自由移动封隔器管柱变形量计算分析--封隔器管柱受力分析系统讨论(之四)

自由移动封隔器管柱是油气井封隔器完井的一种重要类型 ,在油气井封隔器管柱完井工艺中 ,井内压力、温度、流体发生变化后 ,自由移动封隔器管柱变形量计算是该封隔器管柱受力分析中十分重要的工作 ,是保证安全成功地进行完井作业的关键。文中对该封隔器管柱变形的有关问题进行了分析 ,对管柱变形量计算公式进行了推导和讨论 ,并给出了算例。     

允许自由移动的封隔器管柱受力变形计算分析

允许自由移动的封隔器管柱是油气井封隔器完井的一种重要类型,油气井内压力和温度变化会导致封隔器管柱受力,从而发生变形。因此,计算自由移动封隔器管柱的变形量是整个管柱受力分析的重要组成部分,也是保证井下作业成败的关键因素。文中对自由移动封隔器管柱进行了受力分析,对管柱的变形量公式进行了推导,并给出了实例进行论证。     

井内有流体时管柱弯曲临界力分析—封隔器管柱受力分析系统讨论之一

管柱弯曲临界力是判断井内管柱是否弯曲的重要依据,也是解决封隔器管柱受力分析中十分重要但又令人费解的“虚力”问题的关键。文中对封隔器管柱在井内有流体时管柱弯曲临界压力进行了推导和分析。     

高温高压井双封隔器管柱安全评估

高温高压油气井投产后受到地层高温流体影响,完井管柱双封隔器密闭空间内的流体介质受热膨胀,导致圈闭憋压,可能造成油管挤溃和油层套管破坏的危险,严重威胁管柱服役周期和井筒完整性。针对密闭空间压力上升带来的安全生产问题,运用弹性力学和传热学理论,分析了温度载荷作用下井筒与地层耦合作用机理,研究了自由段油管和封固段油层套管处管柱位移形变量随温度和压力变化的关系,建立了双封隔器密闭环空压力预测模型,同时对不同生产工况下的封隔器管柱安全性能进行了校核分析。研究结果表明:在开井生产阶段,环空压力随双封隔器的间距增加而增加,不会影响管柱安全;在完井液循环阶段,考虑极端工况情况下,环空压力随双封隔器的间距增加而减小,但均超出油层套管抗内压强度,不能立即坐封,因此等待一段时间后坐封封隔器才能保证管柱的安全性能。     

双封隔器复合管柱受力分析方法及应用

在封隔器管柱中,人们最关心的是封隔器的封隔效果。因此,了解封隔器管柱在各种工作条件下的受力状况是非常重要的。本文以Lubinski的管柱受力分析基本理论为基础,针对双封隔器复合管柱,推导出用于双封隔器复合管柱受力分析的基本数学模型,并结合油田实际,介绍了封隔器受力及其承受压差的计算方法。将该技术应用于封隔器管柱的设计,可以了解封隔器在井下的受力状况,消除不可靠因素,保证封隔器管柱安全工作。最后,本文以一口注水井为例介绍了该方法在油田生产中的应用。     

初始管柱压缩量计算分析—封隔器管柱受力分析系统讨论之三

初始油管压缩量计算,是某些封隔器管柱受力分析计算的重要参数,它不仅能够对封隔器坐封时现场施工提供指导,而且还是后续施工或完井过程中计算管柱的受力和变形的基础,文中对初始管柱压缩量计算公式进行了推导和分析,并给出了算例,现场应用表明,经典方法的误差比文中介绍了的方法的误差大得多。     

“虚力”产生的原因及特点分析—封隔器管柱受力分析系统讨论之二

在封隔器管柱受力分析中,“虚力”是管柱受力分析计算中的一个重要参数,但长期以来对“虚力”的认识并未取得突破性进展,从而使“虚力”问题变得十分令人费解,文中将证明“虚力”是管柱在弯曲状态下的流体作用力,并对其特点进行分析,以便为封隔器管柱受力分析计算奠定严密的科学基础。     

封隔器管柱屈曲变形及约束载荷分析

目前的封隔器管柱屈曲分析没有考虑靠近封隔器段非螺旋屈曲段管柱,没有给出非螺旋屈曲段管柱的变形表达式和封隔器对管柱的约束载荷。鉴于此,取管柱微元体进行受力分析,根据平衡条件和小挠度梁屈曲理论,得到了紧靠封隔器段平面屈曲管柱及螺旋屈曲管柱的屈曲变形微分方程;根据屈曲变形微分方程,利用边界条件得到了紧靠封隔器的平面屈曲管柱的挠度,推导出了封隔器对管柱的约束力和约束弯矩,可供管柱强度校核及封隔器胶筒设计参考。     

进行管柱受力分析时值得重视的若干问题

对于压力和温度不太高或不合硫化氢的油气井封隔器管柱受力分析都比较简单,但对于井深、压力高、温度高、含硫化氢的气井,管柱受力分析就比较复杂了。高温高压含硫深气井在进行封隔器管柱受力分析时需要考虑相当多的技术问题,特别是技术细节问题,只有做到这样才能抓住管柱受力分析的关键和根本,使管柱受力分析建立在可靠的工艺基础上,也才能使完井试油和完井生产封隔器管柱在使用过程中更安全更可靠,防止封隔器管柱受力分析中出现简单化、主观化、片面化等问题。为此,笔者结合高压高温含硫深气井封隔器管柱受力分析研究、设计、实践经验谈谈自己的一些体会。     

