一种准确确定封隔器坐封位置的方法

在管柱从地面下入井筒过程中。由于地层高温、静水应力、油管自重以及浮力等因素的共同作用，将使管柱在轴向上发生伸缩。准确掌握该轴向变形量对工艺设计和施工有重要意义。对管柱轴向变形的影响因素进行了详细分析，得出了任意深度下的轴向变形计算公式。实例计算表明：在封隔器坐封前，影响管柱轴向变形的因素按主次排列为油管自重、温度效应、浮力和横向效应。而轴向总变形量与深度的平方成正比，从而可以计算出任意管柱长度下的轴向变形量。并由此准确计算出封隔器的坐封位置。     

注气井中油管轴向位移计算比较分析

为了确定油管在正常作业、注入措施作业中封隔器的坐封位置、轴向位移补偿量以及判断封隔器是否解封,根据弹性力学理论得出了不同条件下油管柱的轴向位移量,综合考虑了在不同工况下由活塞效应、螺旋弯曲、径向压力、温度变化、松弛力以及摩阻等因素引起的油管轴向位移;同时考虑了在注气油管内气体的横向压力效应,运用VB语言编制程序,将各自计算结果进行了比较分析。结果表明,在注气油管内考虑横向压力效应时与常规油管长度计算油管轴向位移有明显差异;油管内液体流动引起的油管轴向伸长与注入速度的平方成正比,在注入速度过大时对轴向位移有明显影响。     

注水油管柱轴向位移分析

为了正确确定注水作业中封隔器的坐封位置和轴向位移补偿量，须精确计算在不同工况下注水油管柱的轴向位移量。综合考虑了注水油管内液体的横向压力效应与流动摩阻效应，应用弹性力学方法对注水油管进行应力和位移分析，计算了注水油管在不同因素影响下的轴向伸长量。结果表明，注水油管内的横向压力效应对油管轴向位移有明显影响，油管内液体流动引起的油管轴向伸长与注入速度的平方成正比。     

气井油管柱应力与轴向变形分析

气井投产前后温度和压力变化会引起油管应力及轴向变形的改变。若改变量超过某一限度则将导致封隔器解封或管柱损坏等。目前对气井油管柱研究较少,且很多研究在计算时将状态改变前后的温度压力均考虑为定值，或者将温度分布简单考虑为关于井深的线性函数，这样将导致计算结果产生较大的误差。利用考虑传热、相变、生产时间等因素的气井井筒温度、压力分布模型以及弹性力学理论分析并计算温度、气体压力、油管自重、封隔液、产气量等对油管柱应力和轴向变形的影响。将其应用于现场实际气井表明：管柱轴向变形随产量增加而增加，但增加的幅度逐渐减小；与现场实测数据对比表明，计算结果较为准确。     

斜井油管柱封隔器坐封最优化

从理论上分析管柱在斜井中的受力，考虑到虎克定律效应、螺旋弯曲效应、温度效应等因素，计算油管上提高度、上提前地面已下放丈量油管长度、最佳坐封载荷和坐封高度，并编制相应的计算机程序，为现场估算钻具在井中伸长变形及确定封隔器坐封高度提供了一种简便计算方法。其计算结果与现场数据吻合。     

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。     

深水油管轴向热变形及热应力分析

深水油气田开发过程中,油管处于内部高温流体与外部环空低温流体的大温差环境中,其引起的热变形和热应力会对油管柱的设计和使用造成影响。为此提出油管热变形模型,通过热变形试验,对轴向热变形量与线性热膨胀公式计算出的理论值进行对比分析,得出在一定温差范围内,线性热膨胀公式可以用于轴向热变形量的计算,但随着温差进一步扩大,轴向热变形规律变得模糊,其应用受到限制。同时,提出热应力的计算方法,对温差80℃下的N-80油管热应力分布进行分析,轴向应力远大于径向应力,即油管热变形以轴向热变形为主,内壁处热应力达到214.5 MPa,考虑到安全系数,热应力成为影响油管强度的重要因素。     

