库车山前高温高压气井完井封隔器失效控制措施

库车山前高温高压气井主要采用Y443-111封隔器,但封隔器在替液过程中易憋压,严重时甚至出现封隔器提前坐封问题,导致油套环空的试油钻井液无法被环空保护液完全替出,后期可能对油管、套管柱产生腐蚀.针对上述问题,分析了Y443-111封隔器替液过程中失效与损坏的原因,发现造成该封隔器失效的主要原因是封隔器与套管的间隙太小...     

双封隔器间环空压力计算模型研究

双封隔器分层密封结构的密闭环空较高的环空压力,可能造成油管抗外挤强度及生产套管抗内压强度不足,严重时可能造成油套管柱失效或封隔器的密封失效,影响气井的正常生产作业.为此,基于流体介质的热膨胀效应,并考虑油管的弹性变形和热膨胀对环空体积的影响,建立了双封隔器间环空压力计算模型.利用建立的计算模型进行了算例分析并研究了流体...     

双向卡瓦可回收高温高压封隔器的研制与应用

塔中顺南区块处于高温、高压的复杂地层,在钻完井过程中,对于完井工具在复杂条件下的长期稳定性提出了更高的要求。鉴于此,针对塔中顺南区块的地层特点,研发了一种适用于高温、高压环境下的双向卡瓦可回收封隔器。该封隔器胶筒的爬坡结构设计可减小工作时来自高压流体的载荷,而金属护肩加背部支撑的胶筒保护结构,极大地提高了封隔器耐高温高压性能。室内测试及现场试验结果表明,封隔器下入井深6 096 m,坐封可靠,加压至40 MPa时验封合格,投球加压至24 MPa时,解封顺利,能够满足高温、高压及重浆等复杂环境下完井作业的需求。研制的XB-DS封隔器可在西北地区推广应用,可有效提升油田企业完井作业能力。     

高温高压深井试油与完井封隔器卡瓦力学行为模拟

高温高压深井作业中,试油与完井封隔器定位元件—卡瓦的力学性能直接影响到封隔器的定位性能。本文以RTTS完井封隔器为例,建立卡瓦、锥体和套管的力学模型,利用Ansys软件分析封隔器坐封时的综合受力情况、应力分布等,进而对影响封隔器定位性能的参数进行分析,为高温高压深井试油与完井封隔器选择、施工参数选择及封隔器改进设计提供参考。     

高温高压井套管多环空压力体积耦合分析

生产过程中,高温高压井套管环空温度上升,加热密闭环空液体,导致套管外载增大,威胁套管的安全。鉴于此,考虑多个套管环空压力体积耦合效应,基于Lame厚壁筒公式,建立了内外压作用下套管径向位移方程,分析了不同温差下套管径向热膨胀、套管径向压缩、环空流体热膨胀和环空流体压缩引起的环空体积变化量;依据PVT状态方程,建立了多环空的压力体积耦合计算模型,分析了典型高温高压井B、C密闭环空的压力。计算结果表明,随着温度的升高,B环空受热膨胀,引起C环空体积减小、压力升高;环空温度每升高10℃,B环空的压力上升5.3 MPa,C环空的压力上升5.7 MPa,与试验测量数据4.9 MPa较接近;随着温度升高,C环空压力增幅明显大于B环空。研究结果可以为套管环空压力管理提供依据,确保生产过程中井筒完整性。     

封隔器在射孔管柱中的安全距离评估

在射孔作业时,为了避免射孔管柱中封隔器解封或损坏,保障作业安全,需要确定封隔器与射孔枪串的安全距离。分析了井液中压力波的形成、衰减和反射过程,根据封隔器的承压技术指标,通过压力波的衰减和反射规律,理论计算了封隔器在不同套管条件下的安全设置距离。针对7in*枪、9 5/8in套管和1 300m液柱的高度,安全距离设计为31.3m并进行了安全评估。该研究为指导封隔器的安全距离设计提供理论依据。     

高温高压深井完井射孔段套管断裂力学分析

高温高压深井射孔段套管在完井投产作业过程中的失稳破坏是目前迫切需要解决的难题。将射孔段套管看作带有"圆孔"形贯穿裂纹(射孔孔眼)的无限大圆柱筒壳体,根据断裂力学理论,按混合法将圆柱筒壳体的平衡方程、几何方程和物理方程加以综合,推导出了射孔段套管在内、外压联合作用下的基本方程。引入复变函数,借助贝塞尔函数乘积形式的马丢函数,采用数值法直接求解射孔段套管的基本微分方程,得到了带环向裂纹射孔段套管射孔孔眼附近的应力场和位移场,从而导出了射孔段套管拉伸应力场和弯曲应力场的应力强度因子,据此提出了射孔段套管安全评价分析的断裂判据。为高温高压深井完井射孔段套管的损伤机理和疲劳寿命分析提供理论依据和技术支持。     

