石油管材与仪器 /oa 钻柱力学与套管磨损预测若干研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200401 随着油气勘探开发活动向着深层、深水及非常规等复杂领域的不断扩展,钻井面临的井况与约束条件更加苛刻,钻柱的力学行为更加复杂,失效问题频发。针对钻柱屈曲、钻柱动态特性及套管磨损等复杂钻井力学问题,综合分析了国内外的研究进展、不足之处及未来发展趋势,介绍了笔者团队的一些相关研究成果。目前,钻柱屈曲研究基本上还停留在静力学范畴,今后有必要加强动力屈曲问题的研究;钻柱动力学的研究重点逐渐转移到多重耦合非线性振动问题,需要探讨更加高效的求解算法;现场实测的套管磨损形状非常复杂,需要建立更加准确的套管磨损预测模型。通过综合阐述这些研究进展,以期为复杂钻完井工程优化设计与安全高效作业控制提供有益参考。 2020年08月20 00:00 2020年04期 1 9 0 高德利,黄文君,刘永升,谭雷川 页岩气多级压裂井筒完整性失效机理及控制方法研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200402 综述了国内外页岩气多级分段压裂过程中井筒完整性失效的概况。总体来看,我国的页岩气井筒完整性失效问题明显比国外严重,严重制约了我国页岩气的高效开发。进一步明确了失效形式分为两大类,一是结构完整性失效,即套管产生变形;二是密封完整性失效,即出现环空带压现象。分析了页岩气井筒完整性失效机理,包括压裂前的井筒组合体原始应力状态、压裂过程中套管载荷的动态变化等多个阶段。分析表明,复杂的地应力条件、地层各向异性、长水平段非均质性、岩性界面、断层和裂缝发育、井眼轨迹质量差、下套管困难等对压裂前套管的原始应力有明显影响。而在压裂过程中,套管承受拉压交变载荷、近井地应力场及地层性质动态变化、裂缝非均匀扩展、微断层滑移、套管温度的急剧变化、水泥环出现微环隙或微裂隙等是导致井筒完整性失效的原因。对中国页岩气套管变形问题而言,以地层滑移的影响最为显著。最后提出了井筒完整性控制方法,包括:井眼轨道优化与轨迹控制、套管钢级与壁厚优选、固井方式优化、水泥浆体系优化、分段分簇及压裂参数优化、采用可溶桥塞、井身结构优化、裸眼分段压裂等,可为我国页岩气井筒完整性失效问题的治理提供参考。 2020年08月20 00:00 2020年04期 10 15 0 李军<sup>1</sup>,丁士东<sup>2</sup>,韩礼红<sup>3</sup>,陶谦<sup>2</sup> 页岩气井套管变形原因分析及选材设计 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200404 针对川渝地区页岩气井生产套管出现的套变问题,采用理论计算和实物试验相结合的方式,研究了生产套管在下入、固井、压裂等服役条件下套管抗挤毁性能的变化规律并提出选材建议。结果表明,体积压裂造成的井筒温度降低、固井质量差以及套管受到地层应力导致的管体椭圆度增大均能明显降低套管的抗挤毁性能。为改善套变问题,需要优化水平段套管设计,进一步提升套管的抗挤毁性能。 2020年08月20 00:00 2020年04期 24 29 0 张忠铧,董晓明 断块滑动引起的套管变形及影响因素分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200405 四川长宁-威远国家级页岩气示范区开发过程中,套管变形问题突出,严重影响页岩气开发效益。现场测井数据显示,断层滑移引起的套管剪切变形是一类重要的套管变形形态。建立了断块滑动引起套管剪切变形的三维有限差分模型,分阶段对断块滑动进行模拟,并对模型正确性进行了验证。引入内径的净减小量的概念表征套管变形程度,对套管钢级、套管壁厚、固井水泥弹性模量和水泥环厚度进行了敏感性分析。结果表明:增大套管钢级、加厚套管壁厚、降低固井水泥弹性模量、增大水泥环厚度都能减轻套管变形。前两种方法可以增大套管抵抗变形的能力,但效果不佳;后两种方法用“以柔克刚”的方法吸收断块滑移的影响,进而有效减轻套管变形。该研究成果对解决套管变形具有一定的理论指导意义。 2020年08月20 00:00 2020年04期 30 37 0 蒋振源<sup>1</sup>,陈朝伟<sup>2</sup>,张平<sup>3</sup>,张丰收<sup>1</sup> 断层滑移剪切套管变形内径变化规律研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200406 页岩气多级压裂过程中出现的套管变形问题亟待解决。