大位移井井身结构设计探讨

运用系统分析方法,针对大位移井提出了1种新的井身结构设计思路,即在传统井身结构设计方法的基础上,增加水力性能、扭矩极限、井眼稳定性、套管下入可行性等相关评价,利用实现井眼清洁对应的系统压耗、钻井液当量循环密度、钻进或下套管过程中可能产生的最大扭矩、预计的最大井径扩大率以及套管下入过程中最小大钩载荷等参数作为校核参数对传统井身结构设计思路进行了完善,并给出了相应的约束方程。实例验证新思路更加适合于大位移井井身结构设计。     

复杂载荷下石油套管破坏实验的关联分析

采用关联分析方法对石油套管在复杂载荷下的破坏实验数据进行了关联分析，结果表明，外径和壁厚是影响套管径向极限承载能力的2个主要因素，套管外挤压力对套管轴向极限承载能力的影响很大，椭圆度公对均匀外挤压力导致套管破坏有较大影响。     

关于套管柱井口装定问题的再认识

针对石油钻井工程中套管柱井口装定载荷的设定和控制方法存在的缺陷,对套管柱受力情况进行了分析,认为在固井水泥浆候凝期间,井下套管柱所受外力存在不确定性,不能据此计算井口装定载荷,相关的行业标准亦存在缺陷。分析了影响和限制井口装定载荷的各项因素,认为井口装定载荷只要满足一定的区间要求即可,实际工作中可以直接设定,使其略大于自由套管段的重力。根据自由套管段在水泥浆候凝期间受力和变形情况,提出了控制套管柱井口装定载荷的实用方法:通过公式可以计算出在水泥浆稠化前和装定后两种状态下自由套管段实际变形长度的差值?L;在水泥浆稠化前将套管柱从坐放位置上提?L;到最后一级注水泥作业水泥浆凝固后,再将套管柱和套管悬挂器坐放到位。该井口装定方法对不同井型、不同类型的套管悬挂器以及单级和分级注水泥工艺都适用。     

基于有限元的套管可靠度概率分析方法

传统的套管强度设计是基于影响因素的确定值而分析计算的,参数的不确定性往往被忽略或通过安全系数来补偿。为此,借助概率有限元方法,充分考虑几何模型的复杂性以及套管功能函数影响因素的随机性,建立了多随机性因素作用下的套管可靠度的Monte-Carlo模拟方法,预测了套管的安全可靠性。通过敏感性分析可以看出,外挤载荷影响因素为主时,载荷大小及其不均匀性、水泥环厚度和套管内压力对套管可靠度影响最大,在套管强度分析时,重点考虑这些因素更有实际意义。灵敏度分析只能计算影响因素与响应间的相关性系数,对于影响因素与响应呈非线性变化的情况,需要结合其他方法进行分析。最后指出,套管可靠度概率分析方法建立的基础是套管功能函数随机输入变量的统计特征,可信度较高的随机影响因素概率数字特征是该方法计算精度的决定性因素,因此,需要在钻井过程中建立完备的参数统计特征库。     

地层流变对套管载荷的影响研究

针对由于地层具有流变特性对套管载荷的影响以及由于泥岩浸水等因素造成的地层流变特性改变而对套损产生影响等问题，根据开尔文模型推导了流变地层中套管载荷和地层粘度的关系，从而反映了套管载荷随时间的变化，在此基础上分析了流变地层岩石力学参数对套管载荷的影响。分析认为地层的粘性不同，其流变程度不同，导致套管达到最大载荷的时间不同。由于泥岩浸水导致岩石弹性模量降低，在相同地应力场作用下会明显加大最终作用在套管上的载荷，从而大大增加了套损的危险性。研究结果揭示了围岩流变导致套管损坏的机理。     

石油钻井井身结构及钻机设备的选择

本文分别介绍了石油钻井工程设计中有关井身结构、完井方法及石油钻井设备选择的内容。井深结构设计主要包括下套管层次及各次开钻。钻机设备主要有钻机和相关设备的选型和有关参数的确定。     

井口套管磨损失效原因分析及预防措施

套管磨损,特别是井口套管磨损是油田普遍存在的问题。井口套管磨损失效与井口偏心、井口悬挂载荷、套管头结构、钻井工艺参数、套管材质等有关。对S油田井口套管磨损失效事故进行了研究,分析了井口悬挂载荷和套管头结构等对井口套管磨损的影响。通过对井口套管悬挂载荷的计算,得到了能有效减小井口套管总载荷的优化计算公式。采用该公式对S油田进行了固井施工案例计算,结果表明,按照该公式确定井口悬挂载荷有利于防止井口套管失效。采用Ansys有限元分析软件对套管受卡瓦夹持力的影响进行了研究,研究表明,在卡瓦牙板上、下端面位置套管内表面存在应力集中,提出了套管头卡瓦优化设计方案。     

