对应用三轴强度理论进行套管柱设计的分析

从套管柱三轴强度设计理论分析入手，讨论了应用三轴强度理论进行套管柱设计时应该注意的几个问题。给出了应用计算机实现套管柱设计的方法和步骤，并编制了相应的计算软件，结合具体设计实例，通过计算分析表明，应用三轴强度理论进行套管柱设计具有分析全面、计算精度较高的特点。     

基于遗传算法的套管柱优化设计方法

针对复杂地质条件下套管外载荷多变的特点,建立了基于遗传算法的套管柱优化设计方法。应用遗传算法理论,确定染色体编码方式、初始种群的产生方法、染色体评估函数及遗传操作,建立基于遗传算法的套管柱优化设计模型,从而克服了传统套管柱设计方法在复杂地质条件下套管柱强度设计中运算过程复杂,无法兼顾套管成本与风险因素的缺点。对普光气田某井套管柱进行的设计验证情况表明,该方法设计结果准确可靠,既提高了套管柱可靠性,又有利于降低成本。该项研究为复杂地质条件下优化套管柱设计提供了新的方法。     

含盐膏层井复合套管柱优化设计技术

讨论了复合套管柱优化设计模型的目标函数及其约束条件，以及借助数据库查询方法进行求解该模型的主要过程和组成软件的主要模块，分析了盐膏层套管外挤压力的主要特征，介绍了套管柱优化设计通用软件在含盐膏层井复合套管柱设计中的应用情况。     

盐膏层套管柱强度设计与软件开发

为保障盐膏层井下套管安全,并提高固井施工现场套管柱强度设计的便捷性,开展了盐膏层套管柱强度设计与软件开发工作。分析了套管柱强度设计的重要性,阐述了国内外盐膏层套管柱选材及强度设计方法,利用Visual Basic 6.0开发了盐膏层套管柱强度设计软件,并用该软件对江汉油田某含盐膏层井进行了实算,结果满足工程要求,说明软件具有一定的现场应用价值。     

高温环境下套管柱强度设计优化及应用

深层高温环境对套管力学行为产生较大影响,传统套管柱设计方法仅考虑常温下管柱应力状态,难以适应深层套管柱设计要求。基于弹性力学和热力学理论,结合常温套管应力模型,建立了套管应力与温度作用下的计算模型;基于套管、水泥环和地层耦合体材料特性,分析了热应力作用下套管强度变化特性,建立了高温条件下套管设计优化流程。研究结果表明：在三轴应力作用下套管的抗内压强度增加,抗挤强度减小;高温条件下热应力引起套管三轴强度均减小,管体屈服强度也会减小;热应力产生的轴向应力越大,套管抗挤强度降低幅度越大。所得结果可为深井套管柱强度设计的定量评价提供理论基础。     

基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法

针对深井、超深油气井中套管柱组合设计存在非线性、多目标和离散变量组合的问题，提出了一种基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法。采用树状结构表示套管柱组合并将其参数化，给出了体现套管柱成本、质量和安全因素的设计需求向量，建立了以该向量为基础的可调多目标数学模型，并给出了利用启发式算法求解该模型的方法。通过与经典的套管柱设计案例进行比较分析，在最经济方案的情形下，利用所建立数学模型得出的解在适应值方面比原方法更好，如解3在成本和质量方面均有所降低，解2的成本降低4.057%，但质量增加0.274%。研究结果表明，基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法得出的解具有合理性，且在一定程度上比原有解更优，可解决深井、超深井套管柱组合设计存在的问题。      

套管柱拉力—扭矩模型及在定向井中的应用

在固井作业中，不仅要将套管下入到设计深度，还要在注水泥浆结束后，上提、下放和旋转套管以提高固井质量；在某些特殊情况下，还有可能将套管起出。在固井施工之前，应该对套管柱进行拉力和扭矩分析，以确认套管强度和地面设备是否满足要求。文中在考虑钻柱刚度的基础上建立了定向井套管柱拉力扭矩模型，提出了套管柱强度校核方法。对大庆油田的一口定向井的套管柱进行了拉力、扭矩和强度分析。结果表明，该井套管具有足够的强度，可以实施上提、下放和旋转套管作业。     

定向井和水平井套管柱的优化设计

为了满足定向井和水平井套管设计的要求 ,在综合分析套管设计理论和方法的基础上 ,通过对套管柱载荷的计算 ,建立了其优化设计模型 ,利用数据库技术 ,研制出套管柱优化设计软件 ,并通过计算实例给出了软件的操作过程。软件界面友好 ,操作简单 ,功能齐全 ,设计者在进行套管设计时 ,只需输入设计所需基本参数 ,按界面提示操作即可完成全部设计工作 ,便于现场实际推广应用。     

