水平井套管柱可下入性摩阻计算三维力学模型

复杂结构井,尤其是煤层气多分支水平井的分支井眼多、井眼轨道局部弯曲段多的特点使得井内管柱作业时所受摩阻、扭矩较大,造成作业困难甚至复杂事故。将二维刚性模型、二维整体模型及三维刚性模型3种刚杆模型进行程序化,并基于能量平衡原理,结合软绳模型及狗腿平面的管柱刚性,推导出刚度力模型,从计算效率及精度上通过对比确定刚度力模型为推荐最优计算模型。基于但不局限于杆管模型,细化并实现动态数字化井筒技术:利用三次样条插值函数及最小二乘法数据拟合进行井眼实际测井数据平滑处理,建立复杂结构井的三维"数学井筒";采用量化色度分级方法,将管柱摩阻、偏磨、井壁破碎及井壁坍塌风险等指标进行等级划分,建立带有指标分级云图的"物理井筒";结合工程需求,考虑井下工具组合及vr处理技术,实现可直接为工程服务的"工程井筒"。"三步"数字井筒技术路线为数字井筒的全面实现提出了可行性方案,所开发的复杂结构井三维数字井筒动态可视化软件平台可为复杂结构井工程提供极大的便利。

定向井套管入井摩阻分析 沈献良!!曹庆和"!王爱宽!!田相元"!汪庆芳# !!@中原石油勘探局钻井一公司!"@中原油田分公司工程监督中心!#@中原油田分公司国际合作部" !!摘!要!基于前人提出的!软钻柱"模型#采用空间分析方法详细分析了三维井眼中套管 单元体的受力情况#推导了计算套管轴向载荷和扭矩的统一公式#这些公式也可以用于采用 !软钻柱"模型的钻杆单元体的受力分析$结合濮"/平!井和文"33/’井现场采集的数据# 运用这些公式计算摩阻系数#并由摩阻系数预测大钩载荷#对所建立的模型进行了分析验证$ 关键词!定向井!套管!单元体!摩阻!模型 !!#软钻柱$概念 !!#软钻柱$这一基本假设 %!&’是指不考虑管柱的 直径变化’视其为等径(管柱与

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相对于直井,水平井落物不仅打捞困难,而且作业成本高,甚至还存在报废油井的风险,为此,研制了适合超低渗油藏水平井井身结构的高强度防落物装置。介绍了该装置结构、技术原理、技术特点,对该装置锚定强度进行了理论计算,对其性能指标进行了室内实验。现场试验表明,该装置结构合理,安全可靠,具有良好的井下适应性和锚定效果,基本能满足目前超低渗油藏水平井生产要求,可以进行推广应用。

热采水平井中套管柱受各种载荷耦合作用会产生应力集中而损坏。为此,采用有限元方法对热采水平井弯曲段套管柱失效载荷进行了分析。在建立套管柱受力等效模型和有限元计算模型之后,分析研究了多种载荷耦合作用下套管柱失效的临界应力和临界应变。研究结果表明,套管柱应力值和应变随着地层深度的增加和注汽温度的升高而增大,对于井眼弯曲段套管柱,井眼曲率越大,管柱应力值和应变越大。建议进行热采水平井套管柱设计时采用高强度管材,以提高材料屈服极限,减小轴向应变。

鄂尔多斯盆地致密油资源丰富、分布广泛,是长庆油田建设西部大庆战略目标的重要接替区。但其岩性致密、渗透率低、储层物性差,且主要分布于井场受限的沟壑地带,目前应用较为广泛的水平井钻井技术难以实现经济有效开发。国内外油气田开发实践表明,丛式水平井能够大幅缩减投资成本,提高油田经济效益。为探索丛式水平井开发模式,形成鄂尔多斯盆地致密油藏钻井核心技术,针对三维水平井轨迹控制、泥岩失稳垮塌、管串下入摩阻大等难题开展攻关与实践,并在yp-3x井进行了先导性试验。yp-3x井系阳字水平井组一口偏移距超过300m、水平段超过1500m的三维水平井,该井的成功实施突破了丛式水平井瓶颈技术难题,形成了以井身结构优化、剖面轨迹控制、泥页岩防塌等技术集成配套的三维水平井钻井技术,为长庆油田规模开发致密油藏奠定了一定的技术基础。

