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复杂深井完井作业管柱力学与安全可靠性-油气CAE技术研究室
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复杂深井完井作业管柱力学与安全可靠性
 

研究背景

我国西部油田油气井具有井深、温度高、工况复杂的特点,油气藏埋深5000-7000m,地层温度120-200℃,地层压力58-61MPa左右,压力系数1.077-1.1(如极限情况TS-1井:井深8400m、井温150-170℃,压力80-85MPa)。部分井在完井、酸压、采油、测试等过程中出现封隔器座封或解封失败、动态监测入井工具串上提遇卡等问题,给前期完井生产和后期动态监测带来很大影响,尤其是对完井管串中带机械封隔器的井,机械封隔器依靠自身重量加载座封, 井内管柱受力发生弯曲,造成测压工具串下入时顺利,上提遇卡的问题比较突出。

存在的问题

部分井在完井、酸压、采油、测试等过程中出现封隔器座封或解封失败、入井工具串上提遇卡等问题,给完井生产和动态监测带来很大影响。尤其是对完井管串中带机械封隔器的井,机械封隔器依靠自身重量加载座封, 井内管柱受力发生弯曲,造成测压工具串下入时顺利,上提遇卡的问题比较突出。遇卡的规律主要表现如下:
1)遇卡点大多在封隔器以上100m以内,说明由于机械坐封产生的最大管柱弯曲形变发生在封隔器以上100m以内。
2)工具串的配重与遇阻(卡)没有联系,油田发生遇阻(卡)的工具串配重小到18kg,大到86kg,没有规律。工具串长度越长,越容易发生遇阻(卡)。
3)坐封时压缩距越大,加压吨位越大,管柱的弯曲变形也大,后期发生遇阻(卡)可能性越大。
4)管柱弯曲变形与管柱外套管内径也有一定关系,管柱在7″套管中发生形变比其在95/8″套管中发生的形变小。
5)由于完井管柱的受力除受封隔器坐封影响外,影响其受力的因素很多。在管柱受力分析中目前多采用经典方法(鲁宾斯基方法),由于经典方法用于计算的误差较大,难以满足现场实际需要。

研究目的

针对油田深层、高压、高温油气井,全面地分析井内管柱在不同工况(完井、酸压、采油、试井、座解封等)下的力学性能(外载、变形、应力、稳定性等),并以此指导管柱的设计和施工参数的合理选择,避免发生管柱失效和测压遇卡事故。为此开展完井、酸压、采油、试井、座解封等工况下的管柱受力、变形、应力和强度分析研究,开发管柱力学分析软件,解决超深井的完井、酸压、采油、试井作业中封隔器和管柱的优化设计问题,研究机械封隔器座封管柱对后期动态监测的影响规律,以指导现场生产。
 
取得成果
完成复杂深井完井管柱优化设计软件,现场应用几十口井的设计。


 
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