热采水平井出砂段套管变形及屈曲风险分析

针对储层出砂对热采井套管变形及稳定性影响的问题,开展了高温蒸汽对稠油储层岩石性质的影响试验;结合传热及热-固耦合理论,建立二维套管-水泥环-地层和三维套管屈曲模型,分析了注热过程中储层出砂对套管变形及屈曲的作用机理,并对比了不同出砂程度对套管变形和屈曲的影响规律。分析结果表明:储层出砂时,套管同时受热应力及周向非均匀地应力作用而产生内壁屈服,随着出砂区域增大,塑性变形逐渐增大;当出砂加剧导致地层亏空时,出砂段套管受储层岩石支撑作用减弱,注热形成的轴向热应力存在导致套管屈曲的风险;注入蒸汽温度为350℃条件下,地层亏空段小于3 m时套管没有屈曲风险;地层亏空段为4 m时,注热过程中套管轴向力达到临界屈曲载荷4 876.9 kN,对应临界屈曲温度为304.9℃,存在屈曲风险,且随着地层亏空段长度的增加,出砂段套管发生屈曲的临界载荷和对应温度均明显降低,屈曲风险加剧。研究结果可为热采井防砂设计及套管选型提供理论指导。

基于航空发动机吞砂能力提升的中介机匣优化设计与研究

航空发动机吞砂试验过程中,砂粒进入核心机会对压气机和涡轮部件造成损伤,影响发动机性能和可靠性。减少砂粒进入核心机是提高涡扇发动机吞砂能力的有效手段。以涡扇发动机风扇及其中介机匣为研究对象,采用CFX软件开展了风扇和中介机匣吞砂仿真分析,并对分流环进行了优化设计。仿真结果表明,优化方案在满足涵道比和总压恢复系数等气动性能不降低的基础上,可提升分离砂粒的能力,减少进入发动机内涵的砂粒量,进而提升发动机的吞砂能力。

可膨胀管技术及其应用

可膨胀管技术就是将管柱下入井底 ,用驱动头以液力或机械的方法使管材永久变形 ,从而达到增大采油管柱或井眼内径的目的。可膨胀管包括可膨胀式割缝管和可膨胀式实体管 2种。它们可应用于钻井、完井及采油、修井等作业全过程 ,被认为是 2 1世纪石油钻采行业的核心技术之一 ,该项技术的几个应用领域在国外均投入到工业实施。文中介绍了可膨胀管技术的膨胀机理。

油层出砂引起采油套管损坏的力学分析

基于普氏自然平衡拱理论,并考虑套管与地层的相互作用,对空洞的形态进行了分析,得出出砂空洞的顶部压力拱形状为抛物线,给出了油层出砂形成空洞后淘空段套管所受轴向力的计算公式。将套管损坏近似看成两端固定压杆的失稳弯曲,建立了套管失稳破坏与出砂量之间的关系,并分析了不同的钢级和壁厚对套管发生失稳破坏时出砂量的影响,指出对于出砂严重的油田,其油层段应尽量使用高强度、大壁厚的套管。该研究不但有助于严重出砂油田的套管设计,而且在实际生产中还可以通过监测出砂量来判断套管是否已发生损坏,从而保证采取及时、有效的防砂方法,达到防止套管损坏的目的。

疏松砂岩层套管受力的有限元分析

疏松砂岩层段油气井开采过程中,生产层段由于出砂将在套管外部附近形成空洞,破坏了套管的受力环境,套管外部失去支撑。由于上覆地层压力的作用和地层扰动力的作用,使套管在轴向压力作用下产生屈曲变形,甚至错断。文章用弹塑性有限元法建立了出砂层段套管屈曲变形的空间有限元力学模型。根据此模型,分析了套管内的Von-Mises应力随出砂范围变化的变化过程,定量分析了套管内的应力变化以及套管的侧向位移变化,这些结果为预防套管损坏和屈曲变形提供了理论依据。

筛套环空砾石层压降的简化计算模型

在砾石充填井筛套环空砾石层的压降计算中 ,将液流简化为单向流或径向流计算得到的压降与实际值相差较大 ,描述这种发散流的Yildiz等人的模型比较复杂 ,且求解困难 ,不便于应用。因此 ,提出一种砾石层压降的简化计算方法 ,即将环空砾石层中的发散流简化为锥形流 ,根据Forchheimer方程导出计算压降的新公式。计算结果表明 ,锥形流模型与Yildiz等人的模型计算结果非常接近 ,并且应用更简便。分析结果还表明 ,油井产量以及射孔孔径和孔密度是影响砾石层压降的重要因素。

