深井测试管柱力学研究的内容探讨

深井测试对于及时发现和准确评价深部油藏具有重要意义，而深井测试的成功率和效果是通过深井测试管柱力学的研究来实现的。测试管柱力学研究应在分析井下工作条件和工艺特点的基础上，弄清井下管柱的工作状态及其变化，研究井筒内多相流分布规律，研究温度，压力变化引起的４种效应，进行测试管柱受力状态室内模拟试验，建立井下测试管柱综合力学模型，并在此基础上，确定适用于不同情况的力学分析和计算方法。     

深水高温高压井隔热测试管柱技术

现有的深水油气井完井技术施工中通常会将部分完井液圈闭于套管环形空间内,进而在深水测试作业时圈闭流体受高温高压产层热流体的影响而产生井筒附加应力。为消除附加应力对井筒完整性造成的损害,设计了一种应用隔热管进行深水油气井生产测试的圈闭压力控制技术。依据南海深水高温高压井的典型井身结构,构建了测试过程的深水井筒热传导模型,通过基于典型井的井筒传热数值计算,分别对常规测试管柱结构及隔热油管测试管柱结构进行了圈闭环空温度场的数值模拟、圈闭压力计算。研究表明,深水高温高压油气井测试过程中,应用隔热管的测试管柱复配技术,可有效降低高温高压产层流体对套管圈闭空间的附加应力影响,避免了井下事故的发生。该技术为深水高温高压油气井的安全高效测试作业提供了一种新的有效方法。     

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高温高压深井测试管柱的工作力学分析是测试工程设计的关键技术之一。确定测试管柱结构往往要经过多种作业工况。如何控制测试管柱的施工作业参数及其测试管柱内外流体性质、掏空深度以及井口油压、套压等，确保各工况下测试管柱的强度及井下封隔器安全，其关键是在设计阶段详细分析高温、高压及高流速下测试管柱的受力、变形及强度，从而确定出各工况下的极限操作参数。文中在简述测试管柱构成及其施工工序的基础上，详细分析了各工况下测试管柱载荷变化规律，给出了管柱变形及强度计算的近似公式，以此确定出测试管柱的极限工作参数，进而指出了高温、高压深井测试管柱力学分析中尚待深入研究的问题和方法。特别指出在流动测试工况下高速气流对管柱的摩擦力、冲击力等对测试管柱变形及强度的影响，以及高速气流与测试管柱的动态耦联振动分析是高温高压深井测试管柱分析的特殊问题，应予以高度重视，以确保测试管柱的安全可靠及测试的成功。     

深井试油管柱力学分析及其应用

针对深井管柱温度高、注液压力大,管柱受力复杂等特点,综合考虑井身结构、管柱组合、工况、施工顺序等因素,考虑封隔器的约束和温度、压力变化引起的温度效应、螺旋弯曲效应等四种效应对管柱受力、变形的影响,给出了试油井下管柱轴向受力、变形、应力计算方法,并结合油田现场实际对流体摩阻的计算方法进行了简化。根据理论分析开发了深井试油井下管柱力学分析软件,在管柱组合设计与强度校核、施工参数计算方面具有一定的指导意义,在胜利油田和大港油田已实际运用多次。     

高温高压地层测试关键技术研究

高温高压地层测试关键技术由江汉石油管理局测录井公司研究完成,获2006年度中国石化集团公司科技进步二等奖。该项目完成了新型井下测试关井阀、减震电子压力计托筒、地面自动紧急泄压阀、高温高压井测试封隔器胶筒等高温高压井测试急需设备的研制,并将这些设备在多口井深6000m以上、井底压力超过105MPa的深井的测试中应用成功;同时还进行了管柱力学、井筒压力分布和温度分布、流体流动水合物形成规律等方面的理论研究,开发了《高温高压地层测试工程辅助分析系统》软件,建立了高温高压地层测试工程设计和施工模式与规范。     

塔里木超深井试油测试过程中酸化压力分析对管柱安全影响

塔里木深井及超深井储层通常埋藏深,压力温度高,在试油测试过程中工况变换频繁,致使井下管柱
及工具受力复杂,为了了解酸化动态压力变化对管柱的安全影响,文章着重论述了三种酸化摩阻压力预测分析方
法,并对不同方法计算结果对管柱受力变化的影响进行了对比,结果表明酸化施工泵压和排量对管柱安全影响大,
从而进一步说明准确预测分析酸化动态压力对有效进行管柱受力分析和优化设计酸化施工参数具有重要意义。     