利用cae仿真技术和可靠性疲劳实验方法,研究了套管钻井中的有关力学问题。分析了不同径厚比套管的受力状态、磨损套管剩余强度、套管柱的振动模态和疲劳可靠度。研究结果表明,径厚比越大,套管管体mises应力越大,套管发生失稳的临界荷载越小。对于均匀磨损,随着磨损长度的增大,套管的剩余抗拉和抗扭强度逐渐变大,并达到一个极限值;对于非均匀磨损,其剩余抗拉强度与磨损长度之间的关系均近似服从指数分布。两种磨损状态下,套管柱剩余抗拉和抗扭强度都随磨损量的增加而降低;套管柱外径对套管横向振动固有频率的影响大于径厚比对其的影响,纵向固有频率主要取决于管柱长度。运用可靠性方法,基于概率分析设计了单轴和双轴疲劳可靠性试验,得到了套管柱的单轴和双轴概率疲劳特性,推导出套管钻井的p—s—n曲线方程。

u型井是煤层气资源开采的一种新型模式,以往经验,u型井水平段多在煤层钻进,采用裸眼或割缝衬管方法完井,但这种方法在煤层顶、底板水平钻进段效果不佳,本文依据工程实例,介绍了套管完井技术在煤层气u型井水平井中的成功应用,不仅保证了井身质量合格,而且为后期压裂排采提供了保障,在类似煤层气u型井水平井完井作业时具有良好的应用前景,可逐步推广。

为建立堆石混凝土三维力学模型,首先采用三维随机多面体来模拟堆石颗粒,提出了堆石颗粒的空间随机分布算法和密实算法;其次提出了自密实混凝土填充算法,生成了堆石混凝土三维力学模型;最后利用建立的三维力学模型,分析了单轴受压条件下,堆石混凝土结构组成对其力学性能的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比.结果表明:所建立的堆石混凝土三维力学模型不仅能够反映堆石颗粒大小、形状和空间分布的随机性,还能反映其密实过程和堆石体骨架对堆石混凝土力学性能的影响,具有一定的可靠性,可以弥补试验条件的限制,为进一步研究堆石混凝土力学性能提供参考.

四川盆地普光气田大湾区块套管水平井存在储层跨度大、水平段长、摩阻高、射孔后筛管以下水平段无法建立循环、暂堵后残留大量暂堵浆等问题,常常造成射孔、完井管柱阻卡。为此,采用酸浸工艺、模拟通井等井筒处理技术来降低黏附在套管壁的胶凝物对管柱起下摩阻,消除套管壁上射孔毛刺、残留物对射孔及完井管柱的阻卡;通过对暂堵剂的改进以及暂堵工艺的优化,减小了暂堵剂沉积物造成的管柱阻卡风险。截至目前,该技术已在4口套管水平井成功应用,保障了大湾区块套管井的顺利投产,可为该类气井的投产作业提供借鉴。

根据煤层气多分支水平井完井管柱在造斜段的受力变形特点,将完井管柱的变形分为线弹性、弹塑性和扁化变形(塑性流动)阶段,利用弹塑性大变形理论建立了完井管柱承受弯矩与造斜率间关系的计算模型,推导出造斜段完井管柱许可造斜率计算公式。对沁水盆地某煤矿使用的多分支水平井完井管柱的造斜率进行了模拟计算,并与室内实验值进行对比,分析了完井管柱的外径、壁厚和屈服强度对完井管柱许可造斜率的影响。计算结果表明:建立的煤层气多分支完井管柱许可造斜率计算模型与实验值具有很好的一致性,可满足工程需要;完井管柱从线弹性极限变形状态进入弹塑性极限变形状态,井眼许可造斜率变化很小;完井管柱线弹性、弹塑性和扁化变形阶段的许可造斜率随外径的增加而降低,随壁厚和屈服强度的增加而提高,但壁厚影响不显著。

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随着水平井钻井技术的不断发展，已经成为开发各种类型油气藏的最主要技术手段，近年来随着非常规致密油气藏开发的不断深入，以及国家“新两法”的颁布实施，丛式水平井已经成为油气田开发的主要技术手段，同时，丛式水平井三维绕障轨迹也带来了一系列新的技术难题，其中完井管柱与井眼相容性问题，成为制约完井管柱顺利下入，提高完井质量的关键因素。

分析了斜井段套管下入的难点;通过对长庆油田水平井斜井段常用套管可通过的最大井眼允许曲率及特定井眼曲率下套管可通过的最大不可弯曲长度的计算,表明斜井段下套管保证套管能通过的最大井眼曲率要大于实钻井眼的曲率,同时在斜井段下套管前有必要针对实际通井钻具组合进行更为合理的力学模型简化;采用加权平均法计算了多种通井钻具组合的等效惯性矩,得到了不同通井钻具组合与套管的刚度匹配系数,为水平井斜井段套管顺利下到预定位置提供理论支撑。

