基于坐封受力模型的暂堵球封堵效果影响因素与参数优化

暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明:暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0 mm,最佳泵送排量大于4.0 m^(3)/min时,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。

井下应急封隔器结构设计及胶筒坐封效果评价

为应对海洋钻井过程出现的高压溢流和井涌风险,设计了一种井下应急封隔器装置,在内外胶筒间添加金属骨架提高其坐封强度。为评估井下应急封隔器的坐封效果,利用有限元方法建立井下应急封隔器模型,模拟了封隔器的坐封过程,并对比了金属骨架对胶筒接触应力、坐封效果的影响。结果表明:20 MPa坐封压力下,胶筒与套管接触应力达到12.1 MPa,封隔器能够封堵20 MPa井下溢流;添加金属骨架后,胶筒峰值应力、变形均显著降低,坐封能力大幅提升。所设计的井下应急封隔器装置可实现高压溢流、井涌的有效封堵,保障平台作业安全。

页岩气水平井暂堵坐封机制与可控暂堵压裂工艺

水平井暂堵转向压裂技术是页岩气增产的关键技术之一。文中采用流体动力学软件FLUENT与离散元方法(DEM)相结合的数值建模方法,研究了水平井暂堵转向压裂技术中暂堵球在井筒中的运移规律以及颗粒间的相互作用。通过建立DEM-DDPM耦合模型发现,施工排量、暂堵球密度、暂堵球直径和压裂液黏度是影响暂堵球坐封效果的主要因素。模拟结果表明:当施工排量在4~6 m^(3)/min时,暂堵球的密度小于或等于流体密度;射孔炮眼磨蚀率在6.15%以内可以有效提高封堵效率;同时,随着压裂液黏度的增加,封堵效率先升后降。该研究结果对于优化水平井压裂暂堵球用量以及施工工艺具有重要的理论意义和指导价值。

电缆坐封沉砂封隔器下滑原因分析与实验研究

沉砂封隔器位于套管井防砂管柱最下端,起到定位防砂管柱、封隔人工井底的作用,同时承受防砂管柱自重所产生的部分轴向力,有液压坐封以及电缆坐封两种方式,在完井作业中,电缆坐封可避免沉砂封隔器由钻杆下入井中,大大提高了作业效率。然而,在渤海油田某热采井中,沉砂封隔器在坐封后出现下滑,针对这一现象,采用根源分析法分析沉砂封隔器下滑原因,并分别进行室内实验验证。结果表明:沉砂封隔器下滑原因为卡瓦与套管之间的咬合力过小,在电缆坐封过程中,火药燃尽的时间范围内,有效坐封时间越长,沉砂封隔器越不易下滑;坐封力越大,沉砂封隔器越不易下滑,而卡瓦槽壁厚不是影响沉砂封隔器下滑的主要因素。

可溶桥塞实时坐封智能判别方法在新疆油田的应用

随着水平井分段压裂在新疆油田非常规区块普及,投球式可溶桥塞因为其强度高、自行溶解等特点,为分段压裂和快速投产提供了有力保障。由于可溶桥塞前期需要投球坐封,部分井段存在坐封失效等问题,给后期压裂造成影响。该文通过基于投球坐封前后的实时数据,研发了一套桥塞坐封异常的判断方法。该方法在前期大量坐封曲线研究的基础上,通过图形关键特征识别技术和异常值检验实时算法,利用远程监控平台,实现了对异常坐封井段的实时预警,在新疆油田各区块实时判断准确率达到95%以上,为保障后期压裂施工效果起到了重要作用,具有较高的可行性和推广价值。

井下电动液压坐封工具研制与试验

传统桥塞作业采用火药爆炸坐封,存在火工品审批周期长和对专业作业队伍依赖大等问题,井下试井用的压力计悬挂器主要采用钢丝上提震击器的冲击力对其坐挂,对于超深井钢丝长冲击力难以施加。针对上述难题,研制了电动液压坐封工具,可对桥塞/悬挂器施加拉力,进行直接坐封,避免了以上难题。工具主要由电池仓、井下控制系统、电动液压驱动系统及执行机构组成,其中坐封驱动系统采用“电机+柱塞油泵+活塞”模式,可满足不同输出力的定制化需求;工具启停采用“定时执行”或“压力波指令执行”。坐封工具与桥塞/悬挂器连接后,利用钢丝下入到井筒指定位置,在接收到坐封指令后自动完成坐封。目前开发了外径99、88.9、54 mm三个系列的电动液压坐封工具,可应用于不同尺寸的桥塞、悬挂器等井下坐封作业。外径54 mm工具在MX-H212等井开展了现场试验,试验表明,工具能够对悬挂器进行可靠坐挂,平均吨位1.6 t,坐封效果良好,满足现场应用要求。

