长距离套破井液压补贴加固工艺技术

关于套管连续破漏和较长距离井段破漏点,采用1次下入1根补贴管的方法不能完成补贴,而分段补贴又不能保证破漏段的全覆盖。鉴于此,研究了长距离套破井液压补贴加固工艺技术。长距离套破井液压补贴加固工艺管柱包含内管和外管,内管和外管通过锁球连接和脱接插入方式下入,补贴采用两端锚定和两端补贴加固方式实现,补贴后承压25 MPa,悬挂力450 k N。现场应用结果表明:长距离套破井液压补贴加固工艺管柱施工成功率100%,补贴后套管耐压达20 MPa,30 min压降小于1 MPa,密封合格。研究结果对油井尽快恢复生产起到了促进作用。     

内外压对套管接头极限承载能力影响

为研究石油套管接头极限抗内压和抗外压能力,运用弹塑性力学基本知识,采用解析方法将套管和接箍简化为过盈装配的组合厚壁筒,从理论上分析并计算出API偏梯形套管螺纹接头在机紧装配、拉伸、内压、地层外挤压力等载荷工况下的弹塑性极限承载能力及应力状态.分析并总结了内压和地层外挤压力对偏梯形螺纹连接强度的影响.     

Φ139.7mm套管偏梯形螺纹接头的有限元分析

采用有限元方法分析了φ139.7 mm（5 12英寸）套管偏梯形螺纹接头的等效应力分布和接触压力分布规律。分析结果表明：随着轴向拉伸力的增加，套管接头上的等效应力峰值逐渐增大；轴向拉伸载荷较小时，在有过盈配合的情况下产生的最大等效应力大于仅承受相同轴向载荷时产生的最大等效应力值；当轴向拉伸载荷较大时，在有过盈配合的情况下产生的最大等效应力反而小于仅承受相同轴向载荷时产生的最大等效应力值。螺纹接头两端是发生断裂破坏的始发点，螺纹间的接触压力主要发生在套管螺纹端部啮合的1~3牙内，其接触压力分布是不均匀的，随着轴向拉力的增加，接触压力增大。     

套管单向挤压变形的有限元仿真

处于疏松砂岩地层中的套管由于地层的坍塌、掏空等影响，套管承受非均匀的外挤载荷．容易使套管变形损坏。文章利用ANSYS有限元软件．对承受单向外挤载荷套管的承载能力及其变形损坏进行仿真，为防治套管的损坏提供依据。     

非均匀椭圆载荷下套管抗外挤能力仿真分析

大部分油井套管的损坏是由非均匀载荷所造成的,因此分析外挤载荷的非均匀性对套管抗外挤能力的影响很有必要。根据非均匀椭圆载荷作用下套管的受力特点,建立有限元仿真分析模型。利用ANSYS非线性屈曲分析理论得到不同椭圆载荷下、不同受力面的套管抗外挤强度。结果表明:外挤载荷椭圆度比例越大,受力面越大,套管承受外挤载荷能力越差,越容易发生挤毁失效。     

铝合金直连型套管接头密封性能分析

铝合金直连型套管接头具有压裂后钻磨效率高、下入性好等优点。当前国内外对铝合金材料套管接头研究较少,而压裂工况下对接头的密封性能又有较高的要求。针对上述问题,通过有限元模拟仿真与现场试验相结合的方法,分析铝合金直连接头的结构参数,接头过盈量以及载荷对密封性能的影响,从而得到最佳的接头螺纹过盈量和结构参数以及不同载荷对接头密封性能的影响。研究结果表明：密封面角度为16°,密封面长度为3.5 mm,扭矩台肩角度为逆向角-15°,密封面过盈量为0.4 mm,扭矩台肩面过盈量为0.06～0.08 mm时密封性能较好;在有轴向拉力作用时,密封性能会有明显下降,而轴向压力、内压和外压对密封性能影响可以不予考虑。所得结论可为铝合金直连型接头的设计和进一步改进提供指导。     

