南海东部超深层压裂测试管柱结构优化设计及应用

南海东部X井为一口定向探井,储层埋深4687~4967m,地层破裂压力高达85MPa,采用常规射孔测试压裂一体化管柱地面施工泵压高,封隔器承受压差大。因此如何有效的提高压裂排量、降低地面施工压力,从而解决封隔器密封稳定性问题、以及平台作业空间、地面设备能力对压裂规模的限制,是保证本井作业成功的关键。X井通过设计优化管柱尺寸及结构,首次采大通径压裂管柱,减小传统“射孔-压裂-测试”一体化管柱的小直径附件工具节流的影响,降低管柱摩阻,通过较低泵压,实现了对南海东部超深层储层的压裂改造。

深水作业中测试管柱的横向振动特性探究

深水测试管柱在深水作业中发挥着重要作用,能够为油气田参数的获取、储能的评价提供支持,但深水测试管柱的横向振动会受到多种因素的影响,因此,对深水测试管柱测试过程中横向振动特性进行了研究与探讨。在探究过程中构建了深水测试管柱横向振动模型,之后通过求解分析了悬挂力、水深等因素对管柱横向振动的影响。分析结果表明,深水测试管柱整体受拉时不会产生复杂的横向振动,且增大悬挂力可以减小管柱的最大横向振动位移。所以在应用过程中若水深不断增加就可以适当增大悬挂力并增加管柱与隔水管的环空间隙。

轴向载荷波动下海上测试管柱动力响应与安全系数分析

为研究海上测试管柱在作业过程中轴向载荷波动对管柱强度和变形的影响,针对泥线上管柱的作业特点,对适应于简化条件下的泥线上管柱的轴向力计算方法及振动模型进行了推导;基于建立的管柱有限元模型及其固有频率分析结果,应用Workbench进行了不同频率、不同水深、不同波动幅度轴向力下测试管柱的动力响应分析及对应的安全系数计算。研究结果表明:轴向力三角形波动一定周期后,响应参数趋于稳定,波动幅度对管柱的响应结果影响不大;同幅度载荷变化下,正弦波动时的最大应力、最大变形响应数值较三角形波动时要小;随着水深的增加,最大变形、最大应力的数值均明显减小,二者响应规律基本一致;在基频不同倍数的波动下,波动频率对响应频率、稳定前的时间占比、幅度等影响明显;测试管柱在轴向波动载荷作用下的强度均满足材料的使用安全系数,但正弦波动时管柱的变形与应力始终随轴向力的变化而变化,正弦波动下的管柱易出现周期性疲劳破坏。

高温高压气井测试管柱的横向振动与稳定性

从测试管柱内的气流流动诱发管柱横向振动与管柱稳定性的角度进行了分析。根据汉密尔顿(Ham ilton)原理推导了输送天然气的测试管柱横向振动方程,给出了测试管柱横向振动频率与失稳的临界速度计算方程,并讨论了管内流体流速对管柱的振动频率和稳定性的影响。结果表明,天然气在管柱内流动对管道的振动频率和稳定性有较大影响,管柱横向振动的固有频率取决于管道的抗弯刚度EI、管道的几何参数(跨距L、过流面积A)、管内流体密度ρ和流速v,且随着管内流速v、跨距L的增加,管柱横向振动频率呈下降趋势;高温高压气井高流速作用下的实际测试管柱在井筒中可能存在多处失稳,进而导致封隔器失封、测试管柱连接螺纹松扣甚至疲劳断裂等事故。