现场测量数据表明,剪切变形是主要破坏形式。建立了基于断层滑移的页岩气井套管剪切变形数值模型,计算了剪切变形后套管内径沿轴向变化规律。研究结果表明:断层滑移后套管最小内径出现在套管滑移面附近;随着滑移距离的不断增加,套管内径缩径量不断增加;断层面与套管垂直时,套管剪切变形最为显著。为避免引起断层滑移,应在设计中尽量使井眼轨迹避开天然裂缝带,或者顺裂缝带走向钻进,以利于套管完整性的保护。研究结果可为页岩气井压裂过程中套管完整性的控制提供参考。 2020年08月20 00:00 2020年04期 38 40 0 席岩<sup>1</sup>,李军<sup>2,3</sup>,李方园<sup>4</sup>,曾夏茂<sup>5</sup>,钟文力<sup>5</sup> 页岩气井压裂套管变形评价及水泥环性能优化 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200407 页岩气井在水力压裂过程中出现了大量套管变形(套变),对页岩气井压裂施工和单井产量造成不利影响。基于套变井统计分析、井径测井解释、微地震解释等,揭示页岩气井套变主要机理。建立裂缝滑移作用下页岩气井筒力学模型,分析了页岩气井筒力学响应及桥塞遇阻机制。通过敏感性分析探讨了水泥环性能优化方法。结果表明:压裂诱发的裂缝滑移对套管产生了剪切与拉伸作用,引起套管出现较大的转角和曲率(狗腿度),“压裂套变狗腿”阻碍了桥塞等工具顺利下入。使用低弹性模量的水泥环能够显著地降低裂缝滑移作用下套变狗腿度。建议在断层/天然裂缝带上下2.0 m采用弹性模量小于1.0 GPa的改性水泥环,可降低压裂过程套变及工具遇阻的故障率。 2020年08月20 00:00 2020年04期 41 45 0 尹飞<sup>1</sup>,韩礼红<sup>2</sup>,陈颖杰<sup>3</sup>,杨尚谕<sup>2</sup>,史彪彬<sup>1</sup> 水力压裂过程中页岩强度折减对套管变形的影响分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200408 针对四川盆地岩气开发过程中出现的套管变形问题,在定量分析了压裂液浸泡过程中页岩强度随时间变化规律的基础上,建立了页岩强度折减条件下的套管-水泥环-地层组合体三维数值计算模型,分析了页岩强度降低对套管变形的影响,并对影响套管变形量的因素进行了分析。计算结果表明:页岩强度发生折减时,会产生垂向位移,从而导致套管在垂向上产生变形。页岩强度降低幅度越大,套管变形量越大;随着岩性界面倾角的增加,套管变形量先线性增加后缓慢增加;增加套管钢级以及降低径厚比对于降低套管变形量有一定的效果。 2020年08月20 00:00 2020年04期 46 50 0 连威<sup>1</sup>,李军<sup>1,2</sup>,柳贡慧<sup>3</sup>,席岩<sup>3</sup>,韩葛伟<sup>4</sup> 页岩气水平井压裂过程水泥环力学特性评价研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200409 针对页岩气水平井大规模体积压裂过程中,套管-水泥环组合系统在外部载荷作用下产生破坏而引发的井筒完整性问题,采用弹性力学和复变函数方法,建立了该组合系统的力学特性分析模型,分别以Von-Mises屈服准则和Drucker-Prager岩土屈服条件作为套管和水泥环的屈服判据,对页岩气井压裂过程组合系统的薄弱环节进行了分析;在此基础上,对井筒完整性进行了参数评价和敏感性讨论。计算结果表明:页岩气井压裂过程中,水泥环比套管更易屈服,从而引发井筒完整性问题;套管壁厚和水泥环泊松比越大,井筒越安全;低弹性模量的水泥环,对井筒完整性有利;水泥环厚度存在最优值使井筒最安全;需要根据井筒完整性和压裂施工效果,综合确定压裂施工压力。 2020年08月20 00:00 2020年04期 51 55 0 王宴滨,高德利,房军 页岩气井井下安全阀完整性研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200410 提高页岩气的产量是实现天然气上产的基础,但页岩气开发过程中存在的井筒完整性问题严重影响了页岩气的经济生产,甚至威胁到人员安全和环境保护。而井下安全阀作为井筒屏障系统的重要组成部分之一,在地层流体出现异常时,可以迅速关闭生产通道,从而避免井喷等严重事故的发生。