偏心环空中牛顿流体稳态波动压力近似解

波动压力的大小与环空见何形状密切相关。在建立同心环空波动压力的精确模式基础上,求解了偏心环空稳态波动压力的近似解。利用多元参数回归的方法,建立了求解偏心环空波动压力的经验模式。计算结果表明:随钻柱与井眼间偏心度增大,波动压力减小。全偏心情况下的波动压力大约只有同心情况下的一半。     

井内波动压力

管柱(钻柱、套管和油管等)在充满流体的井内运动,会产生波动压力,这个附加压力会影响井内压力系统的平衡关系。本文介绍了稳态波动压力计算方法的要点,并指出其粘附系数K值计算曲线所存在的问题。这是因为常用的钻井液多为幂律流体和宾汉流体,而原作者用牛顿流体的K值曲线计算井内波动压力,显然不符合井内实际情况。在分析波动压力机理的基础上,本文推导出适合井内幂律流体和塑性流体K值的计算公式。稳态波动压力计算方法,由于未考虑流体的压缩性和流道的膨胀性等具体井内条件,故只适用于浅井。1977年以来,美国AMOCO公司的研究人员,以弹性-可压缩流体理论为基础提出了瞬态波动压力计算方法,由于所考虑的条件更符合井内实际情况,所以更具有普遍性和准确性。     

计算井内波动压力的简单方法

管柱在充满钻井液的井内运动所产生的波动压力,会使井内压力系统失去平衡而引起井下复杂和事故。以往使用的波动压力计算公式比较复杂,计算误差较大。本文介绍二种井内波动压力的简单计算方法并列举出运算实例。本方法尤其适用于现场计算。     

用动态法研究井内波动压力

井内波动压力是管柱在充满流体的井眼内运动时所产生的附加压力。有时它会破坏井内压力系统的平衡而引起井喷、井漏、卡钻及污染泥浆和油气层等恶果。因此,准确可靠地预测井内波动压力是平衡钻井和合理设计井身结构的重要环节。但是,目前国内钻井工作者对波动压力的认识,一般仍停留在1954~1964年Clark、Burkhardt等学者以刚性管-不可压缩流体理论为基础,用固体类型分析法推导计算井内波动压力数学模型的水平上。而这一套稳态计算方法未考虑泥浆的可压缩性及管柱、井眼的弹性,因此其计算结果与实际情况出入较大。本文运用力学的基本原理,成功地预测了波动压力的变化规律,并且应用先进的测试工艺,实测了许多波动压力变化曲线,而后将理论研究和实验手段结合起来,运用动态分析方法,准确地预测了井底波动压力的变化规律,获得许多新认识。可为今后指导现场生产提供依据。     

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。      

赫-巴流体在偏心环空中的波动压力计算模型

在窄环空间隙中下套管、小井眼钻进、深水钻进和大位移井钻进等作业中,精确的波动压力计算模型是准确预测井底压力的前提。以往利用CFD软件模拟赫-巴流体在偏心环空中流动的波动压力计算方法不仅对计算机性能要求高,而且时间成本高,导致现场应用受限。用窄槽流动模型模拟偏心环空建立了流体流动的物理模型,在稳态层流条件下,结合流体流动的控制方程和赫-巴流体的流变方程,建立了波动压力数学模型和基于自适应辛普森积分与黄金分割理论的数值求解方法,利用室内试验结果对模型的合理性进行了对比验证。结果表明：建立的赫-巴流体在偏心环空中的波动压力数学模型结果准确;采用的数值求解方法精度高、速度快,与室内试验数据对比误差在10% 以内,满足现场精度需求;分析了波动压力的影响因素,在管柱处于完全偏心的情况下,波动压力梯度降低为同心环空的50%左右,在窄环空间隙中作业时,应严格限制起下钻的速度。     

幂律流体偏心环空波动压力数值解

钻井液性能和环空几何形状对波动压力影响很大.本文建立了双极坐标下非牛顿流体偏心环空稳态波动压力的控制方程,利用盒式积分法和有限差分法推导了椭圆型变系数非齐次偏微分方程的数值模型,以幂律流体为例计算了下套管作业时所产生的激动压力梯度和偏心环空速度分布.模型计算结果表明:随偏心度增加,波动压力减小,偏心环空宽、窄间隙内速度分布差异增大.管柱完全平躺于井眼下侧时的波动压力大约只有管柱居中时的一半.文中还把数值模型计算结果与经验模型和近似模型计算结果进行了对比.     

