复杂气井套管力学分析与可靠度评价

为建立考虑地层和套管参数随机性的套管可靠度评价理论方法，以便得到复杂井况下套管传统设计安全系数与可靠指标之间的关系，提出了非均匀地应力和内压联合作用下，沿套管最大外挤力方向管壁任意位置发生屈服失效时外壁等效均匀外挤力的计算方法；建立了套管抗挤和抗内压三轴强度计算公式以及有效内压计算方法；根据套管载荷和强度影响因素统计参数以及评价过程中参数测试标准值，利用蒙特卡洛法（MC）建立了完整的套管可靠度计算和评价方法；通过实例对传统安全系数与可靠指标的对应关系进行了研究。研究结果表明:指定条件下，套管安全系数与可靠指标之间存在对应关系；利用建立的方法编制计算程序可以为传统设计法中安全系数代表的安全程度进行量化；可靠度评价方法能够为安全系数的选取提供指导。     

考虑串孔影响的穿层水力扩孔合理冲煤量研究

在煤层增透方面,穿层水力扩孔冲出煤量主要依据经验以及遵循“能冲尽冲”的原则,致使串孔现象严重,针对这一问题,采用理论分析、数值模拟结合工程试验的方法,阐明了串孔致因机理和串孔前后扩孔孔硐内负压损失分布特征,构建了考虑吸附膨胀应力和Klinkenberg效应的扩孔孔硐附近煤体瓦斯流动流-固耦合数学模型,利用Comsol软件,模拟了不同冲煤量下扩孔孔硐附近煤体所受应力分布和煤体渗透率的变化情况。研究结果表明:随着煤体不断被冲出,孔硐有效抽采半径相对变化率呈现衰减趋势;扩孔孔硐附近最大主应力呈现先急剧减小再增大,然后降低直至原始应力大小的趋势;渗透率的变化趋势与最大主应力恰好相反;扩孔孔硐周围煤体渗透率的增加主要受煤体的径向位移所控制,孔硐周围煤体大幅径向位移会产生串孔现象,渗透率虽得到大幅度提高,但瓦斯抽采效果和安全采掘很难保证,需要厘定出水力扩孔合理冲出煤量。     

直井油管柱扶正器间距设计研究

为了避免生产过程中直井的油管柱受井底的轴向载荷失稳变形从而导致油管柱与井筒发生磨损,防止油管柱发生失稳变形引发事故,安装扶正器是有效的措施。针对扶正器的安装主要依靠经验,缺乏理论分析指导,既容易导致事故发生又增加成本的问题,基于封隔器—油管柱的实际受力及变形分析,建立了油管柱失稳力学模型,推导了直井中相邻扶正器临界失稳长度的计算公式,得出了扶正器的合理间距,并利用MATLAB进行实例的分析计算。结果表明:从中和点到井底,扶正器的布置间距呈现减小趋势;井口油压的降低导致油管柱临界失稳长度变小,使得扶正器的布置间距更加密集。该间距设计对油管柱扶正器的现场布置有实际的指导意义。     

稠油热采井管柱失效动态风险分析研究

为保证稠油热采井筒管柱的安全运行，采用故障树与贝叶斯网络相结合的方法开展稠油热采井管柱失效风险分析，应用故障树分析方法定性识别管柱失效诱因，建立稠油热采井管柱失效场景演化模型，并将故障树转化为贝叶斯网络模型，应用贝叶斯网络对管柱失效风险进行定量分析，得出热采井管柱失效的关键致因和管柱失效的动态失效概率，以新疆油田某区块热采井的管柱失效为对象进行了案例分析。研究结果表明，该方法可为稠油热采井管柱失效风险分析及井筒完整性管理提供理论支撑和工程设计参考。     

渤海油田中深层低含H2S气井油套管选材研究

目的解决渤海油田中深层低含H2S井下环境的油套管安全选材问题。方法利用高压釜模拟气井的腐蚀环境,对不同材质的备选油套管钢在不同井深模拟工况条件下的腐蚀速率和应力腐蚀开裂行为进行研究,采用电子扫描显微镜(SEM)及其能谱仪(EDS)和X射线衍射分析仪(XRD),分析或检测腐蚀形貌、腐蚀产物的组成,综合考虑均匀腐蚀和开裂,提出该气田的油套管选材方案。结果碳钢在气田工况下均未发生应力腐蚀开裂,但腐蚀速率高,为0.242~0.6003 mm/a。S13Cr在气田工况下均未发生应力腐蚀开裂,中层开发井工况下的最大腐蚀速率为0.0399 mm/a,深层开发井工况为0.1633 mm/a。超级双相不锈钢2507、镍基合金2535在该气田工况下应力腐蚀开裂敏感性低,腐蚀速率分别为0.0122 mm/a及0.0083 mm/a。结论超级13Cr马氏体不锈钢(S13Cr)材质适用于地层温度低于180℃的中层开发井全井段使用,2507超级双相不锈钢及2535镍基合金材质适于温度高于180℃的深层开发井,为节约深层开发井的投资,可以考虑采取组合管柱防腐方案。     

