井中永置式套管外三分量光纤MEMS地震检波器研究

针对非常规油气井套管外永置式微振动监测,研制了一种基于光纤法布里帕罗(F-P)干涉原理和微机电(MEMS)技术的三分量光纤MEMS地震检波器,将微地震信号转化为F-P腔长的变化,通过超快光谱探测技术和动态白光干涉解调技术实现高速解调。设计并理论仿真了μm/g量级的高灵敏度MEMS加速度芯片,突破大深度双面套刻工艺完成芯片样品制造。采用高集成度小型化结构设计、无胶封装工艺设计和陶瓷微加工工艺实现25 mm微型外径,满足套管外永置式安装要求,提高了高温检测精度。在实验室完成了检波器与标准电学加速度计的性能对比测试,结果表明:检波器可耐受175 MPa高压和180℃高温,灵敏度分别为1.2382,1.2590,1.0862μm/g,工作频带为0~350 Hz,量程为±5 g,线性度误差<0.01%,抗横向串扰能力<5%。研制的检波器耐高温高压、尺寸小巧、灵敏度高、线性度良好,在非常规油气井储层压裂改造和采油气生产过程中,永置式套管外的三分量光纤MEMS地震检波器可以发挥重要的监测作用。

复合膨胀式套管外封隔器研制与应用

随着油气田不断开发,造成地层压力变化较大,在调整井钻井过程中,采用套管外封隔器防止管外冒和层间窜,提高固井质量的井日益增多。但目前使用的充胀式套管外封隔器在井下长期受使用环境影响可能造成充胀腔内压力下降,造成环空密封失效的风险;普通压涨式封隔器密封压力不高;遇水膨胀封隔器动作时间长等难题。为此设计了复合膨胀式套管外封隔器,其带有的复合胶筒结构为双层机构包含内层普通橡胶和外层遇水遇油膨胀橡胶组合材质。与充涨式套管外封隔器相比,该工具能够实现机械永久锁定,环空密封压力高且持久,受使用环境影响小,施工风险小,且具备平衡压差等优点,性能可靠,成本低,经济效益明显。

四川盆地昭通页岩气水平井水力压裂套管外载分析

针对昭通页岩气示范区水力压裂过程中的套管损坏问题,基于套管变形特征及理论分析,建立了套管-水泥环-地层组合体数值模型,研究温度效应、裂缝网络诱导应力、微裂隙、地层滑移及固井质量等因素增大套管外载的作用机制。研究表明:水力压裂导致压裂改造区域地应力场非均匀变化,并在水平井跟端及中部区域大幅增加地应力场及最大水平地应力与垂向地应力差;裂缝网络诱导应力、温度效应、微裂隙、地层滑移及固井质量缺陷均会增大套管外载,其中,水力压裂产生的诱导应力增加套管外载的作用最为显著,这可能是水平井跟端及中部区域套管损坏概率高的主要原因;由于高施工压力及高应力差,昭通区域层理、天然裂缝等弱面在水力压裂过程中易发生剪切滑移,当弱面与井筒夹角为45°时,套管变形量及受力最大。该研究结果可为页岩气田水平井套管强度设计及套管变形预防提供指导。

浅部地层自由套管外二次置换固井水泥浆体系研究

胜利油田经过了二十多年的开发,早期的开发井油层套管水泥面以上的套管腐蚀破坏严重,严重干扰正常生产。为此,拟对浅部地层自由套管段进行二次固井,可在修复套管密封失效的同时防止套管进一步腐蚀。针对环空二次固井注浆施工工艺特点,结合浅部地层松软的特点,在明确浅部地层自由套管外二次固井性能需求的基础上,对水泥浆体系进行开发。通过对胶凝材料体系、低黏触变剂、降失水剂和缓凝剂的研选,构建出一种低密度-低黏度-强触变-长稠化时间的固井水泥浆体系,其配方为:40%G级油井水泥+30%粉煤灰+30%矿渣+(20%~25%)低黏触变剂L-TA+2.5%聚乙烯醇降失水剂+(0.16%~0.32%)氧化锌+1%分散剂+0.5%消泡剂,水固比为0.56,水泥浆密度低至1.5~1.6 g/cm^(3),黏度小于50 mPa·s,稠化时间大于15 h,平均静切力差值为17.885 N/m2、且触变具有可重复性,满足东部老区浅部地层自由套管外二次固井作业的要求。