跨隔完井管柱封隔器中心管断裂原因分析

对某井封隔器中心管断裂事故进行了调查研究,对该井断裂的封隔器中心管和另外一口井用过的同型号封隔器中心管进行了对比试验,对封隔器受力状态进行了分析。试验结果和受力分析表明,进行双封隔器跨隔作业时,井口环空所加平衡压力不能作用到跨隔管柱的环空。在储层改造过程中,井口高压使封隔器处的内外压差超过其最大坐封压力,首先使封隔器中心管与外筒锁紧机构失效后发生相对运动,随后使中心管C形卡瓦锁紧部位和下端外螺纹接头大端螺纹消失部位发生塑性变形,导致中心管从外螺纹接头大端螺纹消失处的应力集中部位断裂。对封隔器产品质量存在的问题和完井工艺方面存在的问题提出了改进建议。     

异常高压特高产气井井下管柱力学分析

对异常高压、特高产气井完井及生产过程中的管柱受力进行分析,是确保气井长期安全生产的重要课题之一。现有的管柱力学计算方法基本是建立在Lubinski模型的基础上,只能分析、计算封隔器坐封好后由于温度、压力的改变而产生的温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋弯曲效应,而对于封隔器坐封前后管柱受力的变化、浮力的转移、生产过程中气体的粘滞力则没有现成的计算模型。文章通过将管柱受力分解为管柱入井、假定工况不变且无位移情况下的封隔器坐封以及工况改变且有位移时的封隔器坐封三步,在逐步推理的过程中分析了克拉2气田3口异常高压、特高产气井在完井过程中的管柱受力问题,对封隔器坐封前后浮力的转移、坐封过程管柱受力的变化进行了分析计算。并且采用新方法对生产过程中气体的粘滞力进行计算,最终给出了针对异常高压、特高产气井完井及生产的安全建议。     

单封隔器抽油管柱受力变形分析

分析了直井中单封隔器抽油管柱在坐封前后的受力、变形状态。提出了一种准确计算封隔器坐封前后管柱变形、封隔器坐封高度及管柱附件位置的方法,对设计工艺管柱结构、现场校核管柱附件深度具有重要意义。     

影响高压注气管柱变形的主要因素及计算方法

封隔器解封和管柱永久变形是混相驱油田高压注气过程中遇到的重要问题之一。高压注气作业过程中温度和压力的剧烈变化引起管柱伸缩或受力变化,其主要影响因素有:温度变化引起的温膨效应;压力变化引起的膨径、活塞和螺旋弯曲效应。在前人研究的基础上给出了复合管柱的各种计算模型。初始力是预防管柱损坏的可操作性重要因素,它和管柱各种受力及应力之间有密切关系,对此做了定量分析。研究结果对矿场作业具有一定指导意义。     

永久式封隔器磨鞋刀具结构优化及现场试验

普光气田根据井身结构、产出流体性质和生产需要,采用永久式封隔器完井管柱。完井封隔器采用In-conel718材料,该材料较难磨铣。2017年,自主研发的高效磨鞋在普光D405-3井开展永久式封隔器磨铣试验,累计磨铣24 h,累计进尺0.73 m。为了提高永久式封隔器的磨铣效率,通过有限元模拟与室内评价结合的方法对磨鞋结构进行优化;应用ABAQUS软件建立刀具二维模型,模拟计算了5种不同角度刀具在切削时的受力状况,得出了切削前角与切削受力的变化规律。根据模拟结果,试制了3种不同角度刀具的磨鞋进行室内磨铣性能评价,刀具前角为5°的磨铣工具磨铣速率较高、磨铣碎屑易返排。优化改进后的磨鞋在普光某井进行封隔器磨铣现场试验,试验结果表明,磨铣5.5 h,累计进尺0.857 m,磨铣效率从0.043 m/h提高至0.385 m/h,为套铣打捞永久式封隔器奠定了基础     

水平井双封隔器管柱力学分析

水力压缩式封隔器在坐封时会使管柱产生轴向应力,严重时会影响管柱的强度。以水平井双封隔器管柱为研究对象,考虑2个封隔器分别坐封时井口压力的大小,基于拉梅公式、广义胡克定律和杆件变形理论,推导了在井口压力的作用下管柱的轴向力、轴向应力及变形量计算公式。计算结果表明,当封隔器Ⅰ、Ⅱ先后以10 MPa和15 MPa井口压力坐封时,封隔器Ⅰ、Ⅱ之间的管柱轴向应力由49.94 MPa降低为15.08 MPa,而弯曲段到封隔器Ⅱ之间的管柱轴向应力由58.05 MPa 增加到107.96 MPa。由此可知,后坐封的封隔器会使其到弯曲段的管柱轴向应力增加,而使其到先坐封封隔器的管柱轴向应力降低,所以管柱的危险截面出现在后坐封的封隔器到弯曲段之间。     

磁性粘弹体封隔器的开发与应用

磁性粘弹体封隔器的主要密封件是被永磁体吸附在油套环形空间的磁性粘弹物质，能可靠地封隔套管腐蚀变形井的油套环形空间。室内试验结果表明，这种封隔器坐封合格率和解封合格率均为100％，性能完全达到了设计要求。在矿场试验中，采用这种封隔器取得了油井增油降水，减少出砂和延长免修期的良好效果。