用于高温高压井的可取式封隔器设计问题

永久式封隔器在高温高压井的修井和洗井作业中 ,会带来诸多问题 ,不仅增加作业成本 ,而且也给磨铣带来困难。为此 ,研究开发了用于深井、超深井及高温高压井的可取式封隔器。该封隔器采用筒形卡瓦 ,以保证卡瓦与套管有足够大的接触面积 ,让卡瓦作用力在 360°范围内均匀分布 ;采用带有多个金属环的丙烯 四氟乙烯聚合物密封筒 ,保证有效密封 ;采用化学切割释放系统来释放封隔器 ;采用美国的 718合金材料制造封隔器心轴。实际应用表明 ,这种可取式封隔器能够在井底压力 10 5MPa、井底温度 2 0 4℃时正常工作。     

高温高压尾管顶部封隔器研制

常规尾管顶部封隔器无法满足深井、超深井及海洋油气井的高温高压环境对尾管固井作业的需要。依据O形密封圈高温高压密封机理分析,完成了"金属+橡胶"式封隔器密封结构的研制。研究了硫化橡胶厚度、防退锁紧装置、膨胀锥角、坐封力及硫化工艺等关键技术与高温高压密封性能的关系,并优化了主要性能参数。通过对3种氟橡胶材料在高温下的力学性能研究,优选氟橡胶A作为封隔器橡胶密封材料。开发了井下工具的高温高压试验装置,并进行了地面性能评价试验。研究结果表明,高温高压尾管顶部封隔器在204℃下正反双向密封70 MPa,达到现场高温高压井的使用要求。     

UPP-9型笼式卡瓦高温高压完井封隔器研制

提出的卡瓦结构设计方法涵盖材料评估与选择、卡瓦组件结构优化、卡瓦结构参数优化、卡瓦测试验证等流程。应用该方法设计了可以控制启动载荷的上、下笼式卡瓦组件结构。结合ANSYS有限元分析、样机测试等方法,对所设计的笼式卡瓦组件进行优化设计与试验验证。对带有防挤出护肩的2种胶筒密封组件的试验研究表明,带隔环的三胶筒结构更为优异。在此基础上,研制了高温高压液压坐封永久式封隔器,额定工作压力68.94 MPa(10 000 psi),额定工作温度204.4℃(400℉)。测试结果表明,所研制的封隔器符合API SPEC 11D1标准V0级测试要求。     

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。     

完井作业油管柱失效的力学机理——以塔里木盆地某高温高压井为例

塔里木盆地某高温高压井井深约7 000 m、地层温度180℃、地层压力120 MPa,该井在完井作业中发生两处油管工厂端丝扣根部断裂的工程问题。如何从管柱变形与应力变化进行解释并提出应对措施,进而保证管柱完整性和保障安全生产是一个值得讨论的问题。为此,采用有限单元法进行管柱的三维力学数值分析,建立起三维有限元管柱力学模型,模拟完井作业中下封隔器坐封、压裂、测试3个工况下的管柱结构变形,分析管柱系统的位移和应力的变化规律,进而基于疲劳强度计算的理论公式得出了疲劳安全系数的计算公式。研究结果表明:(1)依据该井完井管柱各处的轴向应力有限元数值计算结果,得到了各弯曲应力部位的疲劳安全系数值;(2)测试作业各油管段的疲劳安全系数都大于3,属于安全状态;(3)断裂的2段油管疲劳安全系数值分别为1.99和1.11,处于预警区,而其他管段的疲劳安全系数均大于1.99,属于安全区。结论认为,该方法为具有类似结构的超深高温高压井的管柱力学设计提供了有效的分析手段。     

