气井完井管柱安全状态评估系统设计与应用

高温高压气井在生产和井下作业过程中,由于温度和压力的变化容易造成管柱变形,影响到管柱安全,因而需要开展天然气井完井管柱安全状况评估。文中在分析不同工况前后天然气井温度和压力变化的基础上,提出了相应的管柱变形计算和强度校核方法,并进行了实例计算,取得了较好效果。利用该方法,还可以帮助新井设计出安全的完井管柱,指导完井工艺的选择。     

高产气井的典型永久完井管柱

三年来,在伊朗TABINAK气田和SHANUL两个高产气田的完井技术服务,进行了多口气井的永久完井作业,先后使用了BAKER公司、WEATHERFORD公司和OTIS公司的完井工具。在30余口井的永久完井作业中,TABINAK气田和SHANUL两个高产气田的单井产量都在120×104m3以上,井口压力在3000 psi左右,因此对永久     

高产气井完井管柱横向振动分析

考虑完井管柱轴向激振力及自重力的影响,运用瑞利-里兹级数法描述了高产气井完井管柱挠曲变形方程.以此为基础,根据雷利(L.Rayleigh)法导出了高产气井完井管柱横向振动频率方程,进而得到了钻柱在管柱相应振动频率下的钻速方程.分析结果表明:该数学模型的精度较高,实用性较好.为揭示高产气井完井管柱横向振动规律提供了一种行之有效的方法.     

高产气井完井管柱纵向振动特性分析

高产气井完井管柱是高产气藏采气过程中的关键工具。在高产高速气流作用下,完井管柱始终处在一个复杂的动力环境之中,承受多种力的激励和响应,产生剧烈的振动。搞清高产气井完井管柱的纵向振动特性,为完井投产及采气作业提供理论依据和技术参考,具有实际意义。针对高产气井实际工况,以井下管柱为研究对象,基于结构振动理论,运用位移激励法建立了高产气井完井管柱在轴向激振力作用下的纵向振动力学模型,采用解析法导出其固有频率和振型。算例分析结果表明,完井管柱无阻尼纵向振动一阶振型是简单的正弦函数,具有固定的周期,一阶固有频率为0.281 Hz,表明完井管柱无阻尼振动频率较低。     

巴喀致密砂岩气藏气井完井管柱设计与应用

致密砂岩气藏作为一种非常规气藏,储层具有岩性致密、低孔低渗、自然产能低等特征,如何有效开发这类气藏,是石油工程人员普遍关注的问题。本文以吐哈盆地台北凹陷柯柯亚构造带巴喀油田下侏罗统三工河及八道湾组致密砂岩气藏的开发为例,研究设计了具有气举排液、测试、生产为一体的完井管柱,对气藏的高效开发具有重要的研究意义。     

高压高产气井完井管柱振动特性及安全分析

目前针对油气井完井管柱振动的研究没有考虑气体诱发管柱横向和纵向耦合情况,而实际管柱与管内流体存在横向和纵向的相互影响。为此,对完井管柱系统流固耦合振动响应进行初步分析和探索,建立了气井完井管柱流固耦合模型,编制了相应的Fortran程序,并结合华北油田某完井管柱现场数据,讨论了产气量、井口压力和气体密度等参数对管柱振动特性的影响。研究结果表明:在开阀门的瞬间,完井管柱产生剧烈振动,随着产出气体压力逐渐稳定以及管柱自身的刚度具有抵抗变形的能力,管柱的振动呈现逐渐衰减的趋势;随着产气量的增加或井口压力的降低,气体对管柱的作用力增大,管柱振动产生的变形增大;当气体密度增加时,管柱与气体之间的摩擦耦合作用加剧,管柱振动增强。研究结果对于降低完井管柱的振动和保护管柱安全具有重要意义。     

水平井完井管柱摩阻预测模型建立与下入性分析

水平井井眼轨迹复杂,完井管柱下入到弯曲段后将与井壁大面积接触,所受的摩擦阻力将大大增加,使完井管柱发生大的变形甚至屈曲变形以致不能顺利下入。为此,分析了水平井完井管柱下入过程中的受力情况,建立了管柱三维摩阻预测模型,根据建立的模型,利用VB语言编制了分析软件。分析软件对井眼数据采用三次样条插值法处理,并采用建立的摩阻计算模型求出完井管柱在下入过程中的总摩阻力。实例计算表明,建立的摩阻计算模型有较高的准确性,所开发的软件可用于大斜度井及水平井完井管柱的摩阻预测。     

高温高压高酸性气井完井管柱优化设计

近年来,随着天然气勘探开发工作的快速推进,高温高压油气井、深井超深井、含腐蚀性介质气井越来越多,完井管柱优化设计及作业难度越来越大,安全环保的要求也越来越高。已完井投产的气井中有相当比例都存在由各方面原因引起的生产套管压力异常升高现象,具有一定的安全生产隐患,因此对该类气井开展完井管柱优化设计研究具有重要的现实意义。通过总结高温高压高酸性气井完井现场实践经验,深入探讨了封隔器管柱力学分析要点及结构设计方法;提出了高温高压高酸性气井完井管柱设计的原则--安全第一、有利于发挥气井产能、延长气井寿命、经济可行,明确了优化设计阶段需重点考虑的7项因素;形成了一套基于第四强度理论的不同工况条件下完井管柱三轴应力强度校核方法,以及高温高压高酸性气井封隔器完井管柱设计方法。该套设计方法应用于四川盆地龙岗气田某井,取得了较好的效果。     

