三维井筒套管柱居中度设计——以川渝油气田为例

套管居中度对固井质量存在较大影响,合理设计套管居中度将极大改善套管环空流场分布,提高环空顶替效率,确保水泥环质量,为后续钻进和储层改造奠定基础。通过对现有主流套管柱居中度计算模型的局限性分析,提出因三维井筒中套管柱所受重力和轴向载荷不位于单一平面内,将发生非平面挠曲变形,侧向受力和径向偏移受到井筒轨迹和浮力变化影响的观点。基于真实井眼轨迹的三维形态,考虑井筒管柱轴向拉力对主、副法向平面挠度以及浮力效应的影响,建立了三维套管单跨梁居中度数学模型,编制了套管柱居中度模拟分析计算模块。通过与实钻井居中度成像测井数据对比表明:①该计算模式模拟结果与IBC套后成像测井实测居中度数据的平均整体误差仅7.6%;②通过增大直井段扶正器外径、尾管段替入清水实现漂浮效应减弱套管柱径向偏移量、合理加密安置上部直井段刚性扶正器间距等优化措施,能够显著提升管柱整体居中度至70%以上并改善水泥环质量。该设计模式能够有效指导川渝油气田高压气区套管居中度设计,对于提高复杂井筒环空封固质量有重要意义。

套管居中度计算模型改进与应用

套管居中度是影响固井质量的关键因素,提高套管居中度不仅可以提高固井顶替效率和固井质量,还能降低下套管阻力,确保套管顺利下放到位。为提高套管居中度的计算精度,针对标准模型未考虑套管内外液体密度差和套管扰度的问题,改进浮力和套管扰度计算,将改进模型、标准模型、国外公司模型、成像测井等4种方式计算或测量得到的套管居中度结果进行7口井的对比分析。研究结果表明:(1)改进模型与标准模型相比,单井计算误差从7.12%~36.92%降为1.19%~25.78%,平均误差从18.56%降为10.51%,改进模型比标准模型提高了套管居中度计算精度;(2)改进模型与成像测井、国外公司模型相比,得到的套管居中度结果尚有一定差距;(3)建议继续开展套管居中度计算模型的研究,进一步提高套管居中度计算精度,加强固井设计中套管扶正器的优化设计可靠性。

套管串受力变形分析与居中度计算

选取整体套管串为研究对象,考虑弹性扶正器变形、井身结构和各种外载荷等因素,建立了套管串非线性力学模型。通过构造“多向接触间隙元”模拟弹性扶正器与井壁的多向接触摩擦,并与梁单元相结合,形成了套管串受力变形分析的非线性有限元法。应用该方法编制的微机软件,分析计算了大庆油田定向井的套管串。结果表明,套管串居中度计算值与套管内陀螺测试数据基本一致,3口井的吻合率都在86％以上,验证了该方法的正确性。

弹性限位扶正器变形量对套管居中度的影响

固井质量与套管居中度的关系密切,一般情况下,居中度越高,固井质量越好。通常讨论套管居中问题时,只考虑套管柱的变形,但是随着弹性扶正器的广泛应用,原有的计算方法存在着误差。通过对弹性限位扶正器下入井眼后的变形研究,得出不同情况下扶正器的变形量。计算结果表明,不考虑扶正器变形时井段平均套管居中度要比考虑扶正器变形时井段平均套管居中度高11.24%。因此,该研究具有一定的工程应用价值。

套管居中度对固井质量的影响及改进措施

固井的目的在于油气井安全钻井或油气井开采,固井过程中有很多影响固井质量的因素,因此无法保证顺利完成建井。套管居中度是指套管在井眼中偏心的程度。套管居中度越好,固井质量也越好。套管扶正器的选择和安放是解决套管居中的重要途径。基于改善套管居中的需求,本文分析了套管居中度对固井的影响并给出了相关改进措施。

大位移井顶替效率最优的套管居中度设计方法

在实际井眼中,由于存在重力效应,造成套管偏心的形式有两种:一是套管贴向下井壁的整体偏心;二是扶正器间的套管屈曲变形产生的局部偏心。这两种偏心都极大地影响套管的居中度,在大位移井中体现得更为明显。在分析SY/T 5334—1996中居中度标准由来的基础上,得出目前国内采用套管居中度标准的局限性,引入最优顶替效率情况下的极限偏心距理论,建立极限偏心距条件下的套管居中度计算模型,并分析各因素对套管居中度的影响规律,提出利用极限偏心距理论和国标对大位移井套管居中度进行综合优化设计的思想,提高大位移井的套管居中度,满足水泥浆的顶替效率需求。结果表明:适当提高水泥浆动切力、降低钻井液动切力及提高水泥浆与钻井液的密度差的方法可以弥补井斜角对套管居中度的要求,但在90°的水平井段改变密度差的方法不适用。