深层高温高压气井完井测试管柱失效分析

深层高温高压油气井完井测试管柱的安全可靠对于确保深层油气的安全高效开发具有重要意义。考虑测试过程中的温压变化、管柱端部约束及屈曲摩阻等因素综合影响,建立了测试管柱受力分析模型,开发了深层高温高压气井完井测试管柱力学分析软件,对新疆顺南地区某井测试管柱进行了温度压力分析、受力变形计算和力学强度校核,揭示了该井完井测试管柱失效的原因。结果表明:利用开发的软件能够较为准确地分析高温高压井测试管柱所处的温压环境,并能对其进行受力变形分析和强度校核,可用于工程实际;该井测试管柱表面受到的局部腐蚀损伤和产生的裂纹会使管柱强度降低,是导致其失效的主要原因;该地区高温高压井中腐蚀对管柱力学强度的影响应给予特别重视。该研究可为高温高压井完井测试管柱优化设计及安全控制提供理论依据。     

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。     

气井完井管柱安全状态评估系统设计与应用

高温高压气井在生产和井下作业过程中,由于温度和压力的变化容易造成管柱变形,影响到管柱安全,因而需要开展天然气井完井管柱安全状况评估。文中在分析不同工况前后天然气井温度和压力变化的基础上,提出了相应的管柱变形计算和强度校核方法,并进行了实例计算,取得了较好效果。利用该方法,还可以帮助新井设计出安全的完井管柱,指导完井工艺的选择。     

高温高压气井测试期间水合物防治技术研究

从测试井筒温度压力场的分布规律研究入手,预测分析高温高压井测试过程中水合物生成可能性,建立了高温高压测试期间井筒温度和压力场理论计算模型,通过室内模拟实验建立了天然气水合物生成条件的预测模型,结合高温高压井测试期间现场情况,提出了水合物防治的具体措施,进一步降低了测试作业施工过程中事故和风险。     

大庆油田高温深井试气井下管柱力学分析及应用

针对大庆油田深井高温、高压裂压力及测试、压裂管柱的特点,在轴向屈曲分析的基础上,综合考虑井况、井身结构、管柱组合、施工顺序,以及考虑库仑摩擦力,考虑井口和封隔器的约束及其对轴向变形、轴向力的影响,给出了试气井下管柱载荷、变形、应力计算方法与公式,编制了井下管柱力学分析软件.据此,可以分析各试气工序下管柱的屈曲状态、载荷、变形、应力及强度安全性,并指导管柱组合和施工参数选择.     

海洋深水高温高压气井环空带压管理

中国南海高温高压油气藏开发过程中,井筒环空带压问题突出,一旦超过允许值将会影响安全生产。为了保证气井的正常生产,需要确定环空压力的合理范围,为此基于ISO 16530-1:2017标准和API RP 90-2的推荐做法,研究并建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水高温高压气井环空带压控制值计算模型以及一套环空压力管理图版。研究结果表明:(1)管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;(2)关键节点校核计算主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等;(3)建立了环空最小预留压力计算模型,以确保对深水高地层压力或井底高流压气井的环空施加一定的备压,保证井下管柱和工具在合理环空压力范围内正常工作;(4)以某深水气井为实例进行了计算与分析,得到了考虑和不考虑壁厚减薄情况下随投产时间变化的各环空带压控制值。结论认为,所建立的模型及图版应用于海上深水高温高压气井,使用简便、可操作性强,可以为深水高温高压气井及类似井的井筒环空压力管理提供借鉴。     