软岩层引起的套管外载计算方法研究

在我国部分油田中,软岩层流变致使套管挤毁,造成巨大经济损失。以黏弹性流变模型理论为基础,建立软岩层、水泥环和套管流变耦合的力学模型。从材料本构关系、几何变形协调、静力平衡三方面进行分析,推导出均匀地应力下水泥环和套管流变外载的表达式。编制相关计算程序,研究软岩层流变力学特性、井眼的初始蠕变和水泥环对套管外载的影响规律。研究结果表明,软岩层流变力学特性、井眼的初始蠕变、水泥环力学参数对套管外载的影响较大。井眼的初始蠕变可释放部分流变载荷,改善套管受力;水泥环使套管受力恶化,在井眼环空不注水泥能延长套管使用寿命。所得结论与一些油田的现场实践相吻合,研究成果已成功应用于江汉油田岩盐层固井和套管设计。

用套管外封隔器及早强水泥浆体系配套提高二连油田调整井固井质量

套管外封隔器与早强油井水泥桨体系配套应用的综合固井工艺技术,在华北二连油田阿南砂岩油藏阿31断块的应用,很好地解决了多年来该高压注水断块油水井固井质量差的技术难题,为阿南及哈南高压注水砂岩油藏油水井固井质量的提高探索出了一条行之有效的途径。建议以后在二连油田阿南及哈南砂岩油藏进行调整井固井时,套管外封隔器以下油层段使用具有早强、低失水、零析水、微膨胀特点的水泥浆体系。

“TCT”型膨胀式套管外封隔器应用技术研究及现场试验

在高温、高压、超深、高酸性气井固井作业中,存在裸眼封固段长、水泥浆性能难以完全适应工程技术要求等诸多问题,常导致后期完井、试气与投产过程中环空压力升高,从而增加气井投产的安全风险,降低气井的使用寿命。为此,西南油气田公司首次引进了"TCT"型膨胀式套管外封隔器,这种套管外封隔器的控制部件和密封部件设计合理,结构新颖,动作灵活可靠,承压差性能高,耐温性能好,能有效地防止注水泥过程中及封固后油气的上窜或层间窜扰。通过对"TCT"型膨胀式套管外封隔器的应用技术研究及LB地区20井、31井现场试验,达到坐封成功率100%,套管柱试压合格率100%,固井优质率80%以上。

蠕变岩层地层刚度和松弛时间对套管外挤力的影响

蠕变岩层套管外挤力计算要考虑蠕变松弛时间和固井水泥环性能的共同作用,目前的计算模型没有同时考虑两者的影响,使得计算结果偏差较大。在考虑水泥环作用条件下,建立了蠕变地层下套管外挤力黏弹性模型,利用该模型研究了松弛时间、地层刚度和水泥环性能对套管外挤力的影响。研究结果显示,不考虑水泥环作用,蠕变岩层套管外挤力与无蠕变作用的套管外挤力最终值相同,考虑水泥环作用时,蠕变岩层套管外挤力取决于水泥环性能;与以往蠕变岩层套管外挤力主要受地应力与蠕变率影响的认识有所不同,影响蠕变岩层套管外挤力的主要因素还包括地层刚度和松弛时间,它们影响套管外挤力大小和峰值、稳定值变化趋势;考虑内压和水泥环作用时,所得到的蠕变岩层套管外挤力远大于SY/T5724-2008套管设计标准计算得到蠕变岩层套管外挤力,该标准中蠕变岩层套管外挤力计算方法仍然值得商榷。利用所建模型和实验结果,分别对伊拉克Missan油田和中原文中油田蠕变盐膏层段套管外挤力进行比较分析,在相同地应力和蠕变松弛时间作用下,地层刚度不同,套管外挤力相差很大,所得结论与现场情况相吻合。