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。     

CO2注采井油管柱服役安全状态评价方法

针对CO₂注采井油管柱因腐蚀失效而频繁更换的问题,研究了适用于CO₂注采井井筒环境的CO₂腐蚀速率预测模型及管柱力学分析方法,分析讨论了CO₂注采井工况、产出液含水率等因素随时间的变化对CO₂注采井油管柱腐蚀速率及承受载荷的影响,结合管柱腐蚀剩余强度计算方法,建立了CO₂注采井油管柱服役安全状态评价方法,并进行了实例计算和比较。结果表明,针对CO₂注采井油管柱腐蚀预测,DW-95模型有较好的适用性,生产阶段为CO₂注采井腐蚀发生主要阶段及安全状态评价的主要对象;管柱安全服役时间与其腐蚀速率及承受载荷呈负相关,且管柱抗压安全服役时间为管柱最小安全服役时间,是安全状态评价的主要依据,以此为标准可确定管柱更换周期,优化CO₂注采井吞吐周期,指导现场安全生产。     

侧钻水平井完井管柱及配套工具研究

分析了侧钻水平井管柱下入过程中摩阻力分析及强度校核的基本方法，对侧钻水平井完井配套工具进行了设计计算和强度校核，用力学理论对侧钻水平井完井管柱和配套工具进行了设计计算。     

高温高压深井天然气测试管柱力学分析

高温高压深井由于地层具有很大的不确定性,测试过程中油气产量、压力、温度等参数变化范围大,使得深井测试中易出现井下工具和管柱变形、断裂等问题。以测试井井筒压力、温度预测计算为基础,结合高温高压深井的特点,分析了压力、温度变化和流体流动引起的活塞效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应和温度效应对井下测试管柱受力和变形的影响,并建立了测试过程中井筒内温度、压力随井深变化的预测模型,编制了高温高压深井的测试管柱力学分析软件。该成果为高温高压深井测试管柱强度设计与校核、施工参数计算等提供了依据。     

高温高压气井多封隔器管柱完整性分析方法及应用实例

为了分析计算多封隔器管柱的力学行为并评价封隔器的完整性,以压裂施工载荷工况下的双封隔器管柱系统的完整性为研究对象,提出了管柱力学全长分析与封隔器芯轴三维有限元分析结合的综合分析方法,并给出了相关的分析计算流程。以塔里木盆地迪西1井的弹塑性力学分析为例,首先对整体管柱全长进行了三维有限元分析,求取在管柱各处的应力分布;然后采用三维实体单元分析封隔器芯轴的局部结构中的应力分布与塑性应变分布,判别双封隔器管柱作业的安全性。研究结果表明:①在重力、液体压力和温度应力的作用下,管柱各处的轴向应力状态为拉应力,处于弹性应力范围;②在管柱轴向应力和液体压力共同作用下的芯轴发生了明显的塑性变形;③为了缓解压裂施工导致的温度下降引起的轴向拉应力过大的现象,应在两个封隔器之间加装伸缩节。结论认为,该方法用于分析多封隔器管柱得到的变形及应力分布数值结果与实际情况能很好的匹配,证明了该方法的有效性和实用性。     

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。     

海上高温高压井测试流程安全控制技术

海上高温高压井测试技术在地面流程方面主要有水合物生成堵塞管线导致流程超压、高温密封失效、地面流程冲蚀泄漏及燃烧产生高热辐射等难题。为了安全高效地完成测试作业,基于海上平台空间受限的特点,结合高温高压井测试风险, 设计了一套海上高温高压井测试地面流程,建立了一套海上高温高压井测试流程安全控制技术。通过多节点监测实现测试作业动态数据的实时监控和记录,预防了事故的发生并能及时处理复杂情况;通过设备及管线的安全配置,提高作业施工的安全性;设置地面流程应急关断屏障及测试应急放空流程,在发生泄漏时能及时截断地层高压流体来源,有效解决管线堵塞导致的流程憋压、超压问题;设置立体布控的喷淋冷却系统,防止高产天然气燃烧产生的强热辐射对平台设备和人员造成伤害。该技术现场应用效果良好,具有进一步推广应用价值。     

莺歌海盆地高温高压水平气井井控影响因素

水平井是提高莺歌海盆地区域气井产能的重要手段,该区域的高温高压特点严重制约着钻井井控安全。结合水平井渗流理论和多相流理论,建立了高温高压水平井井控压井模型,以莺歌海盆地的一口井为例,模拟分析了高温高压水平井井控的特点。模拟分析结果表明:水平段长度越长,渗透率越大,溢流量越大;水平井具有更大的井涌允量和更长的关井时间; 钻井液密度在该区域高温高压环境下会减小;相同溢流条件下,高温井的井底压力降低更明显;如果使用油基钻井液,溢出气体会溶解到钻井液中,随着向上运移,气体不断析出并且膨胀,导致泥浆池增量在压井后期突然增大。高温高压水平井的井控分析为莺歌海盆地的高效安全开发提供了技术支持。