20号速装坐封工具设计及应用

桥塞坐封工具是页岩气、致密气等非常规油气藏中水平井桥塞射孔联作关键工具之一。随着非常规油气水平井分段压裂体积改造技术的发展,桥塞射孔联作一次下井点火级数已由原来的4~6级增加至10~20级。常规20号贝克型坐封工具保养耗时长、装配易出错、连接长度大,引进的一次性坐封工具使用成本高、实际坐封能力不足,难以推广应用。设计了结构紧凑、装配简单、可以重复使用且具备自动平衡井下压力与自动泄除内部压力功能的20号速装坐封工具,并通过坐封力测试、高温高压及桥塞坐封室内试验,验证了该工具的坐封力、耐温耐压等关键技术参数符合设计要求。设计的20号速装坐封工具在川南页岩气、致密气102口水平井推广应用1500余套,为段内多簇压裂工艺提供了技术支撑,推动了非常规油气分段压裂体积改造关键工具的国产化。

深层水平井机械坐封过程力学精细描述

目前现场机械坐封井口悬重释放值的选取主要依赖经验。针对深层水平井,经验参数保守易造成封隔器受损,严重影响坐封效果和测试作业安全的问题。基于机械坐封原理,充分考虑井眼轨迹、管柱屈曲摩阻及管柱变截面的影响,结合三维软杆模型,建立了深层水平井机械坐封过程的管柱力学分析模型;将该模型应用于现场某深层水平井机械坐封悬重释放值的设计,计算结果与现场实测误差为7%,验证了模型的可靠性。参数敏感性分析表明:测试管柱轴向受载主要受管柱的井眼轨迹摩阻与屈曲摩阻影响;增大油套管环空间隙与有效轴向压缩力会使屈曲加剧;严重的屈曲将使管柱锁死,导致释放的悬重不能有效传递;封隔器位置决定了坐封阶段井眼轨迹导致的摩阻力大小,位置越靠近井底,管柱摩阻与屈曲摩阻将进一步增加,最终降低坐封效率。

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。

CHAMP V封隔器在超高压气井钻杆测试中的应用

对于超高压油气井,测试封隔器上下压差大,常规封隔器因简单的设计结构,在超高压极端工况下密封稳定性及坐解封能力不足,难以满足作业需求。该文介绍了一种CHAMP V超高压机械坐封封隔器,可承受15000 psi工作压差,最高耐温达204℃,且自带旁通,能广泛应用于酸化压裂、高含盐、高含硫和二氧化碳的气体环境中。通过在各种工况下对管柱进行受力分析,选择合适的密封材质、坐封压重及控制参数可保证封隔器的稳定密封性能,该封隔器在一超四高(超高压、高温、高产、高含硫、高含二氧化碳)的X-10气井的测试作业进行了5次应用,成功率100%,具有非常高的可靠性。为类似超高压气井及特殊工艺测试提供了借鉴,具有重要的参考价值。

桥塞坐封过程仿真模拟研究

桥塞作为井下封层技术的关键设备,由于它施工工序少、周期短、卡封位置准确而得到了广泛应用。针对设计的可钻式非金属桥塞坐封过程开展模拟研究,涉及弹塑性材料接触、超弹性材料接触和非金属材料动态断裂的非线性动力学问题,利用有限元法建立该桥塞全尺寸模型和所有部件之间的广义接触关系,通过有限元模拟动态坐封过程获得桥塞各部件运动变形特性、桥塞与套管之间的密封特性和动态坐封力等数据,该桥塞坐封完成时,坐封机构部件轴向位移110 mm,坐封力约45 kN。模拟坐封也为进一步优化该型桥塞的结构和评估坐封性能提供了理论依据,对该型桥塞的推广应用奠定了基础。

一种准确确定封隔器坐封位置的方法

应用弹性力学理论,对封隔器坐封前影响油管柱轴向变形的主要因素如油管自重、温度效应、浮力和横向效应等做了详细分析,得出油管总轴向变形量的计算公式。实例计算表明,封隔器坐封前油管柱的总轴向变形量与油管柱长度的平方成正比,其比例系数与油管的线密度、内外径、弹性模量、泊松比、热膨胀系数、压井液密度和地温梯度有关。计算出油管柱任意长度下的总轴向变形量,即可准确确定封隔器的坐封位置。

水平井用液压封隔器坐封工艺技术研究

针对水平井液压封隔器不能实现坐封 ,采用盲孔球座不但不能洗井 ,还会在打压过程于油管内形成气塞 ,影响坐封效果 ;采用盲孔球座和分流开关组合方式又存在水击和不能洗井的问题 ,提出了单流阀坐封球座和坐封球塞 2种水平井液压封隔器坐封工艺 ,并研究设计了单流阀球座和坐封球塞。对Y4 41— 1 5 2封隔器进行的室内试验结果表明 ,这 2种工艺基本能够满足液压封隔器在水平井段的坐封工艺要求 ,这两项工艺技术应用前景广阔 。

