射孔弹穿深与孔径模拟分析理论研究

提出了一种在地层条件下确定聚能射孔弹穿透深度和套管孔径大小的等量模拟换算法.该方法是将射孔弹穿过的每种介质(完井液、套管或油管、水泥和岩层)的长度转化为较为均一的钢靶的长度,通过计算每种介质对钢靶的换算系数,结合油井的结构,计算出射孔器在地层穿深.通过采集的4个射孔枪间隙值,用多元回归求得孔径与间隙的关系曲线,根据曲线就可查找到间隙对应的套管孔径大小.行业内普遍接受的射孔弹穿深和孔径计算误差范围是士10%,而等量模拟换算法的误差范围可减小到士2%,提高了射孔弹地层穿深与孔眼直径计算的精度.     

等孔径射孔弹数值模拟与试验研究

采用数值模拟对比了3 1/2 in*型等孔径射孔弹与同规格常规深穿透射孔弹在井筒内装枪极限情况下的射流形态,并采用地面模拟试验对比了两者孔眼一致性.数值模拟结果表明,后者药型罩在压垮过程中形成了细长的锥形射流,尾部形成了粗大的杵体,而前者能够形成一段高速的杆式射流,不易受炸高的影响;地面模拟装枪侵彻钢靶结果表明,前者射孔后在套管上形成的平均孔径为12.3 mm,孔径稳定性为96.7%,比后者平均孔径提高了2.3 mm,孔径稳定性提高了20.4%,说明其具有较大的孔径和好的孔眼一致性,同时也验证了数值模拟结果与实验值相符.3 1/2 in型等孔径射孔弹地面模拟装枪侵彻混凝土靶平均穿深为810 mm,表明其具有深穿透特点.     

油气井等孔径射孔弹性能影响因素探讨

等孔径射孔弹是近年来新开发的一种穿孔孔径受间隙影响较小的聚能射孔弹。通过试验数据分析表明装药结构、药型罩配方、压罩工艺等因素是影响等孔径射孔弹性能的主要因素。通过对装药结构、药型罩配方、压罩工艺的改进,研制了等孔径射孔弹性能。经API RP 19B混凝土靶试验,在射孔枪完全偏置套管一侧的情况下,套管最大和最小穿孔孔径相比平均值最大偏差为10%。     

水力射孔对套管强度的影响研究

水力射孔技术是一种新型的完井方式，深穿透水力射孔技术辅助定向水力压裂可以实现油气层改造和油气井增产。但是，水力射孔套管会在孔眼处造成应力集中，使得局部应力过大而削弱了套管和水泥环的强度，可能会影响套管的使用寿命。因此，文章利用有限元软件建立了射孔套管的三维有限元模型，分析了水力射孔后套管管体的应力分布，重点研究了水力射孔参数-孔密、孔径、孔深、射孔方位角等对套管强度的影响规律。分析结果表明，沿着最大水平地应力方向深穿透水力射孔，选择合适的孔密、孔径可将射孔对套管的损害降至最小。研究结果为提高水力射孔完井设计水平提供了一定的参数依据。     

大孔径射孔弹药型罩顶部的结构分析

运用射孔弹工程计算软件对大孔径射孔弹药型罩顶部不同结构进行计算分析．并对不同药型罩顶部结构的大孔径射孔弹射流侵彻的变化规律进行了实验研究．最后确定了不同炸高条件下药型罩顶部的参数设计。结果显示．射孔弹穿孔能力的大小是由碰靶时射流性能决定的，随着药型罩顶部孔眼尺寸的增加．射流头部动能、直径和质量也逐渐减小，侵彻孔道的最大直径点逐渐远离起爆点。为了提高大孔径射孔弹的性能．药型罩顶部的参数设计应采用模拟计算和试验相结合的方法进行优化。     

射孔对套管损坏分析研究

为确定射孔对套管的损坏影响,应用有限元法对射孔后套管结构进行理论计算,得出射孔后套管强度比射孔前平均下降20%左右的结论.为进行进一步研究和验证理论计算的准确性,进行了现场试验,对射孔前后孔眼周围厚度的变化、孔眼丢失面积、套管质量变化、套管硬度和密度变化、弯曲度等方面进行了现场模拟,并对试验结果进行了详细分析.射孔后孔眼周围厚度明显增加,平均突出高度为1 mm,加厚位置在孔眼2 mm范围内;孔眼的质量损失对套管整体几乎没有影响;每米孔眼丢失面积比为0.017%;射孔后孔眼周围的硬度略有增加.     

螺旋布孔射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一,建立了射孔套管的有限元力学模型,采用弹塑性有限元法,分别对螺旋布孔射孔套管采用不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响进行了模拟和分析.分析了不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数的变化规律.结果表明,射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降,下降幅度与射孔密度有关,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大,并使套管的抗拉、抗压强度降低.因此,在套管柱设计时应该考虑射孔的影响.最后,通过对几种布孔方案进行对比分析,找出了射孔套管的优选布孔方案.为射孔完井优选设计提供了合理的模型,为射孔段套管柱的合理设计提供了承载能力计算的可靠依据.     