机械防砂与分层采油一体化管柱研究与应用

针对胜利油田疏松砂岩油藏机械防砂后井筒内径变小,现有分采工艺均无法实施的问题,研制了适合小直径套管的机械分层防砂与分层采油一体化管柱。该管柱采用1套换层工具控制2层采油,打破了以往的每个油层都需要1个换层工具进行分采的做法,简化了管柱结构,并可与多种机械分层防砂工艺管柱配套。该项工艺技术现场实施30井次,成功率100%。该技术可使疏松砂岩油藏各油层均衡生产,能较大限度地发挥中、低渗透层产能,并延长油井工作寿命。

提高水泥胶结强度的套管黏砂技术研究

为提高固井水泥胶结强度,对黏砂套管—水泥环间各界面进行强度校核,建立黏砂套管水泥胶结强度计算模型,分析胶结剂厚度与砂粒半径的比值、黏砂密度、胶结剂抗剪切强度及水泥环抗压强度等因素对水泥胶结强度的影响。研究结果表明:当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1时,黏砂套管水泥胶结强度最大,且在其他条件不变时,胶结剂厚度和砂粒半径的比值相同,对应的黏砂套管水泥胶结强度也相同;在临界黏砂密度内,黏砂套管水泥胶结强度与黏砂密度和胶结剂抗剪切强度呈线性增长关系;当水泥环抗压强度小于胶结剂抗拉强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗拉强度相关的定值,当水泥抗压强度介于胶结剂抗拉强度和1.5倍胶结剂抗剪切强度之间时,黏砂套管水泥胶结强度随水泥环抗压强度增大而增大,当水泥抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗剪切强度相关的定值。因此,当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1、黏砂密度为80%、胶结剂中添加质量分数为13%的四乙烯五胺固化剂及水泥环抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度可达最大值。

地层出砂及射孔对套管屈曲损坏的影响分析

油藏出砂后,上覆地层重力转移到套管轴向上,当轴向载荷超过套管临界屈曲载荷后,套管发生屈曲损坏。建立了考虑射孔的套管屈曲损坏有限元力学模型,旨在探讨射孔参数对出砂引起套管临界屈曲载荷的影响,从而确定合理的射孔参数,提高套管临界屈曲载荷,为预防出砂引起的套管屈曲损坏提供理论支撑。计算结果表明,在出砂严重的地层,应选择合理的射孔孔密和相位,避免选用相位180°射孔。如果出于产能考虑,必须要采用180°相位射孔,射孔孔密严禁超过44孔/m。当射孔密度大于22孔/m时,应选择90°相位射孔。

砂泥岩夹层套管损坏的有限元分析及防控措施

据大港油田不完全统计,在沙泥岩夹层的套管损坏占63%。针对在砂泥岩夹层套管损坏严重的问题,基于弹塑性力学和断裂力学理论,建立了沙岩—泥岩—沙岩三岩层剖面的轴对称有限元模型,并借助有限元软件进行求解,分析不同钢材和壁厚条件下三岩层剖面上套管内应力分布情况。结果显示,套管内的Von Mises应力在砂泥岩界面和泥岩段应力最大,且在砂泥岩界面应力发生突变出现尖角,因此在砂泥岩界面和泥岩段套管容易损坏。针对砂泥岩夹层研究了泥岩段套管损坏的防控措施,研究发现,相同钢级下,增加套管壁厚不能有效防控泥岩段套管损坏,提高套管的钢级才是有效方法。通过以上分析研究对砂泥岩界面防控套管损坏的研究提供技术借鉴。

吉利河水库大坝渗流观测资料分析

对吉利河水库粘土心墙砂壳坝的渗流观测资料分析表明,该坝粘土心墙的防渗效果较好,但坝前铺盖没起到防渗作用,且截渗槽较薄弱,渗透比降较大,可能发生渗透破坏.

松软地层套管损坏的影响因素研究

建立松软出砂地层中套管的三维有限元力学模型,分析出砂段高度、套管内压以及垂向地直力对套管受力的影响。分析结果表明,出砂段的存在大大增加了套管损坏的危险性;出砂套管损坏的危险程度与出砂段高度呈抛物线关系;最大当量应力与内压的关系基本为双段线性;垂向地应力对套管应力大小影响很大。防止和减少出砂地层套管损坏的措施,除采用合理的防砂工具、选用高强度套管外,还应使出砂段高度避免接近临界出砂段高度,并且尽量使套管内压力接近临界内压。