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。     

子结构法在套管强度数值计算中的应用

为了研究套管抗外挤强度大小,采用空间20结点有限元模型,并结合子结构法,从理论上进行套管柱抗外挤强度结构有限元分析;采用约束与放松边界交互方式,根据子结构集成特性对轴向大尺寸套管有限元模型进行计算分析;运用高精度三角形单元法,分析磨损几何缺陷对套管抗外挤强度影响规律;采用SOR逐步超松弛迭代方法求解出套管在外压作用下位移场分布规律。分析表明,子结构法能够准确模拟轴向大尺寸套管柱抗外挤强度问题,随磨痕深度增加,套管抗外挤强度迅速降低。     

非均匀载荷下套管强度的计算

将非均匀地应力场中套管载荷和套管内应力分布的理论公式推广到包含内压的情况,并采用Tresca屈服准则和Mises屈服准则,分别推导了在忽略套管轴向载荷和考虑套管轴向载荷两种情况下套管强度破坏时挤毁压力的计算公式。引入等效外挤压力概念,使该公式与标准API公式在形式上完全一致。计算结果表明,在非均匀载荷情况下,套管强度破坏的危险性会增加。     

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。     

套管液压式φ106mm密封加固系统研究

针对套管液压式φ100mm密封加固系统在实际应用中的缺点,开展了大通径密封加固技术专题研究.研制的套管液压式φ106mm密封加固器承压达30 MPa以上,悬挂力达到500kN以上,可下入φ100mm小直径分层管柱.现场应用见到了明显的效果,为提高小直径分采分注管柱寿命创造了条件.     

套管液压式φ106mm密封加固系统研究与应用

针对套管液压式10 0mm密封加固系统在实际应用中的缺点 ,对密封加固器材料进行了优选和结构优化设计 ,包括加固管的设计和金属锚材料的选择与结构设计 ,以及锥体材料的选择与结构设计 ,同时对密封加固系统加固后的悬挂力、密封性都有很大影响的丢手总成也进行了研制 ,使密封加固器承压达 30MPa以上 ,悬挂力达到 5 0 0kN以上 ,加固后通径为 10 6mm ,可下入 10 0mm小直径分层管柱 ,为提高小直径分采分注管柱寿命创造了条件。     

斜井试油管柱设计

针对试油管柱设计不好就可能导致管柱断裂的问题,对斜井试油管柱进行了受力分析,给出了轴向拉力、外挤压力和内压力计算公式与试油管柱设计方法。在轴向拉力计算中考虑了井眼弯曲所产生的附加拉力。提出在设计试油管柱时,下部管柱钢级和壁厚的初选可以用抗外挤和抗内压两种方案,然后从两套方案中选取高钢级方案;上部管柱钢级、壁厚和螺纹类型按抗拉强度确定,考虑到现场一趟试油管柱使用同一钢级和同一壁厚的习惯,若上部管柱钢级和壁厦高于下部管柱,采用抗拉强度确定的钢级和壁厚代替由抗外挤或抗内压选定的钢级和壁厚。     

内外液压作用下套管柱屈曲载荷的级数解

关于油井套管柱的屈曲问题虽已经有一些研究文献，但深入系统地研究该问题的文献并不多，由于其微分方程求解困难。各文献并没有给出一致的套管临界屈曲载荷，并且给出的结果普遍偏高，文章首次将套管和内，外部液体一起考虑，建立微分方程，并用无穷级数法求解，得到了比较准确的临界屈曲载荷，论述了管柱内，外壁侧向液压对管柱发生屈曲的影响，对于开口管柱，当其处于微弯状态时，内、外壁同压力上起管柱任一截面的弯矩等于作用于底端的轴向力和沿轴线均匀分布的液柱重力所产生的弯矩。其结果可供油井设计和施工参考。     