射孔对套管抗挤强度的影响分析与试验

由于射孔孔眼改变了套管结构,当套管受外力后,孔眼周围出现应力集中而使套管的强度降低,套管
发生损坏。射孔对套管的影响非常大,为明确射孔参数对套管抗挤强度的影响,利用ＡＮＳＹＳ有限元软件建立了三
维射孔套管有限元力学模型,并分别建立了不同射孔参数的有限元模型进行有限元分析。研究结果表明,孔眼附
近的应力集中明显降低了射孔套管的抗挤强度,并且射孔套管的孔眼应力沿着布孔螺旋线发散,因此套管损坏最
易沿螺旋线发展。基于有限元计算结果进一步进行了射孔套管的正交数值试验,明确了射孔参数中相位角对套管
强度的影响最大,其次是孔密和孔径。通过回归拟合,结合正交数值试验,建立了射孔套管抗挤强度与射孔参数的
关系,为套管综合强度校核提供了理论依据。     

裸眼完井中螺旋钻孔-射孔套管力学性能分析

结合套管室内材料试验及有限元仿真分析,分别对祼眼完井中螺旋钻孔-射孔套管在不同深度的直井和水平井中承受非均匀载荷的力学性能进行分析。结果表明,随着井深增加,垂直完井和水平完井套管所受的应力和最大位移都逐渐增加;在同一井深情况下,套管无孔、螺旋钻孔、螺旋钻孔同时射孔3种状态下,随着孔眼数量和孔眼面积的增加,套管最大位移增加,最小应力减小,应力集中加剧,应力集中是降低螺旋钻孔、射孔套管强度的主要因素。研究方法和结论可为合理选择、设计套管,确定套管钻孔和射孔的孔径、密度等提供一定的理论依据。     

聚能射孔弹侵彻性能评价方法

为弥补射孔打靶物理试验的不足,完善聚能射孔弹优化设计方法,基于爆炸冲击动力学分析程序AUTODYN,采用Lagrange算法建立了聚能射孔弹侵彻性能评价数值方法,研究了聚能射流侵彻过程混凝土靶孔道形态及射孔枪/套管/靶体的动态响应。与室外打靶试验相比,混凝土靶体孔深数值分析误差为4.27%,孔径数值分析误差为5.26%,数值结果可靠;根据射孔弹侵彻过程动态仿真结果数据,可得到射孔枪/套管的穿孔形态、毛刺高度、混凝土靶损伤程度与压实带厚度等关键数据,为射孔弹优化设计及型号优选提供依据。     

可膨胀套管技术发展及在吐哈油田的应用

可膨胀套管的原理是通过冷拔钢管达到井下需要的尺寸，利用坐放装置将膨胀套管下入井内后，在扩管锥的作用下，在井下通过冷加工将石油管材扩到所需要的尺寸。膨胀后，膨胀管的壁厚要减小2％～5％。其直径可以膨胀约20％，其长度缩短约8％，塑性变形极限不超过30％。温西10-39井的实践证明，膨胀管技术对解决套管补贴等方面的技术难题提供了新的方案。     

SEW油层套管在模拟井条件下的射孔试验

为了在模拟井条件下进行油层套管射孔试验,从而可以直观地判断油层套管的射孔性能,对SEW(hot stretch-reducing electric welding)套管在石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心进行了模拟井条件下射孔试验。试验结果表明:J55、N80Q、P110、BSG-80TT及BSG-110TT五种钢级的SEW油层套管,其射孔性能完全符合中国石油天然气集团公司行业标准的规定,其中裂孔率为0%,裂纹长度为0 mm,射孔后外径最大胀大量总体偏小,优于国内及国外某些套管厂油层套管的射孔性能水平。     

Surface Experiment of Abrasive Water Jet Perforation

This article presents the experiment process and results of abrasive water jet perforation. This experiment was conducted in Kalamayi, China, Xinjiang Oilfield in October 2004. Referring to explosive perforation experiment, we made two cement cylinder samples with a diameter of 2.4 m, 1.2 m high, putting a 139.7 mm (5-1/2') and a 177.8 mm (7') casing sub in them, respectively. The two cylinders were buried underground. During the experiment, we changed the following parameters: blasting time, nozzle diameter, and cement cylinder property. After experiment, we opened the cylinder and found that, compared with explosive perforation, the hole on the casing wall and the tunnel in the cement were much rounder and bigger than with that method. In addition, it can cause a fracturing effect, possibly forming micro-fractures on the tunnel wall. This effect can avoid forming impermeable crushed zone when using explosive perforating.     