热采井出砂套管损坏机理的有限元分析

热采井出砂套管损坏机理已成为稠油热采生产中迫切需要解决的问题。油层大量出砂造成的空洞、塌陷等引发套管弯曲,局部热应力集中,使套管应力增加而损坏。文章采用三维有限元法,对辽河油田杜 84 段二区内的若干口井,按照出砂量的不同进行数值计算,得到了热采井套管、水泥环、射孔与油层的应力场分布规律及套管的应力与出砂量的变化关系,并得出了热采出砂井套管损坏的机理。

疏松砂岩地层出砂因素对套管损坏机理探讨

以东濮凹陷WZ油田历年井况大调查套管损坏资料为依据,在对出砂油井套管损坏形态、层位与射孔状况、岩石性质等因素进行综合分析基础上,对疏松砂岩出砂、上覆岩层坍塌等主要方面导致的套管受力变形进行研究,为探讨及防治措施提供依据。

严重出砂井中采油套管损坏的力学分析

对于出砂严重的疏松砂岩油藏,非均匀载荷也是引起套管损坏的一个重要因素.针对此类油藏中非均匀载荷的形式特点,根据弹性力学理论,建立了3种适用于严重出砂井的套管承受非均匀外载的力学模型,包括套管承受椭圆形外载力学模型、对径集中载荷力学模型以及正交对径集中载荷的力学模型,并采用逆解法进行了求解,得到了此3种非均匀载荷下套管的抗挤强度计算公式,为研究严重出砂地层中非均匀载荷作用下的套管挤毁问题提供了初步的理论依据.研究表明,套管承受3种非均匀形式载荷的能力远远低于API抗挤强度,约为均载情况下的3%～25%,其中套管在对径集中载荷作用下最易发生破坏;另外,随着套管承受椭圆形外载的非均匀程度逐渐降低,其抗挤强度逐渐升高.

粘砂套管特性对声波幅度的影响研究

建立超声波在套管、粘胶剂及粘砂砂粒中的反射模型，计算超声波在每个介质层问的声波能量，并根据超声波的能量变化，分析粘砂套管的粘胶剂厚度和粘砂砂粒分布密度对反射波声幅大小的影响。理论分析与实验结果均表明，粘胶剂厚度与声幅成反比，当其厚度大于等于粘砂砂粒半径时，声幅值最小，表示固井质量评价结果最好；粘砂砂粒分布密度为70％～85％时，接收到的声幅值很小，表示固井质量评价结果最好。

膨胀筛管防砂——机械防砂新思路

文章详细地介绍了膨胀筛管的基本结构、防砂机理及该项技术的优缺点。在辽河油田室内实验及现场应用试验的成功 ,为今后既防砂又能提高套管机械强度的防砂技术迈出了先导性的一步。

冀东油田出砂斜井液压膨胀管补贴技术

针对出砂斜井的液压膨胀管补贴技术难题,通过对膨胀管补贴失败井进行分析,从地层特性、井筒状况、补贴工具结构、补贴施工操作方法对出砂斜井实施补贴技术的影响等方面入手,分析了影响膨胀管补贴的各种因素,研究得出对于出砂斜井补贴前采用挤水泥阻止地层出砂是关键技术;并针对斜井膨胀阻力大的问题,采用钻杆打压胀管以解决胀头遇卡的情况;同时,对膨胀管补贴技术和补贴工具进行了一系列的改进,解决了出砂斜井膨胀管补贴过程中胀头偏摆和密封悬挂胶皮被刮落的难题。该技术在井斜30°、严重出砂和石子的G308-4井中进行了应用,效果较好。

基于水泥环和管壁剪切强度的黏砂套管固结强度计算模型

考虑黏砂砂粒对水泥环支撑和套管对水泥环剪切共同作用,建立黏砂套管井固结强度计算新模型,得出当黏砂密度小于临界黏砂密度时,黏砂套管固结强度与黏砂密度呈线性关系;当黏砂密度达到临界黏砂密度时,黏砂套管的固结强度与黏胶剂的性能有关;当临界黏砂密度为70%时,实验结果与新模型的计算结果一致,最大相对误差9.43%,建立的黏砂套管固结强度计算模型准确合理,符合实际.

疏松砂岩出砂油藏套管发生破坏校核方法的确定

在疏松砂岩油田开发过程中,油井出砂引起套管变形现象经常发生。本文从临盘采油厂出砂井的套管损坏现状及规律着手,分析油藏出砂后形成空洞的特征,根据岩层出砂形成空洞形状,确认套管在地层承受三向应力状态,根据套管在岩层中力学状态,引用了《滩海管道系统技术规范》中管道屈曲破坏的条件,首次提出了为疏松砂岩油藏出砂井套管发生变形的一种校核计算方法。