幂律流体偏心环空流动中的波动压力修正模型

在石油钻井过程中,井眼环空中的流动多为幂律流体偏心环空流动.Burkhardt公式仅适用于同心环空流动,用来计算偏心环空流动中的波动压力时存在较大误差.通过CFD数值计算,分析了环空比和偏心度对幂律流体偏心环空中波动压力的影响.结果表明:在大环空比的情况下,波动压力随偏心度增大而减小;在小环空比时波动压力随着偏心度增大而出现先增大后减小的趋势.建立了Burkhardt公式中的常系数和泥浆粘附系数与环空比和偏心度之间的函数关系,从而扩展了Burkhardt公式的适用范围,使之可以计算幂律流体偏心环空紊流流动的波动压力.将扩展型Burkhardt公式的计算结果与文献中的数据进行了对比,误差＜9％.     

流固耦合作用下高压输气管道疲劳寿命分析

为了发展在输气压力波动下高压输气管道疲劳寿命计算方法和探究影响疲劳寿命的动态载荷条件,利用ADINA有限元软件建立了高压输气管道与天然气相互作用的流固耦合模型,得到高压输气管道在输气压力波动下的动态响应,弯管在曲率最大处出现应力集中现象。流固耦合计算结果表明,管道应力主要取决于输气压力波动,气体流速对管道应力的影响可以忽略。利用MSC.Fatigue软件,将ADINA软件计算获得的疲劳载荷时间历程关系进行雨流计数处理,获得了载荷幅值和均值的频次直方图,采用全寿命法计算获得了对应载荷幅值和均值的线性累计损伤直方图,得到弯管疲劳寿命为1 240次,且疲劳破坏发生在弯管曲率最大处。提供的计算方法和结果可为高压输气管道的安全控制和设计提供参考。     

管柱运动引起的井底压力变化的试验研究

井内波动压力的危害已众所周知,准确预测和描述其变化规律也是钻井工作者们所关注的问题。虽然现有的理论和计算方法已在现场广泛应用,但实测资料表明其误差为50％～100％。本文介绍了波动压力的现场模拟试验的工艺原理及其结果,这对修正现有的计算方法和指导现场生产具有重要的参考意义。     

高温高压油井套管下放波动压力研究

波动压力是破坏井眼压力平衡系统导致井喷、井漏、井塌及其他复杂情况的重要原因,其预测及应用在钻井工程中占有重要地位。在固井作业下套管过程中,主要表现为激动压力,通过控制套管下放速度来控制激动压力,从而实现全过程平衡压力固井,不压漏低压层和保护薄弱地层。波动压力预测作为非常规套管柱设计的主要因素,在海洋高温高压钻井中显得尤为突出。尽管动态计算方法能较准确地计算井底波动压力,但是从安全角度来考虑,稳态法更适合实际工程计算。     

南堡油田NP511井下管柱误射孔事故原因分析

南堡油田公司的NP511井在射孔施工过程中发生误射事故.运用水动力学原理对事故原因进行了计算分析,查明了事故发生的原因.在下管柱的过程中,起爆装置处受到静水压力和波动压力作用,波动压力同下管柱速度和管柱与油井的间隙有关.计算结果表明:在到达目的层以前起爆装置处的总压力大于射孔枪的抗剪切压力,射孔枪提前发射,起爆装置发生起爆.计算得到的压力波动值与实测值相符.为避免下管柱时发生类似事故,提出了管柱结构尺寸的最低要求,建议管柱下井速度不能超过标准值,以提高射孔施工的安全性.研究成果对改进和提高采油工艺水平具有实际意义.     