完井作业油管柱失效的力学机理——以塔里木盆地某高温高压井为例

塔里木盆地某高温高压井井深约7 000 m、地层温度180℃、地层压力120 MPa,该井在完井作业中发生两处油管工厂端丝扣根部断裂的工程问题。如何从管柱变形与应力变化进行解释并提出应对措施,进而保证管柱完整性和保障安全生产是一个值得讨论的问题。为此,采用有限单元法进行管柱的三维力学数值分析,建立起三维有限元管柱力学模型,模拟完井作业中下封隔器坐封、压裂、测试3个工况下的管柱结构变形,分析管柱系统的位移和应力的变化规律,进而基于疲劳强度计算的理论公式得出了疲劳安全系数的计算公式。研究结果表明:(1)依据该井完井管柱各处的轴向应力有限元数值计算结果,得到了各弯曲应力部位的疲劳安全系数值;(2)测试作业各油管段的疲劳安全系数都大于3,属于安全状态;(3)断裂的2段油管疲劳安全系数值分别为1.99和1.11,处于预警区,而其他管段的疲劳安全系数均大于1.99,属于安全区。结论认为,该方法为具有类似结构的超深高温高压井的管柱力学设计提供了有效的分析手段。     

南海西部高温高压井测试技术现状及展望

南海西部高温高压井测试作业面临地层流体流动相态复杂、测试管柱在多种载荷作用下井筒安全难以保障、高压低温状态管线极易生成水合物、地层严重出砂、测试液高温稳定性要求高、海上平台空间受限、人员和设备安全风险高等问题。经过多年的科研攻关和现场实践,形成了一整套海上高温高压测试技术,主要包括:建立海上高温高压测试安全控制系统模型、测试管柱安全性分析技术、井筒安全评估技术、水合物预测与防治技术、出砂预测与防治技术、测试地面流程优化设计技术、高温稳定性测试液技术等,现场应用取得良好的效果。基于当前石油行业形势及后续勘探需求,海上油气井测试信息决策平台的建设、测试设备智能化及深海高温高压测试技术是高温高压井测试的研究方向。     

龙王庙组气藏高温高压酸性大产量气井完井难点及其对策

为了实现对四川盆地安岳气田下寒武统龙王庙组气藏的安全高效开发,减少因冲蚀、腐蚀、丝扣渗漏和完井工艺不合理等因素所导致的安全屏障失效和环空异常带压等问题,在分析该气藏完井主要技术难点的基础上,重点进行了完井方式优选、管柱材质实验评价与优选、管柱丝扣密封性能评价、井下管柱结构优化设计以及管柱抗冲蚀性能评价等方面的研究与现场试验。形成了一套适合于高温、高压、含酸性介质、大产量气井的配套完井技术:(1)优选了适合的完井方式、管柱材质和扣型;(2)形成了不同配产条件下的管柱结构;(3)制订了针对直井和斜井的完井工艺及完井过程施工质量控制措施。现场应用效果表明,该配套技术有效降低了大产量生产对管柱和井下工具的冲蚀以及射孔作业对生产封隔器密封性能的影响,提高了完井施工质量,对于减少后期生产过程中环空异常带压具有较好的效果。可为类似气田的开发提供参考。     

水基钻井液高温高压密度特性研究

水基钻井液的密度在高温高压条件下不再是一个常数。采用高温高压静态密度测定装置，研究了不同密度水基钻井液的静态密度随温度和压力的变化规律，回归其变化关系式，建立起了水基钻井液静态密度随温度和压力而变化的数学模型，并对影响高温高压下水基钻井液密度变化的因素进行了分析。得出了温度对水基钻井液的密度影响最大，压力对其影响较小的结论。提出了随着温度的升高，压力对水基钻井液静态密度的变化影响变大的观点。准确预测钻井液在高温高压下的真实密度，有利于准确预测和控制井底压力，从而保证油气井在窄安全钻井液密度窗口下安全钻进。     

套管封固段变形对高温高压井环空圈闭压力影响规律

高温高压井在钻井及生产过程中，由于密闭环空流体受热膨胀产生的环空圈闭压力严重影响着气井的安全，环空圈闭压力大小与密闭环空体积变化密切相关。为研究套管封固段变形对环空圈闭压力的影响，根据弹性变形理论，在建立套管— 水泥环—地层协调变形模型的基础上，综合考虑环空流体参数、套管变形等因素，建立了多管柱环空圈闭压力计算模型，结合实际案例分析了套管变形对环空圈闭压力的影响规律。研究表明考虑套管封固段变形预测的环空圈闭压力值较不考虑该因素时降低约13%，且与现场实测值更接近。该研究对于指导高温高压井的套管柱设计及安全生产有重要的现实意义。