深2-1-14井是塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带上的一口重点天然气开发井,完钻井深为5 541 m。该井地质结构复杂,第四系、新近系和古近系上段苏维依组为易吸水膨胀坍塌的泥岩段,同时存在砾石及砂岩层,为低压易漏地层。针对该地层特点和工程现状,二开采用?365.13 mm+?339.7 mm大尺寸组合套管,下至深度5 541 m,同时应用了低黏切先导钻井液、黏性加重隔离液和双凝水泥浆的体系,完成了该深井、大尺寸套管、大井眼环空的固井施工作业,施工后电测检验封固质量优。该井的成功经验可为今后同类型井的固井施工提供有益的借鉴。