套管外封隔器自增压式双卡高压层固井技术及应用效果

为有效地抑制大庆油田三次加密调整井高压层流体的溢出,提高固井质量,研发了套管外封隔器自增压式双卡高压层固井技术。该技术可实现井筒环空介质压力和体积增值,显著降低油井采出液含水率。该技术进行了104口井的试验,对其动态数据采集分析表明:采出液的油水比由1.00∶8.10变为1.00∶4.18,含水率降低了7.74个百分点。

大庆油田应用套管外封隔器进行套管先期防护

应用套管外封隔器是大庆油田对油水井进行套管先期防护的有效技术措施。本文简要论述了套管先期防护的意义及应用套管外封隔器进行套管先期防护的机理， 详细介绍了其施工技术措施及存在的问题， 并对其经济效益进行了评价。

套管外封隔器模拟试验装置研制与应用

针对目前套管外封隔器的工作性能无法进行有效检测的问题,研制了一种套管外封隔器模拟试验装置。该试验装置设计有覆盖套管外封隔器工作井眼尺寸范围的一系列模拟井筒,可利用配套的加热系统模拟地层环境温度,可以在接近实际地层工矿条件下检测套管外封隔器的工作性能。该装置设计额定试验压力30 MPa,额定试验温度180℃。应用该试验装置完成了现场常用的139.7mm(5英寸)和177.8mm(7英寸)2种规格套管外封隔器的性能模拟试验,得到了其性能曲线,为套管外封隔器的现场使用提供了第一手的试验数据,取得了很好的应用效果。

φ88.9mm侧钻水平井套管外封隔器的研制与应用

为了解决侧钻水平井固井时存在的层间混窜和管外喷冒等问题 ,研制了 88 9mm侧钻水平井套管外封隔器。封隔器的膨胀控制系统采用一种新型的施工阀、保压阀和液缸预充液压油结构 ,膨胀密封元件采用新式的帘布夹层胶筒 ,可以在小尺寸情况下封隔比较大的环空 ,胶筒端部用压环压紧密封 ,同时又采用了胀环结构作靠背 ,提高了胶筒承压能力。现场应用证明 ,这种封隔器具有通过能力强 ,承压能力高 ,试压可靠性高 ,封隔性能好等特点 ,坐封成功率达1 0 0 %。

套管外绝缘涂层特性对EM-MWD信号影响规律分析

利用套管外绝缘涂层技术可减少电磁随钻测量(EM-MWD)信号在低电阻率地层中的衰减,进而增大其信号传输深度。为探明套管外绝缘涂层适用的地层电阻率范围,获取绝缘涂层特性对EMMWD接收信号的影响规律,基于有限元法建立了仿真模型,并针对绝缘涂层敷在不同电阻率地层套管外的应用效果、绝缘涂层的电阻率、厚度和长度对EM-MWD信号强度的影响规律展开仿真实验。结果表明:套管外绝缘涂层在低电阻率地层对EM-MWD接收信号的增强效果更显著;随着绝缘涂层电阻率的增大,EM-MWD接收信号先缓慢增强,随后快速增强,最后趋于稳定;随着绝缘涂层厚度的增加,接收信号强度呈现先不断增强随后保持稳定的趋势;在低电阻率地层中,在涂层长度不断增加到敷满该地层处套管的过程中,信号强度不断增强。研究成果对合理运用套管外绝缘涂层技术以突破EM-MWD应用井深限制具有理论指导意义。