射孔对油气井套管抗挤压强度的影响

射孔是导致油水井套管技术性能变差的原因之一。油水井套管在井下承受均匀和非均匀2种形式的挤压载荷。通过对射孔后套管进行非均匀外载挤压试验,研究分析不同孔径、孔密等射孔参数,不同套管壁厚对套管抗挤压强度的影响。结果表明,同种外径的套管,壁厚对抗挤压强度的影响远大于射孔的影响,壁厚越大,强度越大;射孔孔径、孔密对套管抗挤压强度有影响,但射孔前后变化不大;套管承受非均匀外载时抗挤压强度下降较大,且非均匀性越强,下降越大。该文还对射孔段套管损坏的原因进行了分析,对套管防损和射孔参数选择堤出建议,为合理设计套管、选择射孔器以及射孔新技术推广应用提供了指导,以降低射孔对套管产生的损伤。     

射孔套管抗挤强度综合因素有限元分析

射孔完井是国内外使用最广泛的完井方法,但是大量的现场实践表明,射孔对套管强度有较严重的影响,所以确定套管射孔后的抗挤强度的变化趋势是合理选择套管的重要依据。利用非线性弹塑性有限元法建立了螺旋布孔的射孔套管强度分析的空间有限元力学模型,该模型可以通过任意改变射孔孔径、孔密、相位角、壁厚、套管尺寸以及不同钢级套管的材料力学特性参数等,对射孔套管抗挤强度进行各种综合因素的有限元力学分析。经分析认为:高钢级或高强度套管能有效提高射孔套管抗挤强度;随着孔径、孔密的增加,套管的抗挤强度降低;相位角在180°时,套管的抗挤强度最低。研究结果为合理地选择套管、延长其使用寿命提供了一定的理论依据。     

Surface Experiment of Abrasive Water Jet Perforation

Abstract

This article presents the experiment process and results of abrasive water jet perforation. This experiment was conducted in Kalamayi, China, Xinjiang Oilfield in October 2004. Referring to explosive perforation experiment, we made two cement cylinder samples with a diameter of 2.4 m, 1.2 m high, putting a 139.7 mm (5-1/2″) and a 177.8 mm (7″) casing sub in them, respectively. The two cylinders were buried underground. During the experiment, we changed the following parameters: blasting time, nozzle diameter, and cement cylinder property. After experiment, we opened the cylinder and found that, compared with explosive perforation, the hole on the casing wall and the tunnel in the cement were much rounder and bigger than with that method. In addition, it can cause a fracturing effect, possibly forming micro-fractures on the tunnel wall. This effect can avoid forming impermeable crushed zone when using explosive perforating.     

塔深1井非常规套管下入技术

塔深1井设计井深8000 m,且所钻油藏岩性复杂,为确保该井顺利完钻,决定在?311.15 mm井眼下入?273.05 mm套管,为钻遇不可预见的复杂情况预留井径。刚度大、间隙小、重量大是该套管串下入的难点。通过优化设计钻井施工方案,优选钻具组合,使用随钻监测工具以及应用各种安全防护措施,保证了井眼畅通,减小了套管串在下入过程中的遇阻力,增加了设备安全系数,最终将该层套管安全顺利下送到位,实现了通过下非常规套管技术增加一级井身结构的设计,为后续深部地层可能钻遇的复杂情况预留了调整空间,为安全顺利地完井奠定了坚实的基础。该技术的成功应用也为其他超深井增加井身结构的级别提供了经验。     

射孔对水泥环与套管性能影响的分析计算

在建立水泥环-套管射孔数学模型和有限元分析模型后,计算分析了射孔对水泥环-套管性能的影响,得出如下结论:(1)射孔是造成套管损坏的主要原因,无水泥环固结,完好套管产生的应力是射孔套管的13;(2)射孔套管壁厚和水泥环固结状态对射孔套管性能影响较大,壁厚12.395mm射孔套管是壁厚7.720mm射孔套管抗挤强度的1.5倍以上,水泥环与套管固结良好且上下固定,可以提高套管抗挤强度;(3)生产中保持内压和外载相近,可以明显减小射孔套管应力;(4)增大水泥环弹性模量,保持水泥环弹性模量在30~35GPa之间,可以提高射孔水泥环-套管抗挤强度。     

小油管喷砂射孔环空分层转向压裂合采一体化工艺

苏里格气田多层开发多采用封隔器分压合采管柱,存在油管直径较大、对含水气层携液能力差、压裂施工风险大、不适应小井眼分层压裂等缺点。为此,研究配套了小油管喷砂射孔环空分层转向压裂合采一体化工艺,该工艺集小油管喷砂射孔、油套环空分层压裂、二次转向压裂、小油管井下节流等一系列技术于一体,用一趟小直径管柱完成了喷砂射孔、分压合采等一整套施工工序,极大地提高了管柱的携液能力,提高了压裂增产效果,降低了压裂施工风险,减少了油管费用,缩短了施工周期,且能满足小井眼分层压裂施工要求。现场应用效果良好。