成本约束条件下的套管柱优化设计

传统的等安全系数法套管柱设计基本思路是“套管受到的载荷×安全系数小于或等于套管的强度”,其核心是强度安全原则,而较少考虑套管的成本。在现代钻井工程中,套管柱费用所占比例很高,所以研究既考虑强度又考虑成本的套管柱设计方法尤为重要。以传统套管柱设计力学模型为基础,结合线形规划理论,建立了成本约束条件下的套管柱设计的数学模型,并建立了图解法求解的步骤。实例验证表明,该设计方法具有求解简单、所设计的套管柱成本最低的特点。     

套管柱优化设计面临的问题及发展趋势

随着油气勘探开发领域的扩大，如何应对复杂地质条件、套管损坏严重、套管柱可靠性难以保证、套管成本居高不下等一系列问题，保证油。气资源安全高效地开采，是目前套管柱优化设计面临的重要难题。通过对复杂地质条件的确定、套管合理选材、套管柱系统可靠性及成本最小等要求的分析，提出了以准确预测井下环境为前提，以研发新型套管管材为基础，以保证套管柱风险最小、成本最低为方向，优化套管柱设计，保证油气井安全高效开采。     

深井固井技术在陵深2井的实践

陵深2井是吐哈油田1口重点探井,设计井深4900m,完井深度5230m。由于准备对油层实施压裂改造,要求对油层套管进行全井段封固。超长封固段固井作业中,存在高温高压、高液柱压力、失重、施工时间长等几大难题。为保证施工安全与固井质量,采用了分级注水泥工艺,并对水泥浆体系和性能进行了优化。声幅和变密度测井及试油证实该井固井质量优良。介绍了固井的设计方法和施工过程,对设计、施工中存在的难点进行了讨论,并提出了几点认识。     

深水工况下套管柱载荷分析

深水钻井施工风险高,成本高昂,需要研究科学的套管设计方法,以避免或减少因设计不合理而造成的井下事故与复杂情况。目前套管柱强度设计方法缺乏对深水钻井工艺条件的考虑,因此有必要进行深水套管柱载荷分布的研究,以弥补现有设计方法的不足。考虑深水作业过程中隔水管解脱、钻井液漏失、套管试压和固井等复杂工况,针对不同的工况,给出了套管内压、外挤及轴向等套管载荷的计算方法,并对国内一口深水井进行了实例分析。分析结果表明,原有的套管柱强度设计方法不能满足深水套管柱设计的要求,考虑深水特殊作业工况是正确选择套管柱的前提。该套管载荷的分析计算方法可用于陆地及浅海钻井套管柱设计。     

NTQ248-25Y型无牙痕套管动力钳研制

高含硫油气井的完井管串一般采用耐蚀合金(CRA)套管,这种套管的材质较软,常规套管动力钳工作时极易破坏套管表面的防腐镀层,加速硫化氢对套管的腐蚀,影响完井管串质量。依据套管动力钳内曲线爬坡滚子机构的特点,采用材料优选、结构优化设计与室内试验相结合的方式,研制出NTQ248-25Y型无牙痕套管动力钳。室内试验和现场应用表明,该无牙痕套管动力钳作业后套管表面完全没有牙痕,最大输出转矩为25 kN·m,能完成外径为114.3～177.8 mm套管的上卸扣作业。     

南海西江大位移井井身结构与套管柱设计研究

井身结构与套管柱设计对于大位移井钻进是非常重要的。阐述了在大位移井井身结构设计和套管柱设计的过程中所考虑的各种因素,以及在南海西江大位移井工程施工中所采取的具体措施。介绍了XJ24-1油田的工程地质数据,阐明了井身结构设计中采用的主要原理及在工程实践中采用的井身结构,利用自主开发的大位移井套管载荷分析及强度设计软件,给出了南海新建大位移井套管柱结构方案的设计结果,该软件在西江大位移井工程中得到成功应用。     

稠油热采井套损防治措施及计算理论

研究了稠油热采井套损机理,给出了管柱提拉预应力和下入套管热力补偿器两种套损防治措施计算理论。模拟计算表明:设置提拉预应力时,管柱需提拉的最小预应力和最小拉伸长度随管柱温度的升高而先升高后降低;下入套管热应力补偿器时,管柱需要的最小补偿伸长量随管柱温度和长度的增加而增加,但增加趋势变缓。该计算理论可用于指导热采井套损防治的方案设计和施工作业。