水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究

针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论,采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为,在岩性较软的地层,应选用刚度较大的水泥环,可帮助套管抵卸一部分载荷;在地层岩性较硬时,选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管目的;单纯增加水泥环的厚度不一定能够改善套管的受力情况,只有当水泥环弹性模量大于一定值后,加大其厚度可改善套管的受力状况。因此,在实际现场中,应根据具体的地层情况,调整水泥浆特性,达到最好的固井效果。     

基于地应力的套管强度优化设计方法

针对东辛复杂断块油藏泥岩夹层和断层附近套管损坏严重的问题,研究了套管在泥岩夹层和断层附近套损机理。研究表明,造成泥岩夹层和断层处套管损坏的主要原因是该层段的异常地应力。因此,在这2个层段,考虑异常地应力作用和承受非均匀地应力作用对套管强度的影响,提出了基于地应力的套管强度优化设计方法。     

非均匀外载作用下油井套管强度特性的实验研究

盐膏层套管损坏是由于盐岩蠕变对套管产生一个严重的非均匀附加外挤力而造成的,目前,国内外仍没有一套成熟的非均匀外载作用下的套管强度设计方法。根据实际全尺寸套管承受非均匀外载作用下的强度实验,研究了非均匀外载作用下油井套管的强度特性,提出了用“等效破坏载荷”及椭圆载荷的短、长轴之比来定量描述套管所受非均匀外载的概论,建立了非均匀外载下的套管强度设计图版,可用来检测盐岩等流变地层中下入套管的安全性或在已知套管外载时进行套管强度设计。实验结果表明：套管承受非均匀外载作用时其强度与承受均匀外压相比要低8～21倍。     

多随机因素作用下储气库套管运行期安全性分析

套管是地下储气库运行过程中的薄弱环节,各随机因素的变化会对套管系统安全性产生较大的影响。以三维套管-水泥环-围岩系统为研究对象,考虑几何尺寸、荷载、材料特性等多因素的随机特性,基于蒙特卡罗法对储气库运行期套管系统的失效概率及敏感性因素进行分析,通过与地质模型试验结果进行对比,验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明,各随机因素对套管系统可靠性的影响程度不同,其中套管厚度、套管内径、工作内压、水泥环厚度为高敏感性因素,且各因素的影响效果不同,在工程中可采取不同措施提高系统可靠性;采气阶段,根据储气库腔体应力状态和体积变形规律确定的最大采气降压速率不会影响套管系统的安全性。     

大直径贝诺特桩套管上拔机制分析

目前关于贝诺特桩套管沉拔机制的研究,主要针对套管贯入过程,而对高频振动上拔套管机制的研究还不全面。采用任意拉格朗日-欧拉耦合大变形有限元ALE方法,建立套管高频振动上拔的有限元-无限元耦合模型,对套管高频振动上拔机制进行详细研究。结果表明,套管高频振动上拔过程可分为缓慢和快速上拔两阶段。在套管振动上拔过程中,土体位移、应力、孔隙比和超孔隙水压力均在管端附近突变,靠管心愈近变化愈明显。分析土体参数(土体弹性模量和管-土间摩擦系数)和振动锤参数(激振频率和激振力)对振动上拔套管的影响。土体较软、管土摩擦作用较强时,土体位移和应力变化越显著。振动锤参数仅影响套管上拔速度与土体质点速度,对土体位移和应力影响甚微;振动频率接近地基固有振动频率时,上拔阻力最小,振动振率越大,振动影响范围越小。     

交变应力对套管损伤机理的影响

水平井分段压裂技术已在低渗透油气藏及煤层气开发过程中得到了较为广泛的应用,并取得了良好的经济效果。但是,由于分段压裂会使直井段的套管承受交变应力作用,进而造成其在软硬交错地层处发生严重变形,从而影响压裂安全作业,甚至引发所有剩余压裂段报废。为探索其破坏机理,开发一个类似弹簧单元的用户子程序来模拟循环荷载作用下套管-水泥环界面的受力情况,并将该单元植入到套管-水泥环-岩层系统的ABAQUS轴对称有限元模型中,模拟水平井分段压裂过程中套管的力学行为。结果表明,在软硬交错地层中,采用水平井分段压裂时,注入压力与地应力之间的交变应力差会造成套管的大变形。此外,基于ABAQUS的数值模拟结果,采用FE-safe评估套管疲劳寿命,发现处于软硬交错地层处套管的疲劳寿命最短。基于上述研究,建议在具有软硬交错地层的低渗透油藏及煤层气储层中进行分段压裂时,应设法提高非压裂阶段压力,以减轻交变应力对软硬交错地层处的套管损伤。      

