深水测试管柱优化设计技术研究

为掌握深水油气井测试过程中管柱的受力和变化规律,在分析深水油气井测试管柱结构特点的基础上,从管柱材质、尺寸、测试工具和测试管柱强度等方面进行了深水测试管柱设计。建立了管柱轴向载荷计算模型及变形量计算模型,应用Abaqus软件对测试管柱进行了非线性分析,依据分析结果对深水测试管柱进行了优化设计。同时以南海某井为例对所建的力学模型进行了应用。分析结果表明:在深水测试环境下,管柱可能的危险截面一般处于三向复杂应力状态,仅作单向强度分析是不够的,必须进行三轴应力强度校核。所得结论可为南海多口深水井测试管柱设计和力学分析提供参考。     

深水测试管柱应力分布规律与动态响应分析

为了研究深水测试管柱在不同工况下的应力分布规律及内压波动对管柱动态响应参数的影响,根据深水测试管柱作业特点及结构,推导了测试管柱的轴向力、轴向应力、径向应力和环向应力计算公式,建立了海水段测试管柱的横向及纵向振动模型。根据不同工况,建立了测试管柱的有限元模型,进行了测试管柱最大应力及内压波动下的动力响应分析。研究结果表明:测试管柱各段的最大应力随水深的增加而减小、随悬挂力的增大而增大;由于泊松耦合的影响,最大应力与水深的变化率随着内外压差的增大而增大;初开井前,由于测试管柱的内加压和环空泄压,测试管柱出现最大应力,其值为255.7 MPa,但各工况下测试管柱的安全系数满足强度使用要求;内部压力波动周期对测试管柱的应力响应影响显著,低周期的内压波动使管柱应力过度增大,管柱易发生危险。研究结果可为深水测试管柱的强度研究提供一定的指导。     

一种适用于动力定位装置的新型深水测试管柱

对于动力定位的深水作业平台,在海上始终处于动态稳定过程,而一旦定位失效,隔水管则需解脱,以便平台能够自由漂移。隔水管的解脱要求其内部的作业管柱也能解脱,由此对深水测试管柱提出了要求,相对于常规测试或浅水测试,深水测试管柱最大的不同点是使用了快速响应的深水水下树。正是由于深水水下树的使用,以及深水的自身特点,深水测试管柱在功能要求、安全要求、可靠性要求等方面都有所提升,独具特色。     

深水测试管柱螺纹连接密封性能分析

深水测试管柱的密封性能直接关乎测试过程的安全性和测试结果的可靠性。针对深水测试管柱多单根螺纹连接的密封问题,提出深水测试管柱密封弱点分析方法,结合深水环境下测试管柱密封性能的局部分析模型,建立经济有效的评估方案,并以我国南海某深水井为对象进行实例分析。分析结果表明,示例井测试管柱的螺纹连接满足不同测试工况的密封需求;深水测试管柱的密封弱点位置为悬挂器上部临近的螺纹连接处,深水测试管柱螺纹密封的接触压力峰区位于第1个相接触螺纹面的齿根处;随着测试产量的增加,测试管柱螺纹连接密封的安全性逐渐增加,弯曲载荷对测试管柱的密封性能影响较小,轴向力和内外压是影响深水测试管柱螺纹连接密封性能的关键因素。研究结果可为我国类似南海的深水测试管柱作业提供借鉴。     

深水测试管柱测试过程中横向振动特性分析

基于Hamilton原理,建立了充分考虑内外流惯性力、隔水管作用力、内外流与隔水管摩阻力等影响下的深水测试管柱横向振动模型,通过数值求解得到了管柱的各阶振幅及最大位移计算公式;应用编程求解,研究了悬挂力、水深、产量、管柱壁厚对测试管柱前六阶振幅及最大位移的影响.结果 表明:测试管柱整体受拉能避免产生复杂的横向振动,管柱受拉时的最大位移和振幅值随悬挂力的增大而减小;悬挂力在水深增加而保持不变时,测试管柱各阶振幅值变化复杂,悬挂力随水深增大而增加时,最大位移及振幅随水深增大而增大;管柱的最大横向振动位移随管柱壁厚的增大而增大;随着产量的增加,测试管柱的最大横向振动位移增大,但幅度较小.结论 认为,适当增大悬挂力能有效减小测试管柱的最大横向振动位移,当水深增大时,现场除应增大悬挂力外,还应考虑适当增大测试管柱与隔水管间的环空间隙,以减小两者可能存在的接触碰撞.     