RT-Ⅰ型热采套管头的研制与应用

针对稠油热采井预应力固井中存在的问题，研制了一种适用于稠油热采井预应力固井的新型套管头。该套管头结构设计合理、操作简便，首次在国内实现了热采井带防喷器进行有控条件下的预应力固井。使用表明，该套管头能确保预应力固井工艺的实施效果和有效控制井下套管受热伸长，保证了油田对安全生产的要求。文章着重介绍了新型套管头的结构、工作原理、套管悬挂载荷的计算、室内试验、推广使用及效果分析。     

深井套管强度设计中实际外挤载荷的数值分析

套管的受力分析是套管强度设计的基础。通过建立套管-水泥环-地层模型,对实际钻井工况下的外挤载荷进行ANSYS有限元计算分析。分析结果表明,地应力和地层弹性常数对套管的外挤载荷影响十分显著。用现行方法进行深井套管强度设计时,套管外挤载荷按下入过程中静液柱压力来分析,未考虑地层因素的影响,与实际值差异较大。按照地层因素来确定套管外挤载荷,不同地应力和地层弹性常数得到不同的套管外挤载荷,更符合工程实际,可为深井套管柱强度设计提供合理参考。     

用最低成本设计套管的优化组合法

套管选择问题是决策过程,即下部套管的选择决定着上部套管的选择。按最低强度法设计套管时,选择下部套管没有考虑下部套管重量对上部套管选择的影响。为此,笔者提出设计套管的优化组合方法,用这种方法选择套管可使其总费用最低。这种方法的基本原理是把套管分成N个单元,把现场可供选择的1种套管分别放在每个单元上,从而形成数种组合,用计算机计算每种组合的载荷,并与套管的许用载荷值相比较,同时计算各组合的总费用,凡满足载荷条件、费用最低的那种组合即为所求之答案。文中详细阐述了原理和方法。为适应快速计算的需要,对该方法进行了简化,并对该方法进行了评价。利用优化组合法设计套管比用传统的最低强度法设计套管可节省费用7~24%。     

浅谈硫磺回收装置夹套管道的设计

硫磺回收装置对石油炼化企业和煤化工企业的酸性气进行处理,合理设计装置内部夹套管道对于保证硫磺回收装置的稳定、经济运行至关重要。结合某硫磺回收装置工程实例,在符合现行国家和行业标准的基础上,优化了夹套管道材质选用、内管公称直径DN≥400 mm的夹套管组合尺寸选取以及夹套法兰、夹套阀门、夹套管管件的选型。根据现有硫磺回收装置的设计经验,对夹套管系统伴热蒸汽引入和凝结水排出、夹套管附件的伴热、液硫泵的伴热路由做了合理的配置,以实现良好的伴热效果,为硫磺回收装置夹套管道的设计提供了新的思路。      

水井套管防腐蚀的强制电流法阴极保护

在新疆哈南湖水源地,建有集水站.为防止地下水井套管和地面埋地输水管道遭受腐蚀,对套管和输水管进行了电化学保护.本工程中的套管直径大(D259mm),并垂直地敷设在水层上,需要较大的保护电流,故采用强制电流法阴极保护.介绍了该方法所需设备、仪器及其选择、安装方式及设计参数确定的依据.该工程投产运行后,其保护电位在0.98～1.35V之间,达到了美国腐蚀工程师协会制定的RP-01-86<井套管阴极保护的应用>和我国原石油部于1992年颁布的<油井套管阴极保护的管理规定>中的井口保护电位0.95 V或更负的要求,目前该保护系统仍处在良好的保护状态.工程实例证明,并套管,包括油井、气井、水井的防腐蚀采用阴极保护,理论成熟、工艺简单、施工方便、技术可靠、经济效益好.     