套管及环形水泥对自然伽马测井曲线的影响

自然伽马测井是通过测量地层的自然伽马值,从而划分岩性,进行地层对比.自然伽马测井的优点是可以在裸眼井、套管井和高矿化度钻井液以及干孔中进行测量.在已下入套管的井内进行自然伽马测井时,影响地层自然伽马测井曲线的主要因素有套管、环形水泥等.通过套管段及套管加环形水泥段分别与裸眼段自然伽马测井曲线进行对比分析,发现套管对地层放射性的影响比较均匀,与裸眼段相比幅值降低36％左右,不影响地层放射性曲线的整体形态;套管加上环形水泥后,由于受到第四纪地层的稳定性、分选性以及固井质量等因素的影响,难以确定裸眼自然伽马测井曲线的整体形态,因此能否利用下套管井测量的自然伽马测井数据恢复地层信息,要综合考虑地层情况、井径变化、固井质量等要素.     

灌注桩套管高频振动贯入过程中挤土效应研究

随着全套管振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但关于灌注桩套管高频振动贯入机制,特别是套管贯入引起的挤土效应研究还不全面。全面介绍了套管高频振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对地表隆起、土体侧移及超孔隙水压力等挤土效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明：水平向的挤土位移随套管贯入深度的增加而增大,竖向挤土位移随着套管贯入深度的增加,浅层土表现为隆起量增大,而深层土表现为下沉量增大;最大挤土位移与套管贯入深度存在滞后效应;浅层土体的隆起为水平向应力加载引起竖向应力增加所致,且隆起分界面深度随着动力荷载幅值增大而增大,随振动频率的增大而减小;超孔隙水压力随套管贯入深度增加而增大,随径向距离增大呈指数型衰减。     

煤炭地下气化高温喷淋井筒温度应力场研究

煤炭地下气化是对传统物理采煤技术补充的新一代化学采煤技术。气化过程中井筒受到高温和内压载荷的共同作用。针对煤炭地下气化生产井井身结构特点,基于传热理论建立了环空喷淋注水降温条件下的井筒瞬态温度计算模型,结合井筒压力模型基础上,根据弹性力学及壁圆筒理论建立了套管–水泥环–地层围岩组合体温度应力场计算模型。结果表明：高温时,井筒各部分因热膨胀或热收缩受限制而使井筒应力增加。在自然降温条件下套管、水泥环的理论计算最大应力分别为2 640.6、151.3 MPa,均超过本身材料许用压应力,在不考虑温度时,套管、水泥环轴向应力分别只有28.4、15.0 MPa,远小于考虑温度时的结果;在环空注水降温方式下,通过控制喷淋腔温度能够有效降低井筒应力;随着套管内压增大,井筒应力也随之增大,且套管内压变化会造成套管和水泥环应力方向发生改变,在对其进行强度校核时需要分情况讨论;在水泥环两侧交面处的应力落差一般较大,水泥环性能参数也与井筒应力密切相关,随着水泥环弹性模量降低或泊松比增加套管-水泥环的应力随之降低,即胶结性能好,高韧性、高泊松比性能的水泥环材料能够降低套管-水泥环应力。上述研究认识可以为煤炭地...     

盐膏层造斜井段井眼缩径及套管外载数值模拟

盐膏层是油气成藏的良好盖层,塔里木盆地多个大型油气藏都属于巨厚盐下油气藏,为了提高单井产能,决定采用定向井和水平井来开发盐下油气藏。由于盐膏层距离产层较近,需要在盐膏层进行造斜。造斜井段盐膏层井眼的缩径规律及其对套管外载的影响国内外鲜有报道。应用有限元方法建立了造斜井段砂岩和盐膏岩地层、水泥环及套管耦合的三维力学模型,以塔里木羊塔克区块岩石力学测试成果为基础,研究得到造斜段井斜和方位对井眼缩径及套管外载的影响规律。该研究成果成功应用于塔里木巨厚盐下定向井、水平井轨迹设计,钻遇盐膏层泥浆密度的确定和井身结构设计,为塔里木盐膏层钻井、完井施工提供了重要的理论参考。     

岩心钻探中采用塑料管护孔方法

岩金钻探的某些浅部松散或胶结层，采用塑料管与钢套管配合护壁，即外层管用塑料管代替一次性投入使用，内层管沿用钢套管隔离保护，有效地降低了钻探成本，为“以塑代钢”综合治理复杂地层积累了经验。     

基于层次分析法的油田套损定量研究

在研究了国内、外大量有关油田套损机理资料的基础上,针对研究区海拉尔油田贝301区块应用层次分析法,对导致套损的诸多因素建立层次结构模型,定量计算出各个影响因素的权重.同时,建立套损参数判别模型,计算出套损参数,并将数据处理结果与实际套损资料进行对比可知,套损参数判别模型建立比较合理,判断正确率达到了85%以上.结果表明...     

