井下油套管管柱修复技术研究

油气井油套管管柱失效造成的油气井报废或停产情况日益加重。根据油气井管柱损坏程度、类型以及特点,调研分析了国内外对已损管柱的修复方法。从基本原理、特点及应用范围系统地总结分析了现有修复技术发展现状;同时在充分比较现有修复技术基础上,探讨这些修复技术的适用性,为现场针对性选择修复技术提供依据。调研分析表明,现有修复技术仅应用于油气井套管柱损坏,未使用于油管柱的损伤修复;取换套/整形修复技术适用于工况简单的套损修复;补贴/堵漏剂修复技术效率高、施工周期短、成本低及操作难度小,可以实现长期稳定的运行;同时提出堵漏剂修复技术对油管柱损伤修复的可行性。     

纯钛TIG焊接接头的高温氧化行为

对纯钛氩弧焊焊接接头在550 ℃下氧化不同时间（2,4,6,8 h）以及在不同温度（650,750,850,950 ℃）下氧化4 h的氧化动力学、氧化形态和氧化产物进行了研究。结果表明,在550 ℃下,氧化时间对焊接接头氧化行为的影响有限,而氧化温度对纯钛焊接接头的氧化行为有显著影响,且温度越高,氧化越严重。在低温下,纯钛焊接接头的氧化动力学接近准线性定律,随着温度升高,氧化速率呈指数增长。此外,焊接接头表面产生的氧化产物是具有锐钛矿和金红石结构的TiO₂,温度对TiO₂的类型没有明显影响。纯钛焊接接头的氧化过程可描述为：氧气在表面被吸收;氧化物优先在缺陷区形核;氧化物横向生长、增厚。在较高温度下,氧化膜中出现裂纹或空隙,成为O原子传输通道,导致O和Ti原子的高扩散速率和氧化速率。     

基于特征值和弧长法计算套管抗挤强度

文章基于ABAQUS软件特征值和弧长法研究套管可承受的外挤临界值。ABAQUS特征值用于确定套管弹性挤毁的外挤临界值;而弧长法克服了Newton-Raphson方法极值点发散、无法跟踪极值点以后的位移—载荷路径的缺点,全程跟踪后屈曲载荷位移路径,并给出准确的外挤临界解值。通过弧长法分析还发现弯曲度对套管抗挤毁能力产生的影响较为显著,随着弯曲度增大,套管抗挤毁能力逐渐降低;随着缺欠模态的增加套管的抗挤毁性能也逐渐降低。文章以TP140V钢级不同规格的套管做模型,在单轴载荷条件下得到套管极限挤毁值,结果表明：有限元计算套管挤毁值与实物试验检测值基本一致,误差在3%左右,且模拟的挤毁形貌与实物挤毁形貌相同。随着国内非标管材用量不断增加,对于受压溃设备能力限制而无法获得极限挤毁值的套管,该方法具有借鉴和参考意义,并且相较于API5C3算法,弧长法具有计算准确及适用产品范围广特点。     

煤层气水力压裂缝内变密度支撑剂运移规律

针对煤层气水力压裂有效支撑缝长过短且缝内铺砂浓度分布不均匀的问题,研究变密度支撑剂颗粒在裂缝内的运移规律。采用Pseudo Fluid模型考虑了裂缝内支撑剂颗粒之间的相互影响,借助Visual Studio 2012设计平台编制相应计算软件,并通过与现场监测值进行对比,校核了软件计算的准确性。讨论了压裂液黏度、裂缝壁面、排量和支撑剂密度等参数对缝内铺砂浓度和有效支撑缝长影响规律,分析了超低密度支撑剂在不同围压和温度工况下的破碎率。结果表明:坚果壳支撑剂在围压为69 MPa、环境温度为90℃工况下破碎率2%,满足现场需求;随着压裂液黏度、施工排量增加,裂缝支撑长度增加,缝内铺砂更加均匀;支撑剂颗粒直径增加使得裂缝支撑长度降低;采用变密度支撑剂较单一陶粒砂有效支撑半缝长增加了19.5 m,且铺砂效果更均匀。     

页岩气井射孔过程模拟及射孔套管性能评价研究

射孔完井法是页岩油开采中主要的完井方式,套管射孔后会造成套管力学性能的变化,从而影响油气开采的产能.通过地面全尺寸射孔模拟试验,确定不同射孔工艺下孔径的变化规律,并通过材料试验,确定了孔口周围屈服强度变化规律,明确了高速粒子流穿孔过程组织形态形貌变化.基于此,建立了射孔套管剩余抗挤强度量化表征有限元模型,确定了不同射孔...     