复杂载荷作用下套管特殊螺纹 接头密封性能有限元分析

为了探究一体化管柱套管特殊螺纹接头在复杂载荷作用下的密封性能,以徐深9-平4井完井管柱的某套管气密封螺纹为例,进行其受力变形的有限元分析。结果表明,轴向拉力及外压作用均会导致接头密封性能下降; 轴向压力与内压在一定程度上会提升接头的密封性能; 弯矩作用会导致接头应力分布产生不对称性,接头受拉侧最后一齿易产生应力集中。分析结果可为套管特殊螺纹接头的应用提供参考。     

套管内液力补贴作业所需轴向力分析

套管内衬波纹管液力补贴作业过程中,挤胀波纹管时上提胀头所需的轴向力是一个十分有意义的参数。在分析挤胀波纹管受力的基础上,采用大变形弹塑有限元分析方法,结合实际数据进行计算。结果表明:当波纹管外径104mm,内径70mm,壁厚3.17mm,刚性胀头锥角30度时,对常用低碳钢材料.套管补贴所需轴向力不超过40kN;液力补贴工具刚性胀头锥角设计时取25~35度为宜;波纹管壁厚、外径和波纹条数的变化,对所需轴向力有较大影响。     

注水井改为注气井的套管柱安全性研究

结合某油田的H1 2 - 1高压注气井开展了套管柱强度校核方面的研究 ,提出了一套适合于高压注气井套管受力分析和强度安全性校核的步骤和方法。在套管柱强度校核中 ,套管的受力分析应当结合实钻井眼轨迹和实际注气工况 ,充分考虑轴向力、外挤和内压力对套管API强度的影响 ,进行三轴应力强度校核 ,同时应该考虑封隔器的安装与否以及安装高度和注气条件下气体所产生的压力 ,以此来计算套管柱所承受的内压力。提出的套管柱设计方法得到了现场验证     

长宁—威远页岩气示范区套管变形机理及对策

针对四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区开发过程中出现的套管变形问题,分析了套管变形与地质特征和水力压裂施工的相关性,结果表明断层裂缝和层理(以下用裂缝代替断层裂缝和层理)发育是套管变形的内因,水力压裂是套管变形的外因。在此基础上,厘清了套管变形的机理:压裂液沿着某条通道进入天然裂缝,使裂缝内孔隙压力提高,当达到临界值时,激发天然裂缝滑动,进而造成套管变形。流体的通道可能有3条:①水力裂缝通道;②水力压裂过程中沿着井眼轴向形成的轴向裂缝;③反复压裂致使水泥环形成的微环隙。最后,提出了有针对性的预防措施:①在裂缝层理井段安装封隔器;②优化水泥浆性能,避免水泥环产生微环隙;③选择避免套管承受反复高压的压裂工艺。该研究成果可为解决页岩气套管变形问题提供指导。     

水力锚锚爪结构对套管变形及挤压应力的影响

为优化水力锚爪结构参数,减小水力锚爪结构对套管的损伤,针对普通螺纹齿形锚爪和镶硬质合金锚爪结构,利用材料力学理论建立了镶硬质合金锚爪接触处套管所受的挤压应力公式,采用有限元法分析了普通螺纹齿形锚爪接触处套管的变形及挤压应力。分析表明,普通螺纹齿形锚爪和镶硬质合金锚爪均会对套管产生不同程度的损伤;在相同油管内外压差作用下,与镶硬质合金锚爪相比,普通螺纹齿形锚爪接触处套管所受挤压应力和径向变形较小,对套管损伤最小。研究结果表明,试油压裂用水力锚结构应采用螺纹齿形设计;在相同油管内外压差作用下,镶硬质合金锚爪接触处套管所受挤压应力随牙齿楔角增大呈幂律指数降低,随牙柱直径增大呈幂律指数下降,随锚爪直径增大呈多项式增大,随牙齿后角呈指数增大,但增大幅度较为平缓,随轴向载荷增大呈多项式增大,但增大幅度较小;建议牙齿楔角取10°,锚爪牙柱直径取10~12 mm,锚爪直径取40~50 mm。研究结果为水力锚锚爪结构设计提供了理论依据。