深水测试管柱作业条件下平台偏移预警界限

针对深水测试作业过程中由于浮式平台偏移造成的管柱安全问题,建立深水测试管柱系统接触非线性有限元分析模型,采用磁性搜索算法研究深水作业平台的偏移预警界限,确定浮式平台的测试作业窗口和管柱脱离的安全作业边界,为深水作业平台的科学定位和撤离决策提供理论依据。研究表明:实例平台在表面海流流速低于0.8 m/s、平台偏移不超过19.4 m的条件下可以完成正常的深水测试作业;挠性接头转角和底部井口弯矩是平台偏移预警界限的主导限制因素;随着海流表面流速的增加,测试作业窗口向逆流方向偏移,当达到一定流速时作业窗口的左侧边界出现拐点,窗口迅速收缩;提高外管提升力有利于增大测试作业窗口,测试作业窗口随着井口倾斜角度的增大逐渐向井口倾斜方向平移,但大小和形状基本不变。     

深水浮式平台试油测试技术

介绍了深水油气勘探的概念及深水浮式平台试油测试技术，对深水试油测试的技术特点、地面求产生产系统、井下管串、水下测试管柱、测试程序等方面进行了系统描述，为深水勘探做技术准备。     

深水测试管柱与隔水管的横向承载特性

在海上深水油气井测试过程中,隔水管、测试管柱与海水、环空流体、管内流体相互作用,并组成海上测试的"管中管"结构体系,目前对于由隔水管—测试管柱组成体系产生的复杂横向承载特性的认识不足。为了给海上安全测试作业的控制提供理论支撑,针对我国南海测试使用"管中管"体系结构及作业水深超过900 m的特点,建立了海水段测试管柱的井筒温度场、压力场及轴向力计算模型;考虑内外流体与管柱相互作用,建立了隔水管和测试管柱横向动态受力模型;基于数值求解方法,进行了不同顶张力、悬挂力、海流流速及平台漂移下的"管中管"结构体系横向承载特性分析。研究结果表明:①增大顶张力、悬挂力均能减小管柱体系的横向最大承载参数,同等幅度下的顶张力对管柱横向承载参数的影响更明显;②随着海流流速的增加,管柱体系的最大横向位移、转角、弯矩增大明显;③随着平台漂移量的增加,管柱体系的最大转角和弯矩先减小后增大,即顺着海流方向使平台产生适当的漂移有助于减小管柱体系横向的最大承载参数。结论认为,该研究成果可对海上测试作业的安全控制提供理论支撑。     

深水高温高压井隔热测试管柱技术

现有的深水油气井完井技术施工中通常会将部分完井液圈闭于套管环形空间内,进而在深水测试作业时圈闭流体受高温高压产层热流体的影响而产生井筒附加应力。为消除附加应力对井筒完整性造成的损害,设计了一种应用隔热管进行深水油气井生产测试的圈闭压力控制技术。依据南海深水高温高压井的典型井身结构,构建了测试过程的深水井筒热传导模型,通过基于典型井的井筒传热数值计算,分别对常规测试管柱结构及隔热油管测试管柱结构进行了圈闭环空温度场的数值模拟、圈闭压力计算。研究表明,深水高温高压油气井测试过程中,应用隔热管的测试管柱复配技术,可有效降低高温高压产层流体对套管圈闭空间的附加应力影响,避免了井下事故的发生。该技术为深水高温高压油气井的安全高效测试作业提供了一种新的有效方法。     

高压高产气井测试管柱螺纹安全分析

目前,测试管柱力学研究主要集中在测试管柱受到内压、外压、轴力、扭矩、弯矩和黏滞摩阻等多种载荷变化下的屈曲变形,对用于连接测试管柱的螺纹及测试管柱发生变形时螺纹应力分布和强度分析不足。为此,采用有限元软件建立了测试管柱螺纹的有限元分析模型,对测试管柱接头螺纹进行受力分析,研究管柱螺纹应力随纵向载荷变化和有、无上扣扭矩对管柱螺纹应力和强度的影响。研究结果表明：测试管柱螺纹两端扣牙处等效应力较大,其中后端最后一扣的等效应力最大,而中部的扣牙受力相对较小;随着纵向载荷的不断增大,管柱螺纹处的应力幅值不断增大,在不同纵向载荷作用下,管柱内螺纹和外螺纹相互作用力均出现两头大、中间小的形态;有上扣扭矩时,测试管柱扣牙处的应力比无上扣扭矩时大,并且有上扣扭矩会增加后端扣牙的咬合力。所得结果可为测试管柱的安全分析提供理论支持。     

海洋深水钻井钻井液研究进展

针对海洋石油勘探深水钻井遇到的复杂问题:井壁稳定性,钻井液用量大,地层破裂压力窗口窄,井眼清洗问题,低温下钻井液的流变性,浅层天然气与形成的气体水合物,对海洋深水钻井中使用的钻井液进行了综述.目的在于借鉴国外成功经验,为中国今后开展海洋石油勘探深水钻井方面的研究工作做一些技术信息的铺垫;并结合国外海洋深水钻井液研究现状,提出了对中国海洋深水钻井的钻井液研究的几点建议.     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