深水测试管柱与隔水管的横向承载特性

在海上深水油气井测试过程中,隔水管、测试管柱与海水、环空流体、管内流体相互作用,并组成海上测试的“管中管”结构体系,目前对于由隔水管—测试管柱组成体系产生的复杂横向承载特性的认识不足。为了给海上安全测试作业的控制提供理论支撑,针对我国南海测试使用“管中管”体系结构及作业水深超过900 m的特点,建立了海水段测试管柱的井筒温度场、压力场及轴向力计算模型;考虑内外流体与管柱相互作用,建立了隔水管和测试管柱横向动态受力模型;基于数值求解方法,进行了不同顶张力、悬挂力、海流流速及平台漂移下的“管中管”结构体系横向承载特性分析。研究结果表明:①增大顶张力、悬挂力均能减小管柱体系的横向最大承载参数,同等幅度下的顶张力对管柱横向承载参数的影响更明显;②随着海流流速的增加,管柱体系的最大横向位移、转角、弯矩增大明显;③随着平台漂移量的增加,管柱体系的最大转角和弯矩先减小后增大,即顺着海流方向使平台产生适当的漂移有助于减小管柱体系横向的最大承载参数。结论认为,该研究成果可对海上测试作业的安全控制提供理论支撑。

库车山前高温高压气井测试管柱优化配置与应用

塔里木库车山前储层具有"超深、高温、高压"的特点,存在井下工具易失效、中高密度钻井液在高温下长时间静置易老化沉淀堵塞管柱、埋卡封隔器等问题,同时要求测试管柱兼具替液、测试、改造、循环压井等功能,常用的"两阀一封"测试管柱已不能满足超深高温高压储层安全测试的要求,因此文章在原有"两阀一封"基础上通过优化管柱结构、优选井下工具、优化配套工艺(采用无固相压井液、研发稳定耐高温专用试油钻井液)等方法,建立了一套适用于不同井况的"三阀一封""四阀一封""五阀一封"测试管柱体系。该管柱体系有力地支撑了塔里木库车山前超深高温高压气井、三超气井的安全高效试油。

深水测试管柱力学行为研究进展及发展方向

深水测试管柱的力学行为对深水测试的成功有着重要的影响。以陆地管柱力学研究为基础,对深水测试管柱的结构、工况、载荷以及研究现状进行了分析阐述。分析认为,国外深水测试技术成熟,深水测试管柱力学行为研究完善;而国内则主要依靠国外技术服务公司进行深水油气田的测试工作。同时,针对中国深水测试的应用现状,对深水测试管柱的力学行为研究进行了系统分析,指出应该建立考虑平台升沉和漂移、隔水管影响、产层高压流体、射孔冲击载荷、温度耦合作用等因素的深水测试管柱动力学模型,分析整个管柱的力学行为,实现对深水测试管柱的优化设计,提高深水测试管柱施工作业的安全可靠性。

深水测试管柱接触非线性力学行为

针对深水测试管柱作业过程中的大位移和管柱接触问题,建立深水测试管柱管中管接触非线性耦合分析模型,依据深水测试海况环境和工艺参数施加载荷条件,研究深水测试管柱在典型作业工况下的力学性能和接触规律。研究表明:深水测试管柱的等效应力自上而下逐渐减小,加压射孔和关井回压属于深水测试管柱服役周期中的危险工况;测试管柱顶部位置、下挠性接头和扶正器邻近区域是深水测试管柱的强度弱点,在检测、维修时需要特别关注;深水测试管柱服役过程中与隔水管之间表现出随机接触的规律,测试管柱下挠性接头处接触载荷最大,是深水测试管柱的接触弱点;提高隔水管顶张力和下挠性接头转动刚度、控制浮式平台的作业范围有利于降低下挠性接头处的接触力,减小摩擦和磨损的发生。

川东北三高气井测试管柱力学研究

川东北海相碳酸岩气藏地质条件复杂,气井高温、高压、高产使测试管柱在整个测试过程中载荷和变形变化复杂,给完井测试工作的安全、高效开展带来了挑战。针对川东北三高气井测试管柱工作条件和测试作业的特点,考虑管柱组合、管柱载荷、高温高压等因素及屈曲状态、井口和封隔器约束的影响,并综合考虑管内外流体压力、黏滞摩擦、弯曲失稳后法向支反力及库仑摩擦力的影响,给出了井下管柱载荷、变形计算方法与公式。在此基础上,使用可视化Visual Basic语言编制了测试管柱力学分析软件,并使用软件对川东北元坝1井测试管柱进行力学分析,证明了软件和数学模型的科学性和实用性。