因此,井下安全阀功能的正常运行对实现页岩气井安全生产有着重大意义。为此,通过故障树分析法确定了页岩气井井下安全阀的失效形式和风险因素,建立了基于贝叶斯网络模型的页岩气井井下安全阀失效概率计算方法,并结合Sintef统计数据,确定了风险因素的权重,得到了井下安全阀的风险等级,制定相应管理措施。研究结果表明:该方法可为页岩气井井下安全阀的风险评价和管理提供理论支撑及决策依据,有助于预防及控制井下安全阀的失效。 2020年08月20 00:00 2020年04期 56 62 0 张智<sup>1</sup>,赵苑瑾<sup>1</sup>,吴优<sup>1</sup>,邓虎<sup>2</sup>,卢齐<sup>2</sup> 页岩气用生产套管螺纹连接选用和评价技术研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200411 页岩气开发具有水力压裂压力高(80~100 MPa)、生产采气压力低(40~60 MPa)的特点,且开采6个月后,产气量和压力迅速递减。通过对生产套管用不同型式螺纹连接性能特点和井下生产套管工况分析,制定了螺纹连接适用性评价程序。对拟采用的台肩对顶密封经济型螺纹进行试验验证评价,通过模拟旋转下套管抗扭矩粘扣试验、压裂密封完整性评价试验、生产采气密封完整性评价试验,验证台肩对顶密封经济型螺纹满足页岩气生产套管开发需求。用有限元分析螺纹在不同载荷工况下的密封性,提出了螺纹使用上扣扭矩控制措施;建立了页岩气生产套管螺纹连接试验评价程序和方法;提出生产套管柱螺纹连接选用技术方案:直井段和弯曲段采用高性能金属/金属气密封螺纹连接,水平段采用经济型台肩对顶密封螺纹连接,并进行了现场应用,可以有效降低管柱成本。 2020年08月20 00:00 2020年04期 63 68 0 王建东<sup>1</sup>,田涛<sup>1</sup>,陈鸥<sup>2</sup>,黄永智<sup>3</sup> 页岩气井用套管承载特性试验研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200412 西南油气田页岩气井复杂压裂套管柱变形严重。根据套变井测井数据,分析确定了三种主要的套变模式和主控因素,量化了复杂压裂工况下地层滑移位移边界(<40 mm),为套变防治提供设计优化依据。依据非常规油气井套管柱模拟试验系统,研究了页岩气井中常用125SG Φ139.7 mm×12.7 mm套管钢级和壁厚的变化对抗剪切和非均匀外挤承载特性的影响规律。研究结果表明,随着套管钢级和壁厚增加,套管抗剪切和抗非均匀外挤承载能力相应增加;高内压循环40次后,套管抗剪切能力降低了50 t,在套管柱设计和评价时应分析承载能力折减的影响。 2020年08月20 00:00 2020年04期 69 72 0 杨尚谕,韩礼红,王建军,王航,潘志勇 瞬态力—热耦合作用下套管应力影响因素分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200413 页岩气井压裂过程中出现的套管变形问题已经成为制约我国页岩气高效开发的重要因素。在页岩气水平井固井时常出现套管偏心现象,且页岩气井压裂改造次数多、井下温度场变化大,套管承受复杂的交变载荷。基于此建立套管偏心情况下的力-热耦合模型,分析了注液温度、压力、排量等因素对套管应力的影响。计算结果表明:压裂过程中,套管温度先迅速降低,然后逐渐稳定;套管内壁最大应力随偏心角的增大而增大;注液温度越低,井底温度下降越快,导致套管最大应力增大;在力-热耦合条件下,套管内壁的最大应力随着压力的增大而增大;排量增加,传热系数增大,套管最大应力也随之增大。 2020年08月20 00:00 2020年04期 73 76 0 张慧<sup>1</sup>,李军<sup>1,2</sup>,韩葛伟<sup>3</sup>,张鑫<sup>1</sup>,张小军<sup>1</sup> C-W区块页岩气井大规模多级压裂套管失效主控因素及防控措施分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200414 C-W区块多口页岩气井发生套管失效,严重制约了页岩气安全、高效、经济开采。针对C-W区块油层套管失效特征,分析了复杂应力条件下非均匀外挤力、弯曲应力、剪切应力等对套管抗挤强度的影响规律和套管失效影响主控因素,提出了降低套管失效概率的防控方案和失效后的应对措施。