中原油田盐岩蠕变规律研究及套管损坏预防措施

中原油田是典型的复杂断块油气田,盐层多、厚度大及盐岩层蠕变是导致套管损坏的主要原因。为此,中原油田采用三维数值模拟方法研究盐岩层蠕变规律,并定量计算出作用在套管上的横向推挤力,在此基础上开发应用了抗外挤强度大于167MPa的非API高抗挤套管。现场应用600余口井,尚未发现套管损坏等问题,从根本上预防了套管损坏的发生。     

国内外C-90套管的成分、组织与性能

结合国产Ｃ－９０油套管的研制开发，系统分析了国内外诸多厂家Ｃ－９０油套管的成分设计、金相组织与力学性能，并就国产Ｃ－９０套管的产品质量水平进行了综合评述。     

双层钎焊管用套管式辐射钎焊炉的理论分析及实验研究

通过热传导及热辐射原理建立了双层卷焊管用套管式辐射钎焊炉的传热过程数学模型，从而为套管式辐射钎焊炉的设计及工艺参数的优化提供了理论基础。通过实验及理论计算发现增大套管的直径和减小套管的壁厚是提高该种钎焊炉生产效率的最有效措施之一。     

基于钻井延伸极限的管柱分段优化设计方法

大位移井的横向延伸能力不断提高,管柱力学行为更加复杂,对管柱的优化设计提出了更高的要求。为此,综合考虑管柱各种作业工况和约束因素的影响,构建了一种基于大位移井延伸极限的管柱分段优化设计方法。对于大斜度段管柱采用加权目标函数法进行设计,采用先局部后整体的方法进行求解;对于上部常规段管柱采用近似延伸极限法进行设计,采用迭代法进行求解。研究结果表明,新设计方法可有效地解决大位移井管柱和接头优化设计问题。井眼状况良好时,可在钻柱上安装减阻器,以降低管柱摩阻;井眼状况较差时,采用小尺寸接头钻柱且不采用减阻接头,以降低局部机械阻力。套管设计中建议采用兼顾套管居中和减阻的折中方案,折中方案结果相对于仅考虑套管居中或减阻的结果更加合理。研究结果可为大位移井中管柱的优化设计提供参考。     

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。     

基于统一强度理论的石油套管柱抗挤强度

为了研究石油套管柱的力学性能,采用统一强度理论,合理考虑中间主应力效应和材料拉压比的影响,推导了石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度计算公式,建立了石油套管柱双轴抗挤强度和三轴抗挤强度与单轴抗挤强度的关系,并分析了材料的拉压比、中间主应力效应、径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况等因素对不同类型抗挤强度的影响特性。研究结果表明:材料的拉压强度不等特性(SD效应)对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度均有显著影响,材料拉压比越大,套管柱的单轴抗挤强度越小,双轴抗挤强度越大,而三轴抗挤强度与双轴抗挤强度的差值和材料拉压比的关系与外荷载有关;中间主应力效应对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也有显著影响,随统一强度理论参数b值的增加,套管柱的单轴抗挤强度和双轴抗挤强度不断增大,考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,具有可观的经济效益;径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况对套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也具有一定影响。该结果适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度表达式分别统一起来,具有广泛的适用性,可为石油套管柱的抗挤强度设计提供借鉴。     

油管柱在套管中的屈曲行为试验研究

油管柱在套管中的屈曲行为对油气生产有重要影响。依据相似理论,采用1:10的比例尺以缩小的油管、套管模型进行了3组试验,安装分别为:①油管和套管上下同心; ②油管上部偏心2.5 mm; ③油管上下都朝同一个方向偏心2.5 mm。每次试验时都在油管的一端连续施加轴向载荷,测试油管另一端的轴向载荷。分析不同条件下摩擦力的变化,研究结果表明:管柱受压屈曲会导致摩擦力增大; 管柱相对套管的偏心对轴向力的分布影响很小; 证明了管柱力学分析理论中轴向力计算时油管与套管同心的假设是合理的。     

低效气田套管经济可靠性选择

低效气田开发中套管的经济可靠性选择是降低开发成本的有效措施之一。通过API长圆螺纹套管的适用性评价试验明确了影响螺纹密封性能的主要因素;结合低效气田苏里格的实际工况和主流井身结构,依据套管历史实物试验数据统计结果,采用可靠性分析方法确定了套管柱设计的安全系数,校核了载荷变异性对套管柱可靠性的影响,成功设计了2套管柱方案:?139.7mm×7.72/9.17 mm N80/J55 LC+CATTS101特殊螺纹脂复合套管柱和?139.7 mm×9.17 mm N80 LC+CATTS101特殊螺纹脂套管柱;套管螺纹参数按紧密距、螺距控制,接箍不圆度控制在0.7%以下,用最佳~最大扭矩上扣,过盈圈数不少于1.70圈;采用CATTS101螺纹脂上扣,涂抹均匀、适量;依据影响套管适用性的各种因素制定了套管订货补充技术条件和现场操作规范。在油田现场推广应用160多口井,运行良好,取得显著的经济效益。