煤矿井下定向钻孔超长套管下放技术

针对煤矿井下定向钻孔超长套管下放成功率低、速度慢的问题,提出开孔段保直钻进、造斜段曲率控制、钻机驱动主动钻杆下放及套管导正等改进技术措施。在阳泉新景矿进行了现场试验,完成了3个满足煤矿井下水力压裂要求的定向钻孔超长套管下放,最大下深达到168 m,套管下放成功率达到100%,下套管平均工效由5.5 m/h最大提高至13.1 m/h,有效地解决了定向钻孔超长套管下放受限的难题。     

潜孔锤同心跟管钻具零件强度分析与研究

介绍了适合卵砾石地层地震勘探孔施工用的潜孔锤同心跟管钻具的结构和工作原理。针对钻具使用中出现的套管螺纹和内外钻头冲击面强度低、寿命短的问题,采用有限元方法对钻具的零件进行了强度分析,并提出了提高套管螺纹和内外钻头寿命的方法。      

渗流诱发套损机制与数值计算

油田套损是石油工程中的一大技术难题,多年来困扰着各油田。大量的现场调查和理论分析表明,油田套损与油藏渗流场动态变化密切相关。无论是剪切套损、拉伸套损还是挤压套损,都是渗流引起应力场调整,最终导致套管受力损伤。基于油藏流固耦合理论,分析了油田渗流诱发套损的机制,建立了油藏渗流-应力耦合计算的数学模型,并介绍了利用流固耦合进行套损预测计算的算例,对于套损防控具有重要的理论指导意义。     

地震作用下岩盐层套变规律研究

5.12汶川特大地震发生后,某气田在岩盐层段发现了多口井套变,为了能有效地治理,急需了解其套变的原因和规律。为此,利用真三维接触有限元分析方法研究了震前套管应力和变形分布规律,并在原有边界条件基础上,在模型的顶面进一步施加不同震级地震载荷,重新分析套管应力和变形的分布规律。对比二者分析的结果发现：无论是震前还是震后都显示岩盐层段套管的应力和变形水平明显高于套管其他部位,且基本规律是震级越高套管在岩盐层段的应力水平和变形越大。对比有限元计算震前和震后套管应力和变形的结果还发现,仅5.12特大地震载荷的竖向分量所产生的应力水平已经超过了套管的屈服强度极限,因此,可以判定此次地震是导致该气田盐岩层段出现套变的真正原因。     

白涧铁矿ZK27A07孔下套管跑管事故处理

在河北省沙河市白涧铁矿勘探ZK27A07钻孔施工中,钻遇2个含承压水大型溶洞。在下入?89 mm套管过程中,发生了脱扣跑管事故。事故处理过程中又发生了套管二次坠落和打捞工具多次折断掉入孔内事故,在溶洞内造成了多个活动事故头叠加。最终采用混凝土浇筑通过自然绕障的方法,成功处理了此次跑管事故,使钻孔免于报废。本文详述了事故处理的全过程,并通过对事故发生经过、原因进行认真分析,给出了在套管柱超长超重的情况下安全下管的具体方法,同时探讨了有多个含承压水溶洞钻孔内如何实现对护壁套管柱可靠封固的问题。     

浅海伸缩套管钻探工艺研究

浅海取心钻探中钻遇易坍塌地层时,需要下放套管封隔地层,保证泥浆循环,换径继续钻进。现有常规下套管方法为使用带有钻台层甲板和套管层甲板的钻井船进行下放套管作业,部分无套管层甲板钻井船在遇到必须下套管的工况时,需临时搭建套管层平台进行下放套管作业,但受钻机和钻具体积及质量的限制。为解决无套管层甲板的钻井船在海洋钻探取心时需要下入套管的难题,设计了一种海洋钻探下入多层套管的工艺方法,利用可伸缩套管及相关设备,在海底井口与小型钻井船之间建立泥浆上返通道,封隔不稳定地层,实现泥浆回收循环及钻具升沉补偿。在钻井过程中,伸缩套管还可以起到导向定位的作用,防止潮差水流流速变化影响钻具下入,为浅海钻井节省时间和成本。