可重复坐封式大斜度井注水封隔器的研制和应用

冀东南堡油田大斜度注水井在分注作业过程中存在封隔器起下困难及坐封、洗井过程中封隔器胶筒受力不均、蠕动变形严重的问题。为此,改进了传统Y341注水封隔器的结构,针对胶筒进行了基于SOLIDWORKS SIMULATION的优化设计,并采用了耐高温高压密封元件,使封隔器能够满足大斜度井的工作条件和工作要求,且该封隔器具备重复坐封的能力。室内实验和现场试验证明,该封隔器可以满足大斜度井高温高压注水的要求。该封隔器的研制对于井斜为50～70°的斜井上实现偏心定量分注是一个技术突破。

多层封隔器坐封机理研究

精细注水分注卡封层段增加和层间距减小,造成坐封难度增大,现场坐封时出现了上部封隔器可以完好坐封,而下部不坐封的情况。为此,以Y341型封隔器为研究对象,开展了多层封隔器坐封机理研究。建立了多层封隔器坐封数学模型,推导了环空与油管压力变化和封隔器坐封时间计算公式,并通过理论分析与现场试验对比,证明了多层封隔器坐封的数学模型符合工程实际。模型分析结果表明,多层封隔器是从上到下依次坐封;当封隔器个数大于4时,就可能出现下部封隔器不坐封情况。封隔器不坐封根本原因为环空与油管压差降低。针对该问题提出了2种改进措施,即提高坐封压力和二次加压,改进后的封隔器已得到现场验证。

KCY453防中途坐封可钻桥塞在水平井的应用

常规可钻桥塞不适用于大斜度井和水平井的堵、隔水作业,施工时很难避免中途坐封事故。为此,研制了KCY453防中途坐封可钻桥塞。该桥塞中心轴与上锥体之间设计有限位台阶,可防止上锥体向上部胶筒移动,提高了桥塞在下入过程中的防中途坐封能力;可降低直井段对施工人员的要求及施工难度,最大限度地避免可钻桥塞下入过程中的坐封事故,在水平井中的应用更能体现其明显优势。KCY453防中途坐封可钻桥塞在塔里木油田共应用18井次,成功率100%,收到了良好的效果。

暂堵坐封堵塞器的设计与应用

中原油田采油六厂结合生产实际 ,对 665 - 2型偏心配水器中的堵塞器进行改进 ,在原堵塞器下部腔体内设计一暂堵活塞。使用这种暂堵坐封堵塞器可减少分注作业一次投捞 ,保证了封隔器完全坐封 ;同时 ,分注管柱又可满足试压、验漏的要求。该工艺简单易行 ,节约了投捞费用和作业成本 ,具有良好的经济效益和社会效益。

封隔器坐封载荷控制器的研制与应用

针对现有封隔器坐封载荷需人为控制,存在坐封载荷过大易造成泵筒和油管弯曲,坐封载荷过小而使封隔器密封不严的问题,研制了封隔器坐封载荷控制器。这种控制器由端接头、内管、外管、挡接头、键槽管和下接头组成。给出坐封载荷控制器的工作原理及确定在管柱中位置的计算公式。200余口井的现场应用表明,这种控制器实现了封隔器坐封载荷的精确控制,达到了分层开采的目标。

压缩式封隔器射孔段坐封的有限元分析

在经过射孔工艺改造后的注水井中,常规封隔器胶筒坐封射孔的受力状况比较复杂。通过对压缩式封隔器胶筒进行工况下的受力分析与有限元建模,对压缩式封隔器光滑套管段坐封与射孔段套管坐封进行有限元计算和分析,得出了2种坐封情况下封隔器胶筒以及胶筒与套管之间的应力分布规律。通过对比分析,发现压缩式封隔器在射孔段坐封时,封隔器坐封效果有所下降,但不影响使用,可以在射孔段实现封堵。胶筒与毛刺接触后,胶筒等效应力并未急速增大,同时并未对胶筒造成破坏。研究内容为评估封隔器的使用效果提供了一种新的方法。

简易防砂坐封验封一趟管柱工艺研究及试验

针对常规完井工艺不能一趟管柱完成整口井的多层简易防砂完井施工的现状,设计了防砂完井一体化工艺管柱。该管柱包括外防砂管柱和内坐封-验封一体化管柱2大部分,内、外管柱通过悬挂丢手封隔器连接成一个整体。外防砂管柱用于层间分层封隔和悬挂防砂筛管;内坐封-验封一体化管柱能实现防砂封隔器坐封、验封一体化功能。施工时只需1趟管柱作业即可把防砂管柱下到油层预定部位,并逐级完成防砂封隔器的坐封和验封。现场试验结果表明,该工艺管柱各级封隔器坐封、验封合格率100%,显著提高了施工效率,降低了作业成本。