基于虚拟现实技术的油气测试管柱装配研究

提出了基于虚拟现实技术的测试管柱装配应用路线,建立了从测试管柱三维建模到虚拟操作平台研发的设计思路,探讨了在Virtools开发环境中如何实现测试管柱可视化虚拟装配、测试过程动态展示平台。为油气测试管柱方案的设计和决策提供了有效的辅助作用,同时也为测试管柱装配的培训过程提供了1套具有三维可视化、人机交互等特色的虚拟操作平台。

深层气井带伸缩短接测试管柱设计与应用

伸缩短接能有效改善测试管柱的受力状况,提高测试作业成功率,越来越广泛地应用到深层气井作业中,但如何对带伸缩短接测试管柱进行力学分析和优化设计,已经成为困扰现场作业工程师而又急需解决的技术难题。为此,首先建立了伸缩短接力学分析模型,在此基础上建立了带伸缩短接测试管柱在封隔器内不能移动情况下管柱、封隔器以及封隔器处套管的受力分析数学模型,并针对深层气井特点建立了管柱强度校核方法,为伸缩短接启动载荷计算、安装位置确定、长度设计以及管柱优化设计提供了理论依据。将研究成果应用于川东北元坝2井,对测试管柱重新设计后,使原本无法满足施工要求的测试管柱满足了高温高压深层气井的施工要求。

影响井下测试管柱安全性参数特征及安全性评价方法研究

影响测试管柱及地面管线安全的主要因素包括:轴向变形量、轴向力分布和强度;影响测试管柱及地面管线受力变形的主要因素包括:管内外流体压力、温度、流体流动阻力、地层压力等;影响测试管柱及地面管线强度的重要因素是腐蚀。进行复杂井测试管柱力学分析、对其防腐机理及安全性进行研究具有重要意义。

高压射孔测试管柱力学行为仿真

在高压深井中,测试管柱的损坏成为油气井测试失败的主要原因之一。管柱在下端受压会发生螺旋屈曲,受力变形比较复杂,难以应用理论公式直接进行准确的计算,无法正确反映井下复杂的实际情况。采用ABAQUS有限元分析软件建立中和点以下测试管柱三维仿真模型,综合考虑管柱轴向力、井壁摩擦力、内外压、管柱自身重力等影响因素,对其在不同危险工况下进行管柱力学行为模拟。形成了一套基于ABAQUS软件下研究测试管柱变形的分析方法,并在某地区A井的应用中取得了良好的效果。此方法能够真实地反映测试管柱的变形规律,可对深井勘探现场测试工作提供系统的技术指导。

隔水管循环注液对深水气井测试管柱温度分布的影响

为了准确预测深水气井测试管柱内的井筒温度分布,根据能量守恒原理及传热学原理,建立了深海气井在普通测试流程及在隔水管内循环注入常温水工况下的井筒温度预测模型。模拟计算结果表明,隔水管循环注入常温水对测试管柱的温度有一定的影响,当水深大于200m时循环液温度与海水温度基本一致,循环时可使隔水管环空温度降低从而增大水合物生成风险。因此,水深大于200m的深水气井不宜采用隔水管循环注水。本文研究成果对于深水气井隔水管循环注液测试具有指导意义。

