复合材料在井下工具的研究应用

本文通过复合材料性能分析,研究了一套复合材料封隔器顶部接头结构模型,并通过软件分析验证该模型的静力学形态特征,所得理论可为复合材料结构产品的设计与性能分析提供参考。     

一体式交替冲砂切割工具的设计与试验

针对渤海油田切割打捞需要下入冲砂和切割两趟管柱,施工周期长,成本高的缺点,研制了一种一体式交替冲砂切割工具,实现了一趟管柱可完成冲砂和切割连续作业,将作业时间由15 h /1 000 m下降至9. 8 h /1 000 m。文中对该技术的工作原理和结构进行了描述,并建立了冲砂水力学和切割扭矩的数学方程,用于计算两种工况下的排量、泵压、扭矩等参数,以便于指导现场作业和辅助判断井下工具的状态。试验测试结果表明,冲砂切割一体化工具性能稳定,满足连续交替冲砂、切割作业工艺需求,且成功应用于Ø139. 7 mm 套管的切割作业,各项指标性能良好,提高作业效率35%,节约成本50% 。     

水力脉冲提速工具作业性能分析

水力脉冲提速工具用于油气田钻井作业,可显著提高钻井效率。利用流体分析软件,建立了水力脉冲提速工具内部三维动态流场分析模型。通过对内部部件导流面角度、叶轮齿数、振荡腔长度等多组数据对比分析,得出了影响出口压力、叶轮转速、脉冲频率因素的理论数据,确定了不同因素改变引起的水力脉冲提速工具性能的变化规律。为此类工具参数优化设计提供理论基础。     

多分支井双管完井管柱结构及先导性试验

为了满足采油管柱双管完井需求,实现主、分支井眼的压力隔离和独立开采,开发了自喷井双管完井工艺技术。对工具的关键结构进行了力学性能评价,并对工艺管柱开展了地面功能试验和试验井工程测试。研究结果表明:双管密封锁定接头的最大等效应力发生在螺纹根部,最大应力为620 MPa,小于材料屈服强度930 MPa,安全系数为1.5,满足强度要求。地面测试和先导性试验表明该技术满足现场使用需求,达到了5级完井水平,具备工业化推广价值。     

一例钻柱稳定器断裂原因分析及措施

为防止类似南海西部油气田因稳定器断裂造成的钻井事故再次发生,确保钻井安全和作业时效。以该区块的某探井为例,对2起稳定器断裂事故进行了阐述。基于简支梁模型对钻柱“A-B”危险截面进行了受力分析,同时对试件宏观断口形貌与金相组织进行了观察。分析结果表明:切片金相组织符合原材料热处理工艺要求,螺纹牙底疲劳裂纹是造成稳定器断裂的根本原因。提出了增加稳定器打捞外径、肩部钎焊PDC齿2种方法,优化稳定器结构,改善稳定器承载能力。钻柱“A-B”截面交变应力破坏具有较大的风险,在设计中需要予以充分重视。     

油井管接箍失效原因分析

基于失效油井管接箍宏观分析的初步判断,采用扫描电镜微观分析、金相组织分析等方法,对失效的油井管接箍展开了系统分析。但是从EDS分析结果来看,腐蚀产物成分中含有C元素和O元素,该腐蚀区域位于井下166~176m,此处为套管气,湿度较大,具备发生腐蚀的条件,电化学测试,测其腐蚀电位、腐蚀电流及腐蚀速率,二者电位差为13mV,低于可以激发电偶腐蚀的阀值50mV,说明失效接箍和油管发生电偶腐蚀的概率极低。但是对工况进行分析发现,电缆存在漏电现象。造成局部带电,可以增加电偶腐蚀的阈值,故更容易发生电偶腐蚀。     

非对称胶筒结构设计及密封性能分析

本文通过理论公式,计算了一套非对称胶筒结构模型,并通过现场试验测试的方式,对比理论计算结果与测试分析结果,所得理论可为胶筒的结构设计与性能分析提供参考。     

高效切割一体多刀水力割刀研究

海上油田修井作业时需要使用水力割刀对防砂管柱进行多次切割打捞作业。切割作业时常规水力割刀只能切割一次,需要多次起下管柱更换割刀,作业效率低。针对此问题,分析了传统水力割刀结构、工作原理以及提高割刀切割能力方法,采用增加割刀数量方法,研制了一种一体多刀水力割刀,并对其结构和工作原理进行了介绍。结合割刀换向原理,建立了换向机构几何模型,分析计算其节流压力符合作业要求。试验井测试结果表明:一体多刀水力割刀可根据泥浆循环流量,选择性张开割刀,割刀张开所需流量稳定,割刀张开顺序有序;单趟钻可至少切割防砂管柱三次,降低了切割防砂管柱时起下钻次数,提高了切割效率。研究结果可为水力割刀研究提供新的设计思路。     

35 MPa环空放气阀设计及试验

环空放气阀是油气井中控制油管和套管环空通道的主要工具。研制了一种新型环空放气阀,密封面为球面金属密封。通过理论计算、有限元分析、室内试验,对环空放气阀进行设计分析和验证。结果表明,内部/外部压力产生的轴向力始终使金属密封面压紧,且内部/外部压力越大,密封面的压紧力越大; 在额定工作压力35 MPa条件下,最大应力为193.36 MPa,最大接触压力为194.25 MPa,满足强度要求; 环空放气阀开关压力稳定,满足35 MPa密封要求。     

变径套管清洁工具在海上油田的应用与研究

针对海上油气田套管清洁作业效率低,组合管柱易卡,以及无法判断卡点的风险等问题,研制了一种变径套管清洁工具,实现了非组合管柱244. 5 mm套管与193. 7或177. 8 mm尾管的连续清洁作业。该工具通过采用预压缩板簧结构增加了板簧的真实压缩距离,降低了在244. 5和177. 8 mm套管中支反力比值,并利用ABAQUS工程模拟的方法,对压缩位移-支反力变化趋势进行了分析。优化了自清洁系统,这种结构可以起到搅拌作用,碎屑可随流体快速返出。应用PTFE+MoS2复合材料,增强了耐磨衬套自润滑性能和耐磨性能。室内试验和现场应用结果表明:变径套管清洁工具关键零部件性能满足连续清洁工艺要求,且成功应用于常规套管和13Cr套管的清洁作业,各项指标及性能良好,提高作业效率40%,节约成本50%;通过采用合适的套管清洁工艺技术和工具,还有利于油气储层的保护,减少完井作业对油气储层的污染。研究结果有利于指导变径套管清洁工具的设计与研究,推动变径套管清洁工具在完井作业中的应用。