扶正器安放设计与套管居中度分析

套管居中程度对固井质量影响很大,合理设计扶正器安放位置有利于提高套管居中度。为此,首先建立了套管居中度的数学模型,用于计算扶正器处和扶正器间套管的居中度,然后分析了井斜角、安放间距和套管内外液体密度差对套管居中度的影响规律。研究结果表明:随着井斜角的增大,套管居中度降低;扶正器间距的增加会增大井斜角对居中度的影响;随着扶正器外径的增大,套管居中度提高;随着套管内外液体密度差异的增大,套管居中度提高;井斜角越大,套管内外液体密度差产生的浮力对居中度的改善作用越明显。最后利用C#程序语言编制了扶正器安放设计与套管居中度分析软件。用该软件对磨溪-X井进行扶正器安放设计,三开4285~4614 m井段共需安放24个刚性扶正器,居中度满足67%的要求;对塔里木油田固探-X井进行居中度分析,模拟数据与实测数据的平均误差为14.14%。研究结果对于大斜度井固井质量的提高具有重要意义。

煤层气水平井玻璃钢管固井居中度分析

在煤层气水平井水平段采用玻璃钢套管可以提高后期采煤作业的安全性。为了揭示固井顶替过程中不同时刻玻璃钢管的居中度变化规律,根据玻璃钢管的浮重分析,建立考虑扶正器影响的水平井眼内玻璃钢管居中度计算模型。研究结果表明:由于玻璃钢管密度较低,随着管内外流体密度的变化,顶替过程中水平段玻璃钢管由井眼低边逐渐上浮,偏向井眼高边,其在水平井眼内的位置及居中度处于动态变化之中;减小水泥浆的密度有利于减小顶替结束时玻璃钢管所受向上的浮重,提高玻璃钢管在水平段的居中度。该研究为煤层气水平井玻璃钢管固井套管居中度的改进提供了理论依据。

浮力作用对大斜度井套管居中度的影响

准确了解套管内外密度差所产生的浮力对套管居中度的影响对于大斜度井合理安放扶正器,降低套管下入风险具有重要的意义。通过对扶正器受力分析模型进行修正,建立了套管内外密度差对套管居中度的影响图版,同时考虑顶替过程中套管内外密度差随时间变化情况,形成埕海油田大斜度井套管扶正器安放方法。计算结果表明,埕海地区扶正器安放间距分别为30 m、20 m、15 m时,通过浮力作用使套管居中度最大可增加36.4%、19.6%、12.2%,井斜角越大、套管内外密度差越大,居中度变化值越大。扶正器安放间距为10 m时,浮力作用减弱,居中度变化值最大仅为6.2%。研究结果表明,扶正器安放间距、井斜角的正弦值、套管内外密度差与浮力作用下的居中度变化量呈三次多项式的非线性正相关。ZH29-30井实践表明,考虑浮力作用的套管居中度设计方法,可以有效提高固井顶替效率,保证套管安全下入。

居中度与隔离液n值对水平井固井顶替耦合影响研究

居中度与隔离液流变性对水平井固井顶替具有重要影响,本文利用国家天津超算中心并行计算平台,利用Fluent软件对水平井进行固井顶替数值模拟实验,研究居中度与隔离液流变性对固井顶替界面的耦合影响规律。研究结果表明:低中居中度条件下,提高隔离液流变指数n,可以大幅降低隔离液宽边指进与窄边钻井液滞留,大幅降低顶替界面长度,提高顶替效率。中等居中度条件下,提高隔离液流变指数n,可以明显降低隔离液宽边指进与窄边钻井液滞留,明显降低顶替界面长度,提高顶替效率。高居中度条件下,隔离液流变指数n的影响与前两者相反。本文研究结论对固井具有重要理论与实践指导意义。