油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

在油气井测试过程中,特别是高温高压气井、超深井、水平井的测试,测试管柱在轴向力、管内外压力、弯矩、扭矩及温度等因素的作用下,会形成复杂的应力和应变,有时会造成管柱断脱和屈服破坏。为此,开发了油气测试管柱力学分析与优化设计软件。该软件考虑井眼轨道、测试管柱结构、测试阀类型、井内外流体性能、管柱内外压力、管柱与井壁间的摩擦因数、管柱温度及地层温度,可计算出油气测试过程不同作业阶段管柱的受力状态,包含管柱的轴向拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性状态及伸长等参数,可以对多级管柱组合的各级长度进行优化。现场应用结果显示,软件的计算精度满足工程作业需要。

一种可实现泵注式直推压井作业的测试管柱

采用常规压控式地层测试管柱进行地层测试作业结束后,往往采用一次性关井阀进行关井,但该类关井阀关闭后无法再次开启,当该井出现井漏需要进行堵漏作业时,只能解封封隔器,通过封隔器与套管的环间进行置换法压井堵漏,不仅作业效率低,而且容易造成井下管柱卡埋。设计的可实现泵注式直推压井作业的测试管柱,可在关井完成后,不用解封封隔器,直接泵注堵漏泥浆推开井下关井阀压井,其操作简便、安全可靠,适合高产气井测试作业。

深水测试管柱测试过程中横向振动特性分析

基于Hamilton原理,建立了充分考虑内外流惯性力、隔水管作用力、内外流与隔水管摩阻力等影响下的深水测试管柱横向振动模型,通过数值求解得到了管柱的各阶振幅及最大位移计算公式;应用编程求解,研究了悬挂力、水深、产量、管柱壁厚对测试管柱前六阶振幅及最大位移的影响。结果表明:测试管柱整体受拉能避免产生复杂的横向振动,管柱受拉时的最大位移和振幅值随悬挂力的增大而减小;悬挂力在水深增加而保持不变时,测试管柱各阶振幅值变化复杂,悬挂力随水深增大而增加时,最大位移及振幅随水深增大而增大;管柱的最大横向振动位移随管柱壁厚的增大而增大;随着产量的增加,测试管柱的最大横向振动位移增大,但幅度较小。结论认为,适当增大悬挂力能有效减小测试管柱的最大横向振动位移,当水深增大时,现场除应增大悬挂力外,还应考虑适当增大测试管柱与隔水管间的环空间隙,以减小两者可能存在的接触碰撞。

监测窜槽、漏、失封一体化测试管柱的应用

监测窜槽、漏、失封一体化测试管柱 ,是在原MFE地层测试管柱基础上 ,采用在MFE多流测试器上部下一内、外置压力计托筒 ,分别记录环空及测试管柱内测试期间压力变化 ,然后根据测试期间井口液面和井底压力变化情况进行综合分析 ,判断测试期间测试管柱是否漏失、封隔器的密封性及是否存在层间窜通现象。这期间不需要另外的设备 ,也不需要往环空灌水 ,只应用井场现有的设备及工具 ,一趟管柱即可实现测试、监测窜槽、漏、失封的目的 ,提高了地质资料录取质量 ,缩短了试油周期 ,降低了试油成本。

四川盆地超深高压含硫气井测试管柱设计方法

四川盆地川东北地区茅口-吴家坪组超深井测试期间存在管柱断裂、封隔器窜漏、阀件打不开、管柱安全系数参考标准不统一等问题。通过梳理测试失败井施工工况、分析导致失败的原因,全面对比涉及管柱强度相关标准,综合考虑鼓胀效应、温度效应、屈曲效应、活塞效应等条件下的三轴安全系数以及抗内压、抗外挤、抗拉条件下管柱安全,建立了超深超高压井管柱强度安全参照标准,确定出适合超深气井抗拉、抗内压、抗外挤以及三轴的计算方法,优选超深含硫气井插管可取式完井液压封隔器(HPH、MHR)作为测试封隔器,并制定测试阀件破裂盘开启值计算方法,形成了一套适用于超深层海相探井的APR测试管柱设计方法。经YF702井应用,测试成功,为类似测试井各工况下施工安全提供了可借鉴的经验。