高温高压超深气井油管柱屈曲行为研究

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并以塔里木油田某超深井为例,针对管柱屈曲行为开展了油管柱屈曲形态与其横向位移、油管—套管接触压力分析。结果表明:(1)所建立的高温高压深井超深井油管柱屈曲分析有限元模型可以对油管柱屈曲形态进行全井段分析,复杂力学工况下的油管柱中和点到封隔器处的油管柱处于非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲;(2)油管柱底部轴向压力为205 k N时,油管柱接触段的顶部和底部分别发生正弦屈曲、螺旋屈曲自锁现象,该自锁现象可能导致油管柱处于永久性的屈曲状态。结论认为,所建立的模型可用于分析油管—套管屈曲过程中的屈曲形态、接触压力及其摩擦力,为油管柱屈曲形态、摩擦损伤失效分析及预防措施制定等提供了方法和依据。还提出了延长管柱使用寿命的措施建议:油管柱坐封前在井口施加适当的提拉力、增加底部油管柱结构尺寸、提高井口油压或适当降低产量等。     

牙哈7X-1井套管压力升高原因分析

针对牙哈7X-1井套管压力升高原因进行了系统调查研究。对井内起出的特殊螺纹接头油管逐根进行了检查,发现大多数油管接头扭矩台肩部位严重变形。认为油管接头严重变形的原因是上扣扭矩过大所致,油管接头变形之后已经失去密封。对封隔器断裂形貌和冲刷腐蚀形貌进行了分析,认为在射孔之后油管柱下部所连接的封隔器就已经断裂并失去密封。在投产初期套管压力就与油管压力接近,在投产后期套管压力高于油管压力,其主要原因是投产之前封隔器已经失效,油管柱多处接头已经变形并失去密封。     

S22井利用地层压力辅助解封封隔器技术

AHR封隔器坐封在油气井的大斜度段或水平段时,采取常规的过提方法解封封隔器困难,处理不当可能造成大修事故.在分析AHR封隔器结构和工作原理基础上,进行水平井管柱轴向受力分析,模拟计算施加在井口的过提力能够传递到封隔器上的轴向拉力;在油管的额定抗拉负荷内,如果轴向拉力达不到封隔器的预定解封力,用连续油管正循环注入氮气,掏空油管内的部分液体,释放地层压力对封隔器的上顶力,同时上提油管柱,可以剪断销钉实现封隔器解封.国外Y油田S22井的井口上提力达到油管的额定抗拉强度921 kN时,下传到封隔器的轴向拉力仅为236 kN;掏空1 650 m的油套管液柱,释放地层压力的上顶力为205 kN,作用在封隔器销钉的合力可达到预定剪断值441 kN,成功实现了封隔器解封.现场应用表明,掏空油管内部分液体释放地层压力的上顶力,可以补偿上提管柱解封封隔器时管柱抗拉强度的不足,为大斜度井、水平井中解封封隔器提供了新的方法.      

应用于修井作业的新型“可回收式”封隔器

<正>在油气井修井作业时,使用美国Baker Hughes公司研制的"可回收式"生产封隔器可以缩短非生产时间,降低作业成本和风险。该封隔器坐封于井眼套管与油管之间,具有以下特点:(1)适合于单层与多层地层工况,耐高压和高温,在高温(204℃)和高压(121 MPa)条件下可以永久坐封。(2)封隔器回收机构采用"切割回收"设计方法,可以做到1趟油管柱上提回收。当需要回收封隔器时,封隔器内部的1只割刀从下部切割封隔器芯轴。当上提油管时,封隔器芯轴随着油管上行,外     

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。     

两层压裂井下管柱力学分析及其应用

不动管柱两层压裂技术是环保施工、提高劳动效率的新型工艺。为保证该工艺的科学有效实施,对井下管柱及各种压裂工具进行了屈曲分析、变形分析、轴向受力分析、应力与强度分析,确定管串的危险截面为井口和封隔器上截面,并编制了应用软件。通过输入油井的井眼轨迹、井身结构、油管柱组成、摩擦系数、油管内流体性能、温度、注入方式、井口油管内压力、锚定状态等各项参数,给出了井口与井下封隔器处的内外压、轴力、应力强度、安全系数及轴向变形情况。在实际井上进行了应用,有效地指导了压裂管柱设计及工具的选型,从而保证了压裂施工的顺利进行。     