套管居中度计算模型改进

固井质量是影响油气井完整性的重要因素,套管居中度与固井质量密切相关。目前套管居中度计算模型未考虑套管内外液体密度差的影响,不符合现场实际,计算套管受力变形公式不够准确,影响居中度计算精度。针对上述问题,在SY/T 5334—1996《套管扶正器安装间距计算方法》(以下简称SY/T 5334—1996)模型基础上,修正了套管浮重公式、套管挠度公式及套管偏心距的计算方法,形成了套管居中度计算改进模型。将改进模型和原模型计算结果分别与相储3井套管居中度成像测井数据比较表明:改进模型计算结果较原模型准确度提高3.214%,平均误差为11.094%,符合工程需要,所以改进模型较原模型计算结果更为准确,对套管居中度计算具有指导意义。

四川盆地富顺区块坛202井技术套管居中度分析

井身质量和套管居中是提高注水泥浆顶替效率、保证固井质量的主要条件,为了控制套管的偏心度,固井时常采用安装套管扶正器或活动套管等有效措施。合理安放套管扶正器,提高套管居中度,不但有利于减少下套管摩阻和套管卡钻的风险,保障套管顺利下入,还有利于提高固井时顶替效率。套管居中度是影响固井质量的关键因素,越来越受到钻井工程的重视,套管居中度计算也从简单计算逐渐采用软件模拟。但套管居中度分析多是理论计算,与实际的套管居中度是否一致,很少提及。采用现有的三种软件模拟壳牌公司四川盆地富顺区块坛202井技术套管的居中度,并与电测套管居中度对比分析。结果表明:(1)现有模拟软件分析套管居中度均大于实际电测套管居中度,不同软件模拟数值相差大;(2)需要进一步加强套管居中度系统研究,优化扶正器性能参数,进一步完善现有模拟软件模型,使软件模拟套管居中度更符合实际。该认识为下一步开展套管居中度分析方法研究、完善相关模拟软件提出了具体方向。

页岩气井固井套管居中与下入能力研究

在对井筒内管柱受力状态进行科学分析的基础上,建立了长水平段和造斜段套管居中度分析模型,对扶正器的选择和安放间距进行了设计。采用有限元法对FYHFl井及MYHFl井扶正器选择方案和下入方案现场应用效果进行分析,分析结果表明,在井况许可的条件下,水平段应采用API标准扶正器,且每根套管加装1只扶正器,以保证套管的居中度和固井质量;选择合适的扶正器、设置合理的间距能有效减小套管下入阻力,同时明显增强套管串刚度;套管居中度对采用油基钻井液的页岩气水平井固井质量影响明显,套管居中度应该控制在67%以上,并严格控制套管贴边,以免影响水泥环均匀性和压裂效果。

低密度水泥浆在吉林油田低压易漏地层固井中应用

吉林油田部分地区钻遇地层由于天然裂缝比较发育、长期开采地层压力较低,在固井过程中易出现水泥浆漏失,造成环空水泥浆无法返至设计井深,对固井质量产生很大影响,制约了后续正常生产。针对吉林油田低压易漏地区,开展浆柱结构和顶替效率影响分析,提出保证环空一次上返的技术要求,根据现场实际井工况,开展注替过程水泥浆密度对井底当量密度影响分析、套管居中度和施工排量对环空顶替效率影响分析。结果表明:合理设计环空水泥浆浆柱结构能够保证环空水泥浆不漏失,提升环空一次上返成功率,为环空有效封固提供保障;在保证环空不漏的条件下,增加注替排量能够显著提升环空顶替效率,提高套管居中度能够在一定程度上提升环空顶替效率。通过现场固井施工注替过程模拟,对水泥浆密度、施工参数进行优化设计,保证了环空一次上返成功,为吉林油田低压易漏层的有效封固提供了技术保障。

中国海油CCS示范项目超浅层大位移井固井实践

CCS技术是Carbon Capture and Storage的缩写,是一项将二氧化碳(CO_(2))捕获和封存的技术,是稳定大气温室气体浓度减缓行动组合中的一种选择方案。中国海油CCS示范项目利用一口超浅层大位移井,将油田开发过程中高含量二氧化碳原位处置回注至类似“穹顶”地质构造,以达到二氧化碳封存的目的。目标井深度3709 m,垂深仅894.31 m,水平段延伸长度3212.96 m,水垂比达3.59,是一口超浅层大位移水平井。固井专业面临低温泥饼不易冲洗、长尾管段回接居中度差和插入难、水泥环易腐蚀和难修复、浅层疏松地层易漏等技术难题。中海油服发挥自身技术优势,对技术难题一一化解,保障了示范项目成功实施。2023年6月,伴随着回注系统将二氧化碳以每小时9吨的速度回注至地层,中国海油CCS示范项目正式投产,作为中国海油自主设计的首口回注井,标志着我国初步形成了海上二氧化碳注入、封存和监测的全套钻完井技术和装备体系,填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。