结果表明:越靠近水平段A点,套管失效风险越大;套管抗挤强度主要受应力不均匀系数、弯曲度等因素影响,而大规模体积压裂的持续累加效应是导致套管失效的主控因素;与单方面的提高套管钢级相比,增加套管壁厚对预防套管失效效果更佳,且经济性较好。 2020年08月20 00:00 2020年04期 77 81 0 张华礼,李玉飞,王汉 页岩气生产套管损坏原因浅析与推荐解决方案 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200415 页岩气生产套管在压裂施工作业过程中损坏变形,是影响国内页岩气井生产建设的主要原因,分析和明确套损的主要原因是解决套管损坏的重要手段。通过实物试验和有限元计算相结合的方法,分析研究了生产套管承受各种载荷的能力,并根据分析结果,针对性地提出了解决方案。页岩气井生产套管变形是多种复合载荷共同作用下,套管承受的载荷超出管体的极限承载能力所致。选择高钢级生产套管有助于提升套管承受复合载荷能力;复合管串设计可以有效降低高钢级套管的使用成本,降低高风险段的套损率。 2020年08月20 00:00 2020年04期 82 85 0 黄永智<sup>1</sup>,李轩<sup>2</sup>,戴昆<sup>2</sup>,张哲平<sup>1</sup>,张传友<sup>1</sup>,吕春莉<sup>1</sup>,张旭<sup>1</sup> 页岩气水平井段旋转下套管工艺浅析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200416 页岩气井水平段下套管对于螺纹连接的可操作性、疲劳性能、拉伸/压缩性能以及螺纹连接极限作业扭矩等提出了很高的要求。通过旋转下入生产套管方式可以有效减少因水平段摩阻产生的轴向阻力。这种方式可最大程度减少套管屈曲变形风险,在压裂及投产前确保整个管柱顺利下入,减少管柱负载。讨论了关于不同方式下套管所面临的挑战,介绍了通过旋转下套管方式达到设计井深的典型案例,同时介绍了为实现安全成功完成管柱下入进行的辅助分析。 2020年08月20 00:00 2020年04期 86 89 0 ICHIM AdonisCostin<sup>1</sup>, 徐继勇<sup>2</sup>, ZESTRAN Alexandru<sup>1</sup>, BLANC Carlos<sup>1</sup>, 刘景华<sup>2</sup> 天然气离心压缩机现场动平衡调整方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200417 天然气离心压缩机转子结垢,形成渐发性不平衡,导致机组振动高。通过多次摸索,利用艾默生CSI2140机械健康分析仪进行现场动平衡,简化了以往现场动平衡多次停开车和繁复计算的问题。 2020年08月20 00:00 2020年04期 90 93 0 吴建武 428XL仪器震源启动失败问题探讨 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200418 在可控震源施工中经常遇到仪器给与点火命令后震源启动失败(即放不响炮)问题。针对工区现状以及现场仪器与震源实际情况,分别从仪器硬件及软件方面入手,查找问题,提出针对性的解决方案。再经过试验逐一排查验证方案的可行性,保证了仪器震源正常工作。 2020年08月20 00:00 2020年04期 94 96 0 殷来明<sup>1</sup>,唐爱纯<sup>1</sup>,范火国<sup>1</sup>,党田夫<sup>1</sup>,徐伟<sup>2</sup> 可控震源有线一致性分析方法探讨 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200419 有线一致性测试是可控震源施工中定期检测分析的项目,以确保震源机械和电控系统的状态满足施工要求,保证采集资料品质。由于目前采用可控震源施工的采集项目多为24小时连续作业,传统通过电缆连接震源和仪器进行有线一致性的测试方法需要中断野外生产采集,影响有效采集时间。基于多个采用VE464电控箱体的地震采集项目,提出通过分析导航系统实时采集的震源特征信号和仪器真参考信号代替传统的有线测试方法,获得甲方认可并在生产项目中应用。 2020年08月20 00:00 2020年04期 97 100 0 聂明涛,王井富,尚永生,顾文沛,戚振利,封召鹏,王磊