定向井同心环空中卡森流体稳态波动压力的研究

管柱在充满钻井液的井眼内运动时所产生的压力波动,是影响井眼稳定性的重要因素。其值的大小,是确定泥浆附加密度的主要依据。因此,要求对实际波动压力的预测有较高的精度。多年来,常用的波动压力计算模式多为近似模式,存在较大误差。为此,从理论上对定向井同心环空中起下钻时管柱在卡森流体中运动时钻井液由粘滞性产生的波动压力进行了分析,建立了理论模式。为便于现场应用,绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律图,并给出了计算示例。     

高温法兰连接系统螺栓循环应力确定

在介质压力和温度波动条件下长期工作的高温法兰连接系统 ,其螺栓会产生疲劳而导致连接系统失效。将垫片本构方程应用于螺栓法兰连接系统的变形协调方程 ,考虑温度和介质压力的波动 ,提出了在初始预紧状态已知的条件下计算螺栓循环应力的方法。     

基于卡森流体的水平井波动压力预测新方法

针对水平井钻井过程中产生的波动压力问题提出了一种新的预测方法.以钻井流体力学理论为基础,阐述了水平井环空波动压力的流动物理模型,考虑管柱偏心对钻井液流动规律的影响,从一维稳定流动的基本方程和卡森模式的本构方程出发,引入卡森流体在水平井偏心环空轴向层流的流量模型,进而结合管柱在不同现场工况下的环空流量方程,使用mathematica软件进行数值模型的计算,最终建立了预测水平井各个井段波动压力的新模型.实例计算表明:该方法计算简单快捷,预测准确,对水平井钻井过程中的安全控制具有重要的指导意义.     

自激波动采油技术研究

抽油井正常工作时,借助波动器可在井底产生自激压力波。介绍了自激压力波产生的机理、理论计算及室内试验情况,自激压力波频率小、幅值大,可对油层产生连续波动作用。试验研究表明,自激压力波幅值主要与沉没度、果挂深度和抽油机的冲程、冲次有关。现场应用3口井表明,波动采油可改善低渗低产能升渗流状况,增加油井产量。     

基于赫巴流体的偏心环空波动压力数值模拟

基于牛顿流体、幂律流体以及卡森流体建立的偏心环空稳态波动压力预测模型计算过程对计算机的硬件要求较高,在现场条件下并不适用。为此,基于钻井液赫巴流变模式,利用Fluent软件对起下钻波动压力进行了计算,并将计算结果与现场广泛应用的压力模型及室内试验数据进行了对比验证。建模时采用一阶迎风格式对动量方程的对流项进行离散,壁面设为非滑移壁面。分析结果表明,数值模拟结果与现存的同心环空计算模型及同心、偏心室内试验结果具有很高的一致性,最大误差不超过8%;流动指数、钻柱井筒直径比以及钻柱偏心度对波动压力影响较大,在窄间隙工况或具有高流动指数流体的情况下应严格控制起下钻速度。     

受压管道法兰热瞬态密封分析

介质压力和温度的波动是导致螺栓法兰密封失效的主要原因之一。本文视法兰、螺栓和垫片为一整体,根据某在役管道法兰工作温度和压力的组合工况,计算和分析了其连接结构的瞬态温度变化,以及法兰变形、垫片应力、螺栓应力和垫片压缩回弹量的瞬时变化。计算结果揭示了在温度和压力波动下螺栓法兰连接的密封特性。     

BZ25-1油田井壁稳定性分析

介绍了BZ25-1油田井壁失稳的现状。综合利用测井资料、井史和理论分析,采用"关键层位"法确定明化镇组和馆陶组为井壁失稳的关键层位;利用等效深度法计算了孔隙压力,与实测孔隙压力吻合较好;利用密度测井资料计算了垂向地应力;利用改进的黄氏模型计算了水平地应力。利用上述计算的结果和岩石强度参数,计算了坍塌压力和破裂压力剖面。结合井眼波动压力分析结果,给出了钻井液的安全密度窗口。现场应用表明,推荐的钻井液密度应用较好,且低于设计密度。     

定向井同心环空RS流体稳态波动压力研究

波动压力是影响井眼稳定的主要因素，其大小对维护井眼内压力平衡、设计井身结构和泥浆性能的确定、以及确定合理的起下钻（或下套管）速度有重要意义。文中以Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ──Ｓｔｉｆｆ流变模式为基础，从理论上推导了定向井同心环空中起下钻或下套管过程中在稳定层流条件下，钻井液粘性产生的波动压力计算模式，并绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律曲线及给出计算示例，提供给现场应用。