尾管固井后回接套管插入困难的分析及对策

对于储气库井及其他高压气井等尾管固井后需要进行回接套管的井,回接套管通过回接插头与回接筒相连,建立回接密封即视为回接成功,而在实际的施工作业中,可能会出现回插入困难甚至回接失败的现象。先对下回接套管前的磨铣准备工作进行叙述,并通过列举河库2井及河库1井两起回接困难的实例,得出居中度以及回接插头和回接筒本体存在问题等原因是导致回接困难的关键,并通过对这两起回接困难的处理过程进行归纳分析,提出了一定的见解及对策,为此后的回接固井施工积累了实践经验。

提高伊拉克米桑油田CBMT固井质量的措施

与使用普通密度水泥浆体系固井的常规CBL测井相比,使用高密度水泥浆体系固井后进行CBMT测井时更易受工程因素影响。为提高电测CBMT固井质量,需要采取措施消除电测CBMT的影响因素,并优化固井措施以提高真实固井质量。结合伊拉克米桑油田实际施工情况,从套管内壁清洁度、微间隙、套管居中度、窜槽、固井顶替效率等方面对电测CBMT固井质量的影响进行分析,并提出相应的提升措施;结果表明,提高套管内壁清洁度、减少微间隙、提高套管居中度、防范固井时窜槽、提高顶替效率等措施,能明显改善高密度水泥浆体系电测CBMT的固井质量。

水泥浆流变性对水平井固井顶替界面的影响——基于天河一号大规模集群计算平台的数值模拟

水平封固段的固井顶替效果是影响水平井固井质量的关键问题,套管居中度与水泥浆流变性是影响水平段固井顶替效果的重要参数。基于国家超级计算中心天河一号大规模集群计算平台,采用Fluent软件对300 m长水平段偏心环空进行1 000 s的固井顶替数值模拟,研究水泥浆流变性对固井顶替界面的影响规律。研究结果表明:在低居中度(居中度≤50.0%)条件下,水泥浆流性指数n对顶替的影响可以忽略;在中等居中度(50.0%<居中度<85.0%)条件下,提高水泥浆n值可以大幅改善环空宽边隔离液滞留,降低水泥浆n值可以改善环空窄边隔离液滞留,设计时需要综合考虑水泥浆n值;在高居中度(85.0%≤居中度<100%)与理想居中度(居中度100%)条件下,设计水泥浆n值时要避免出现其值过小的情况,从而避免在环空出现水泥浆分层窜流现象。研究结果对固井顶替施工设计具有重要指导作用。

一种快速的自动人眼定位方法

眼睛定位是人脸生物特征识别的重要组成部分。提出了一种快速、高效的人眼定位方法,该方法先用基于Haar-like特征的AdaBoost级联分类器检测出人脸块,粗定位左、右眉眼区域,采用改进的灰度投影法分别将两块区域中的眉毛部分分离掉,最后分别将左右眼区域分割成若干小图像块,联合图像块灰度均值、复杂度和结构居中度等信息精确定位人眼。该方法在中科院人脸库CAS-PEAL的Normal子库上表现优异,取得了约99%的定位正确率。实验结果表明,该方法速度快,定位效果好。

固井质量评价仪Isolation Scanner在塔里木油田套管检测方面的应用

塔里木油田地质构造复杂,油气埋藏普遍偏深,深井、超深井钻井工艺复杂,套管柱结构多样,如何检测钻井和后续开发造成的套管磨损和腐蚀情况,成为测井工程的一大难题。为了解决该难题,油田引进了最新一代的固井质量评价仪Isolation Scanner,该仪器通过脉冲回波测量和挠曲波衰减测量,可对套管结构进行检测,同时对套管磨损、腐蚀及套管居中情况进行定量评价。详细介绍了Isolation Scanner仪器的工作原理,并介绍了该仪器在塔里木油田套管检测方面的应用情况,通过实例分析认为该仪器的应用效果良好。