川西气田是典型的低孔、低渗、低丰度、高压致密砂岩气藏,水平井分段压裂是这类难动用油气藏的高效开发的关键技术。针对目前常用的水平井喷砂滑套分段压裂普遍要求固井质量高、封隔器容易失效;连续油管水力喷射分段压裂需要压井、多次动管柱、作业周期长的缺点。综合上述两项技术的优点,形成了不动管柱水力喷射分段压裂工艺新工艺,实现了水平井分段压裂的高效改造,并进行了现场应用,取得了工艺和增产效果的成功,值得在水平井改造中推广应用。

介绍了基于复合材料桥塞的水平井套管完井分段压裂工艺管柱结构、工艺过程和关键技术。阐述了该工艺管柱中关键部件——复合材料桥塞和电缆坐封工具的结构、工作原理及性能特点。现场应用情况表明,复合材料桥塞可正常坐封丢手,射孔发射率100%,平均每个复合材料桥塞钻铣时间为30min,达到国外标准;水平井套管分段压裂管柱结构合理,工艺优良,性能可靠,能够满足页岩气水平井射孔压裂联作的分段完井要求。建议进一步优化钻铣复合材料桥塞工艺和工具,扩充桥塞尺寸规格,使其形成系列化,以满足油田不同规格套管的需求。

针对线性复合油藏的特点,建立了无限大外边界的线性复合油藏水平井试井模型,利用laplace变换、有限fourier余弦变换以及fourier变换对模型进行求解,最后利用stehfest数值反演绘制了压力典型曲线,对整个不稳定渗流过程进行了流动阶段的划分,分析了相关因素对压力典型曲线的影响.结果表明:无限大外边界的线性复合油藏水平井的渗流过程可以分为7个流动阶段:水平井与两区分界面的夹角对压力典型曲线几乎没有影响,而水平井中心距两区分界面的无因次距离对压力影响较大,无因次距离值越小,中期径向流阶段的持续时间越短,晚期径向流阶段的开始时间越早.

分岔式隧道是一种新型隧道结构型式,目前尚无相应的设计、施工技术规范和标准可循,为了解这种新型隧道结构的应力和变形状况,采用三维地质力学模型试验方法对目前在建的沪蓉西高速公路大型分岔隧道进行研究。试验成果有效地揭示分岔隧道洞周的应力、位移变化规律和分岔隧道围岩的破坏机制,获得分岔隧道的设计和极限承载安全度,为分岔隧道的优化设计和施工提供了有工程指导意义的建议和结论。

结合小湾高拱坝坝肩坝基的地形、地质特征、软弱结构面分布状况、浅层松弛卸荷现象以及加固处理方案,建立三维地质力学模型,研制主要断层的变温相似材料,运用超载与降强相结合的综合法对整体模型进行破坏试验。通过试验获得小湾拱坝坝肩坝基的变形特征、失稳的破坏过程、破坏形态及破坏机制,得到强度储备系数为1.2,超载系数为3.3～3.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定综合法试验安全系数为3.96～4.20。对试验数据的综合分析得出,两坝肩中上部高程部位由于对断层和蚀变带采用了混凝土洞塞置换,其变位相对较小,破坏形态和破坏范围相对较轻,说明混凝土加固洞塞置换起到较好的加固效果。根据试验显示的破坏形态和破坏区域,建议对右坝肩下游1245m高程以上的断层f11和f10做一定范围的处理,对左坝肩推力墩以上部分岩体进行适当的加固处理。

油田生产中岩层在油井开采中应力变化较大,生产层段的岩层产生的应力作用于套管,挤压套管造成套管损坏,影响了油井的正常生产。通过建立二维平面轴对称和平面应变模型,利用ansys有限元软件分析套管在水泥环影响下的变形特征。分析表明,油井开采中地应力作用于水泥环,套管最大应力在套管内壁产生,均匀载荷下套管抗挤强度是非均匀载荷的7倍以上。载荷椭圆度越大,套管内壁应力越大且分布不均。增大水泥环弹性模量可以有效减小套管最大应力,生产中应保持水泥环弹性模量在20~35gpa范围,可以提高套管的抗挤强度。均匀载荷下,应采用j55套管,非均匀载荷下,应采用p110套管,可以有效地减小套管产生的应力,提高套管的抗挤强度。

水平井是近年来在国内推广较快的采油工艺技术,它可以增大井眼与油藏的接触面积,加大泄油面积,减少渗流阻力,提高油田的整体开发效果。馆陶组油藏,油层埋藏浅,压实程度差,胶结疏松,易出泥砂。为了挖潜老油区的产能,后期水平井开发井数日益增多。

水平井是近年来在国内推广较快的采油工艺技术,它可以增大井眼与油藏的接触面积,加大泄油面积,减少渗流阻力,提高油田的整体开发效果。馆陶组油藏,油层埋藏浅,压实程度差,胶结疏松,易出泥砂。为了挖潜老油区的产能,后期水平井开发井数日益增多。