超深气井完井管柱屈曲行为研究

超深高温高压气井由于井筒温度高、压力高,井下管柱屈曲风险高,易造成管柱失效或冲蚀加剧等问题。通过超深高温高压气井管柱静力学分析发现热生产和热关井两个工况下管柱屈曲风险最大。鉴于此,针对热生产与热关井工况建立了用于分析两种苛刻工况下全井段油管柱屈曲问题的有限元力学模型,定量得出两种工况下全井段油管柱的屈曲形态、横向位移、油管柱-套管接触力、弯矩与扭矩等力学参数。研究结果发现:在热生产工况下,油管柱发生了不稳定的屈曲形态,在油管柱屈曲段的上部与下部位置,油管柱与套管的接触较为密集;在热关井工况下,油管柱相对只发生了轻微的纯正弦屈曲。所建立的模型可用于油管-套管屈曲损伤失效分析,可为优化现场生产工艺和延长油管柱寿命提供理论依据。     

高压气井完井管柱的流固耦合振动模型及其应用

瞬态压力冲击诱发充液管道结构耦合振动,剧烈的振动将导致管道结构失效。笔者将进一步阐明天然气的瞬变流动诱发高压气井完井管柱的耦合振动过程。根据充液管道流固耦合振动模型,推导了适用于气井完井管柱的流固耦合振动四方程模型,采用特征线法及线性插值方法进行数值求解。以现场一口高压气井井口阀门开启过程中的瞬态响应为例,结合完井管柱系统的初边值条件,利用MATLAB语言编制了相应的计算机程序,计算分析了流体与管柱的耦合振动响应过程。计算结果表明：天然气的瞬变流动通过泊松耦合效应诱发完井管柱轴向往复运动,轴向往复运动将加剧完井管柱结构的疲劳破坏与磨损破坏。该结果对预防完井管柱先期失效有实际工程意义。     

提高气井完井管柱气密封性能措施的研究与应用

吉林油田营城组气藏气井高温高压高含CO2,井下工况恶劣。在生产过程中,部分气井出现了套压异常的现象,给安全生产构成严重威胁。通过对套压异常的原因探索性分析,初步形成了针对性的技术措施,经现场应用取得较好的效果,有效减少了气井由于管柱泄漏的修井作业次数,降低了安全风险。     

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长庆气田有上、下古生界两套成藏和岩性不同的气层,同属于低压、低渗、低产气层,在已探明的储量中以下古生界气层为主,已建成年20×108m3的生产能力,并以每年10×108m3的规模递增。目前的177.8mm套管完井方式和常规完井管柱有它的不足之处,按现有的钻井、气层保护、压裂酸化和完井技术,开发井完井方式采用139.70mm套管完成后,能提高钻井速度,降低材料消耗。完井管柱采用SAB—3、SB—3和CQ—7等永久性完井管柱,淘汰常规完井管柱,以保护套管、延长套管使用寿命,满足上、下两套气层分试分压分采或合采的要求,达到提高单井产量和提高气田开发效果的目的。     

气藏水平井分段酸化完井一体化工艺管柱

气藏水平井的水平井段长,穿越多个油气层,非均质性严重,不同位置泥浆浸泡时间不同,污染程度也不同。常规分段酸化工艺存在施工段数少、周期长、费用高、多次压井造成二次污染等问题。研制了气井不动管柱分段酸化完井一体化工艺管柱,该工艺管柱耐温110℃,耐压70MPa,通过投球、加压打开喷砂器滑套,可实现5个层段分段酸化施工。该管柱可作为完井管柱直接进行生产,减少压井作业的次数,降低压井液对储层的二次污染,有效提高单井产能。     

大位移水平井完井管柱力学分析研究

采用管柱动力学的原理和方法建立了可用于大位移水平井生产、作业管柱的设计与校核方法;编制了井下管柱力学分析软件.在大港油田大位移水平井(张海502FH井)现场试验效果表明,该项技术能较为准确地预测管柱起下过程的井口的动态载荷和管柱受力剖面,确定不同的管柱组合在特定的井筒中的最大下入深度,可以用来设计、校核大位移水平井的生产与作业管柱.     

注水井分层启动压力测试管柱的应用

立足胡庆油田现状，针对注水井层间吸水量及分层压力难以定量描述的问题，研制了分层测试管柱，录取不同层段的分层吸水指示曲线、启动压力，判断各小层的动用状况，寻找潜力层，制定出针对性的治理措施，真正实现储层效益最优化。同时介绍了研制的分层启动压力录取管柱和配套工具的结构、工作原理、现场应用情况及取得的认识。     

JWY完井管柱清洗剂的研究与应用

JWY是利用分子中含活泼氢的亲油化合物与环氧乙烷和环氧丙烷合成的非离子表面活性剂。经分析，JWY与国外使用的完井管柱清洗剂S－100具有基本相同的分子结构和物理性能。利用热滚方法，评价JWY具有良好的清洗悬浮油污和油水相分离的能力。采用及光细菌法和BOD5／CODCR法，评价3．0％JWY水溶液生物毒性属低毒，具有一定的生物可降解性。2．0％JWY过滤海水，经5口井的现场试验，满足施工要求。     

洗井防污染丢手分采管柱设计与应用

设计了一种新型丢手分层采油工艺管柱,由Y445型丢手自验封封隔器＋Y441型自验封封隔器＋压差常通阀组成,可实现在洗井过程中保护油层不受污染。使用该管柱进行检泵作业可不动卡层管柱,只需将抽油泵管柱提出,能够保证作业的可靠性,还可避免沉积物在管柱底部的堆积。     

MATLAB在杆柱组合优化设计中的应用

介绍了MATLAB优化工具箱及其算法的原理和过程，并将其应用于求解有杆抽油系统杆柱组合优化设计问题中。优化设计结果表明，MATLAB优化工具箱应用于求解优化问题，不仅算法可靠，而且编写程序简单，可提高设计效率。该研究方法对解决其他优化设计问题也具有重要的参考价值。