页岩气井套管研究现状

页岩气作为非常规油气的重要组成部分,近几年来逐渐成为世界开发的热点。随着我国页岩气开采取得突破性进展,页岩气将为实现天然气工业的增产上储、国家的能源独立提供重要支撑。在介绍页岩气井况特征的基础上,进一步探讨了页岩气井套管工程应用过程中的常见问题,综合页岩气套管开采现状提出针对性的建议措施。     

机械式旋冲工具对水平井送钻摩阻的影响规律

托压问题是制约水平井滑动钻进机械钻速的主要因素之一,使用振动减阻工具是水平井减阻最直接有效的方式。为分析振动减阻工具在水平井中的减阻效果,针对一种螺杆驱动的机械式旋转冲击钻井工具,对工具在不同钻进工况下的钻压波动、位移变化进行了模拟计算,解释了低频冲击工具可以实现振动减阻的根本原因。计算结果表明：旋冲工具降低摩阻需要借助钻压;激励频率越大,钻头处的钻压波动越剧烈;存在最佳的激励频率使得钻头处钻压整体处于最高水平;旋冲工具工作时,钻头处的钻压波动不仅包含激励本身的频率,还会包含激励频率的2倍、3倍等更高倍数的频率。研究结果可以为旋冲工具工作参数的优化,以及工具在水平井中实现最佳提速效果提供理论指导。     

基于风险矩阵法的非API石油专用管工况分级研究

随着油气田深度开发利用,定义相对完备的工况指标参数并合理划分工况等级,对于服役于苛刻工况的非API石油专用管设计、制造、选用及后期服役管理极其关键.针对非API石油专用管服役工况分级问题,研究确定合理的工况参数,建立定量表征工况等级的风险矩阵模型,利用工况参数对工况的重要度进行量化赋值.结合风险矩阵对工况风险的定量分析...     

高温时效对00Cr13Ni6Mo2不锈钢组织及性能的影响

采用拉伸试验、X射线衍射、光学显微镜和透射电镜等研究了一种13Cr超级马氏体不锈钢(00Cr13Ni6Mo2)的高温力学性能和高温时效后的力学性能、物相组成及显微组织。结果表明:00Cr13Ni6Mo2钢在高温下可保持较高的屈服强度,但当超过Af(奥氏体转变完成点)温度后,屈服强度迅速下降;600℃时效后,马氏体基体中的位错密度明显降低,同时产生了一定量的逆变奥氏体,导致时效100 h后其屈服强度从824 MPa降至682 MPa(下降17.2%),而抗拉强度和伸长率变化不大;800℃时效过程中,试验钢的组织完全奥氏体化,在降温过程中组织转变为淬火马氏体,故其具有典型的淬火马氏体性能特征,时效100 h后抗拉强度从858 MPa升至1031 MPa(提高20.2%),同时伸长率从22.5%降至15.0%。     

自燃煤矸石粗集料取代率对混凝土断裂韧性的影响

通过跨度和初始缝高比恒定的三点弯曲梁试验,计算不同自燃煤矸石粗集料取代率下混凝土的断裂韧度和断裂能,用特征长度和延性指数来衡量其脆性与延性.基于图像处理技术,在水平投影方向对断裂面混合粗集料的分布及破坏方式进行分析.通过三维重构断裂面形貌计算相应分形维数,用以表征粗集料表面粗糙度.结果表明:自燃煤矸石粗集料混凝土的弯曲破坏特征与普通混凝土相似,但随着取代率的增大,裂缝发展路径由弯曲扩展向竖直扩展转变,贯穿截面所用时间变短;韧性参数皆随取代率增大而降低,但降幅不同,当取代率为25%时,特征长度及延性指数与普通混凝土持平,之后随取代率增大而下降,当取代率达到100%时,起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能较普通混凝土分别下降11.69%、39.04%、47.86%.取代率变化对混合粗集料与断裂带净面积水平投影之比影响不明显,但对混合粗集料断裂破坏比例影响显著.随着取代率的增大,分形维数逐渐降低,断裂面形貌渐趋平整.自燃煤矸石粗集料对混凝土断裂性能产生明显不利影响,断裂特征较普通混凝土显著,在工程中应予以高度重视.