储气库注采管柱螺纹失效动态风险评估*

为解决储气库注采管柱螺纹失效问题,识别注采管柱螺纹失效致因与后果,基于蝴蝶结和贝叶斯网络方法构建注采管柱螺纹动态失效风险分析模型,采用模糊集理论计算模型变量先验概率,并评估注采管柱失效后果概率,从而推断注采管柱螺纹失效关键致因因素;引入先兆数据,评估注采管柱螺纹动态失效风险态势。结果表明:气体中携带固体颗粒、上螺纹速度过快、注采温度高、地层断裂等13个因素对螺纹失效风险影响较大;螺纹失效概率逐渐增大,螺纹失效后果也越来越严重,需要监控螺纹失效关键致因以降低螺纹失效的风险。     

渤海L油田油井生产管柱腐蚀失效原因分析及对策

目的渤海L油田部分油井管柱频繁发生腐蚀失效穿孔,严重影响油田正常生产,为了延长井下管柱服役时间,对管柱腐蚀失效原因和防护对策进行分析。方法采用形貌观察、金相分析和扫描电镜等手段对失效管柱及腐蚀产物进行研究,同时从油田水离子组成、腐蚀性气体、细菌含量和管柱冲蚀等方面开展腐蚀原因分析。结果失效油井管柱主要为局部穿孔和断裂,管柱内表面呈溃疡状,颜色主要为黄褐色、黑色。失效管段的金相组织与基体的金相组织均为珠光体+铁素体,呈蜂窝状腐蚀特征。腐蚀产物主要为Fe、O和C。结论L油田油井管柱腐蚀的关键原因为油田水中溶解氧含量超标9倍以上,而氯离子质量浓度>3500 mg/L,硫酸盐还原菌超标4倍,促进了管柱的局部腐蚀。油井潜油电泵分离器入口处流体的流态变为旋流,流速大幅提升,引起冲蚀,加剧了分离器的腐蚀失效。建议L油田加强油田水中溶解氧和氯离子含量的监测和控制,腐蚀油井更换防腐油管和防腐电泵,提升分离器抗冲蚀性能。     

水平井钻磨管柱油管组合方式研究及下入安全性分析

基于钻磨管柱下入过程易造成遇卡事故,油田采用了2种线重油管的组合方式进行钻磨作业,提高了管柱的下入能力,但未能得到2种线重油管组合方式优选的可靠依据。为得到2种线重油管的最优组合方式,采用微元法对管柱单元在各井段的受力进行分析,建立钻磨管柱的下入载荷计算模型;采用编程对油田水平井进行实例计算,计算结果与实测结果对比显示模型平均误差在8.12%左右,验证了模型的正确性;基于下入载荷计算模型,进行了钻磨管柱组合特性研究及参数敏感性分析。结果表明:采用2种线重油管的组合方式能增大钻磨管柱下入能力,当大线重油管所占整个钻磨管柱的长度为井斜角70.8°左右的井深时,组合比例最优,不同的摩擦系数μ决定不同最优组合比例。     

某气田井下管柱的失效原因分析及对策

目的 分析某气田井下管柱失效的根本原因,并提出有效的解决措施,以减少同类事故的再次发生。方法 采用宏观分析、拉伸性能、化学成分分析、金相分析、腐蚀产物分析、水质分析及结垢预测等方法,对可能造成某气田井下管柱腐蚀的原因进行深入分析。结果 失效件的拉伸性能、化学成分及金相显微组织均满足标准要求,排除因材质缺陷引起腐蚀。宏观分析表明,油管外螺纹与接箍内螺纹及镗孔处存在缝隙,且在缝隙处未预涂丝扣螺纹脂,因此在含有大量 Cl^?的腐蚀性环境中发生了缝隙腐蚀。此外,由于该地层水易结垢,当 Ca CO₃垢及砂样沉积在缝隙处时,再次构成缝隙腐蚀发生的条件,从而加速腐蚀的进行。结论 在下管柱作业中,在接箍与油管旋合处有必要预涂螺纹脂,防止服役环境中的腐蚀介质在缝隙处造成缝隙腐蚀而减少井下管柱的服役寿命。     

扶正器对超深气井油管柱屈曲行为的影响研究

为对苛刻工况中超深气井油管柱的屈曲行为进行完整、定量的研究，针对塔里木油田某超深气井油管柱，采用接触问题的有限元法，建立了原始油管和带扶正器油管2种工况下的有限元模型，并对油管柱的屈曲、接触问题进行模拟。结果表明:2种工况下的油管柱均在中和点到封隔器段发生了非均匀的正弦屈曲，加扶正器油管屈曲后横向位移小，屈曲段变长，屈曲形态有所改善；该模型可以全井段对原始油管柱和带扶正器油管柱屈曲形态进行对比分析，并且可获取原始油管屈曲后与套管的接触压力及其摩擦力，可为扶正器位置设计和油套管摩擦损伤失效分析提供定量数据参考。