海上钻井发展综述与展望

简要回顾了海洋石油工业从20世纪40年代起步至今在可及水深、钻井装置方面的飞速发展;同时结合海上钻探实例,阐述了特殊的地质环境及低温、浅部水层等给深水钻井带来的一系列困难;面对深水钻井的挑战,在钻探技术及钻井工具方面提出了有效的应对措施;展望了国内外深水钻井的发展前景。     

深水钻井隔水管漂浮减重技术

为了降低深水钻井作业成本的压力,钻井平台有向着小型化发展的趋势,为适应这种趋势,有必要对钻井隔水管自身重力进行控制。分析了隔水管的主要结构组成部分,提出了隔水管结构重力减小的几种技术,包括采用新型轻质材料的隔水管、超静定集成结构隔水管和变刚度结构隔水管,通过减小隔水管的自身重力,可以增加隔水管的极限作业水深,改善隔水管的动态性能,使其固有频率避开共振区,从而延长其疲劳寿命。     

西非深水JDZ-2-1井钻井工程整体风险分析

由于深水钻井具有高投资、高风险的特点,在西非深水JDZ-2-1井钻前对其进行风险评价,对做好应急备案具有重要意义。分别阐述了雷暴、暴风、波浪、潮汐、雾、水深、水下洋流、浅层地质灾害、天然气水合物、异常压力、狭?的地层孔隙/破裂压力窗口和地震因素等对深水钻井作业的影响及危害,并结合JDZ-2区块的实际自然环境和地质条件,利用层次风险评价方法（APH）,按照深水钻井常规作业的组成部分,建立钻井工程整体风险层次结构,对其进行整体风险评价。分析结果表明,JDZ-2-1井在钻井液性能受到各因素的影响较为明显时,其风险值最大,而钻进作业、取心和测井作业风险次之。该分析研究为制定应对风险的措施提供了参考。     

海洋钻井水基钻井液在页岩地层的使用

钻井液已经是一门比较成熟有完整体系的技术,如今研究的重点是寻找适合钻井复杂新情况的钻井液体系及使用方法。随着海洋油气勘探开发的大力推进,水基钻井液在页岩地层的使用将成为一项影响海洋钻进效率的关键技术。根据页岩与水基钻井液的自身特点,分析了水基钻井液在页岩地层使用的技术难点和产生问题的原因,结合现场实际提出了可行的解决方法,为现阶段海洋钻井水基钻井液在页岩地层的使用提供技术帮助,并为将来的深入研究明确方向。     

轴向载荷对海洋深水钻井隔水管力学特性的影响分析

文章建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下,隔水管及底部球接头静态分析的三维有限元力学模型,考虑了隔水管在外载作用下的小应变、大变形和轴向力影响等特点,引入了非线性理论,其计算结果更加符合实际情况。海洋深水钻井隔水管的轴向载荷对其力学特性有显著的影响,因此．在实际钻井作业过程中,隔水管顶部应保持足够的张力,避免隔水管处于受压状态。     

深层气井带伸缩短接测试管柱设计与应用

伸缩短接能有效改善测试管柱的受力状况，提高测试作业成功率，越来越广泛地应用到深层气井作业中，但如何对带伸缩短接测试管柱进行力学分析和优化设计，已经成为困扰现场作业工程师而又急需解决的技术难题。为此，首先建立了伸缩短接力学分析模型，在此基础上建立了带伸缩短接测试管柱在封隔器内不能移动情况下管柱、封隔器以及封隔器处套管的受力分析数学模型，并针对深层气井特点建立了管柱强度校核方法，为伸缩短接启动载荷计算、安装位置确定、长度设计以及管柱优化设计提供了理论依据。将研究成果应用于川东北元坝2井，对测试管柱重新设计后，使原本无法满足施工要求的测试管柱满足了高温高压深层气井的施工要求。     

升平地区深层气水层解释

为增大深层气藏勘探开发力度,改变以往沿袭油的参数解释方法解释深层气藏导致的气水层解释符合率低的问题,提出了依靠多种测井信息,直接计算含气饱和度,同时计算含水饱和度的综合气水层解释方法,这是技术上的一大突破,使升平气田气水层解释符合率由65％提高到80％以上。     

地层测试管柱力学分析

地层测试是油气田勘探和开发的重要过程。在地层测试过程中,测试管柱在多种载荷作用下,形成复杂的应力和应变,有时会引起管柱的屈服破坏、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈曲,造成较大的经济损失。根据地层测试作业过程,考虑井眼轨道、测试管柱的组成、井内流体的性能、管柱内外压强、管柱与井壁的摩擦系数、地温梯度、空气温度、油管温度、测试阀的类型、封隔器的类型、封隔器的活塞效应、管柱螺旋失稳效应等参数,建立了测试管柱在整个作业阶段的力学分析数学模型,并用差分法求解,给出沿整个管柱的拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性、伸长等参数。用Visual Basic 2008编制了计算软件,并进行了现场应用。