深水油气生产中温度对油管柱变形的影响研究

在计算油管柱变形时如果忽略了管柱所处的温度场,则计算出的管柱变形量与实际变形量有很大差距。为此,根据传热学基本理论和井筒的特点,建立了深水油气井油管柱温度计算模型,并对管柱的热效应进行仿真分析,计算了不同传热材质、不同壁厚及不同内外壁环境温差条件下油管柱的内外壁温度值。结果表明,运用有限元软件对油管柱的内外壁温度进行模拟是可行的,模拟结果与热力学、传热学理论相吻合;根据数据拟合出的油管内外壁温度值变化规律公式具有正确性。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

控制油管伸缩提高泵效的理论分析及措施

在有杆泵抽油过程中，因油管弹性伸缩，抽油泵冲程损失达10％以上。在对油管柱进行受力分析后，计算了其伸缩量，并提出用封隔器、机械式油管张力锚和液压式油管锚锚定油管柱，控制油管柱伸缩。这样不仅可以减少冲程损失，提高泵效3％－15％，而且还能改善抽油泵的受力状况，延长泵免修期以及抽油杆和油管的使用寿命。比较3种控制油管伸缩工具，以液压式油管钱控制油管柱伸缩效果最好，操作方便，价格低廉，应大力推广应用。     

高产气井油管柱的振动特性

在高产气井天然气开采过程中,由于流体的冲击作用以及产量的波动导致油管柱剧烈振动,剧烈振动易造成管柱的破坏.基于高产气井开采过程中井筒流动及管柱结构特点,综合考虑了油管柱的自重、封隔器约束影响、油管钢材特性、预加应力、流体作用力等对油管柱的振动特性的影响,建立油管柱振动方程,及对应的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵;并采用Lanczos算法计算油管的固有特性参数.     

机械式封隔器上压重与井口下放悬重关系研究

针对机械式封隔器坐封过程中,井口下放悬重与封隔器所受压重之间的力学关系开展系统研究。根据井口下放悬重以及钻具和井身结构尺寸,建立了油管柱螺旋屈曲的数学模型,由模型推导出油管柱与井壁之间的法向接触力以及摩阻力的数学模型,在此基础上根据管柱在井中的受力环境,建立了井口下放悬重载荷与井下封隔器所受压重作用力的计算力学和数学模型。采用VB2010平台开发了相应的计算软件,该软件已在四川某井上得到了应用。应用结果表明,封隔器上压重预测计算结果与现场实测数据非常接近,验证了建立的数学模型的可靠性和适用性。该项研究结果为机械式封隔器坐封力学安全性评价提供了理论依据。     

坐放完井工具遥控系统在超深井中的应用

建井工程中一种常用的完井方法是坐放一个可取式或永久式生产封隔器 ,来封隔和控制来自生产层的压力和液体。为了提高效率 ,优选的封隔器坐封方法是采用一趟起下管柱水力系统。封隔器用生产油管一趟管柱下井。将一电缆或连续油管盲塞下到封隔器下方的坐放短节中 ,以封堵油管 ,随后封隔器利用水力压力得以坐封。一趟起下管柱水力系统要求修井作业 ,这可能要消耗掉 12～ 4 8h的钻机占用时间 ,而且还会引发出电缆或连续油管及相关工具落井的风险。一个能满足上述要求更为合适的坐放系统 ,不仅具备了现有一趟管柱水力系统的所有特点 ,而且无需堵住油管柱和进行相关的井下作业 ,具有这些能力的是两种最新的、一趟起下管柱、遥控的静液压完井系统。其中一个系统依靠压力脉冲通信实现启动 ;另一系统依靠井的绝对压力启动。这两种系统目前正应用于墨西哥湾、大西洋海域、北海和南阿根廷 ,在巴西和菲律宾还有其他的井已列入完井计划。     

分层采油管柱封隔器坐封压力的藕合

为解决现场分层采油封隔器坐封凭经验造成坐封压力或大或小的弊端,建立了封隔器在井筒中径向、轴向、周向的应力模型,并用弹性力学中厚壁理论的拉美解答进行计算。在忽略温度对封隔器胶筒弹性模量和超弹性系数影响的情况下,轴向应力偏量为零时,封隔器处于稳定状态,从而确定封隔器的最佳坐封压力,得到了成功的现场验证。为分层采油工艺的推广应用提供了可借鉴的理论指导和现场实践。