烧伤合并吸入性损伤患者气管套管外口多层纱布覆盖的保护作用探讨

目的:观察烧伤合并吸入性损伤患者气管套管外口使用多层纱布覆盖的保护效果。方法:40个培养皿分为1、2、3层纱布覆盖组及未覆盖组,每组10个,置同一病房同一平面24h后进行48h细菌培养,比较各组菌落数,以观察不同层数纱布对空气中细菌的滤过效果。选择烧伤合并吸入性损伤、气管切开、睡翻身床和悬浮床患者18例,用2层无菌纱布覆盖于气管套管外口,给氧管、湿化管穿过纱布网眼插入气管套管内,24 h后改用3层无菌纱布。以橡皮筋单圈或双圈捆绑将纱布和给氧管、湿化管固定在气管套管上,比较不同体位时橡皮筋单、双圈固定各层纱布和管道的牢固性,以及在仰卧位、自主呼吸情况下,2层或3层纱布覆盖气管套管外口后3～24 h患者的动脉血氧分压(PaO_2)、动脉血二氧化碳分压(PaCO_2)、动脉血氧饱和度(SaO_2)和经皮脉搏氧饱和度(SpO_2)的变化。结果:3、2、1层纱布覆盖及无纱布覆盖的培养皿内细菌菌落数分别为(17.6±2.0)株、(47.0±2.8)株、(60.4±3.3)株和(117.3±4.3)株,各组间比较差异有显著性(P<0.01)。橡皮筋单圈固定的各层纱布及管道仅在仰(侧)卧位且无咳嗽时不脱落。橡皮筋双圈固定纱布和管道在仰、侧、俯卧位伴用力咳嗽时均不脱落。2层或3层纱布覆盖气管套管外口,患者血气指标稳定在正常参考值范围内。结论:橡皮筋双圈固定纱布、管道的方法固定效果良好,使用3层纱布覆盖气管套管外口可以减少细菌侵入,且不影响患者O_2的摄入及CO_2排出。

套管外封隔器技术发展及应用

随着石油开采的不断发展，地层压力变得日益复杂，套管外封隔器得到了越来越广泛的应用。该文简要介绍了套管外封隔器的基本结构及原理，对比了水力膨胀式和水泥浆膨胀式套管外封隔器的优缺点，分析总结了套管外封隔器的使用目的和适用情况，概述了完井管柱和注水泥内管柱的组配设计，分类描述了管外封隔器的现场应用，评价了管外封隔器注水泥施工的优势和风险。目前的管外封隔器存在着一定的缺点，需要进一步改进以满足更广泛的使用要求。

泥岩段套管外载的有限元计算法

通过对泥岩蠕变本构方程的分析,利用Ansys有限元计算软件,对非均匀地应力作用下泥岩蠕变产生的套管外载进行了分析计算。举例说明了非均匀地应力作用下泥岩的蠕变将对套管产生一个大于地应力的非均匀外挤力,对套管将产生极大的危害。这一结论对泥岩段的套管设计具有重要的指导意义。

套管外环空射流清洗工具外流场数值模拟研究

早期的油井废弃作业水泥封固段短,随着废弃时间的延长,发生泄漏的风险提高,急需采取相关措施进行重新封固。为提升水泥封固效果,水泥浆注入前需有效清理井筒环空内的沉砂与落物。为此,依据自主设计的套管外环空射流清洗工具相关参数,采用Fluent软件对射流清洗工具外流场进行了模拟研究,获取了特征区域内截面的流线图、速度云图,分析了喷嘴角度对套管外环空流场的扰动作用机理,最终得出了适用于套管外环空清洗的喷嘴布置方案。

废弃井套管外环空射流清洗-注水泥封固联合作业管柱设计与应用

早期油气井废弃工艺简单,技术相对落后,相当数量的废弃井存在环境污染的风险,清洗并重新封固这些废弃井势在必行。胜利油田胜利采油厂在废弃井普查过程中发现,表层套管下部与技术套管上部存在大量沉砂和杂物,裸眼井壁经多年流体浸泡强度降低,极易发生垮塌。为了有效清洗套管,保证后期固井质量,设计了套管外环空射流清洗-注水泥封固联合作业管柱,依据环空特性优选了工具外形与喷嘴布置。现场试验结果表明,该联合作业管柱可有效实现清洗与固井作业,大大提升了废弃井的安全性,具有推广应用价值。