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完井作业油管柱失效的力学机理--以塔里木盆地某高温高压井为例
被引量：
20
1
作者
杨向同
沈新普
+3 位作者
王克林
沈国阳
耿海龙
邓鹏
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018年第7期86-92,共7页
塔里木盆地某高温高压井井深约7 000 m、地层温度180℃、地层压力120 MPa,该井在完井作业中发生两处油管工厂端丝扣根部断裂的工程问题。如何从管柱变形与应力变化进行解释并提出应对措施,进而保证管柱完整性和保障安全生产是一个值得...
塔里木盆地某高温高压井井深约7 000 m、地层温度180℃、地层压力120 MPa,该井在完井作业中发生两处油管工厂端丝扣根部断裂的工程问题。如何从管柱变形与应力变化进行解释并提出应对措施,进而保证管柱完整性和保障安全生产是一个值得讨论的问题。为此,采用有限单元法进行管柱的三维力学数值分析,建立起三维有限元管柱力学模型,模拟完井作业中下封隔器坐封、压裂、测试3个工况下的管柱结构变形,分析管柱系统的位移和应力的变化规律,进而基于疲劳强度计算的理论公式得出了疲劳安全系数的计算公式。研究结果表明:(1)依据该井完井管柱各处的轴向应力有限元数值计算结果,得到了各弯曲应力部位的疲劳安全系数值;(2)测试作业各油管段的疲劳安全系数都大于3,属于安全状态;(3)断裂的2段油管疲劳安全系数值分别为1.99和1.11,处于预警区,而其他管段的疲劳安全系数均大于1.99,属于安全区。结论认为,该方法为具有类似结构的超深高温高压井的管柱力学设计提供了有效的分析手段。
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关键词
高温高压井
管柱失效
水力压裂
三维有限元
屈曲
热膨胀
疲劳
安全系数
塔里木盆地
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职称材料
超深高温高压气井完井含伸缩管测试管柱的应力与变形特征
被引量：
17
2
作者
杨向同
沈新普
+4 位作者
崔小虎
王克林
沈国阳
王兆兵
秦涛
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第6期99-106,共8页
塔里木盆地MJ4井测试管柱长6617m,测试时井底压力为101.63MPa,完井作业过程中管柱出现了塑性变形问题,迫切需要准确地确定管柱塑性变形究竟发生在完井作业的哪个阶段。为此,采用三维有限元分析方法,结合MJ4井坐封、压裂和试油3个典型的...
塔里木盆地MJ4井测试管柱长6617m,测试时井底压力为101.63MPa,完井作业过程中管柱出现了塑性变形问题,迫切需要准确地确定管柱塑性变形究竟发生在完井作业的哪个阶段。为此,采用三维有限元分析方法,结合MJ4井坐封、压裂和试油3个典型的载荷工况,对管柱的变形和轴向应力分布进行了数值计算,总结了含伸缩管的完井测试管柱力学行为计算流程。研究内容主要包括:①提出了具有伸缩管的油管柱系统中伸缩管的伸长与闭合状态的判断依据,并给出了相应的计算原理和计算公式,计算了MJ4井油管柱伸缩管的伸长闭合状态;②给出了水力锚咬合不良产生的封隔器环空附加压差载荷的分析计算方法,模拟了其对管柱系统变形行为的影响,指出了附加压差载荷对管柱的塑性屈曲变形有着重要的影响;③计算模型引入了侧向屈曲变形的限制,从而间接考虑了接箍刚度对屈曲变形的影响,计算分析了油管柱在各种载荷共同作用下的变形情况,得到的数值结果显示与观察到的变形现象相同。研究结果表明,MJ4井管柱的塑性变形发生在压裂改造施工阶段,各种形式的液体压力载荷及重力载荷是塑性变形的主要原因。结论认为,含伸缩管测试管柱的力学计算模型可作为优化施工和管柱系统结构设计的重要理论工具和分析手段。
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关键词
完井管柱
测试
高温高压
塑性变形
屈曲
数值模拟
伸缩管
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职称材料
预防套管变形的许用压裂注入压力计算方法
被引量：
12
3
作者
沈新普
张平
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第1期87-96,共10页
注入压力是页岩气储层改造设计中的关键参数之一,较高的注入压力有利于打开地层、顺利注入压裂液和支撑剂、尽快取得较大的储层改造体积,但如果注入压力过大则套管变形的风险也会明显增加。为此,以一个工程项目为实例,提出了在保障套管...
注入压力是页岩气储层改造设计中的关键参数之一,较高的注入压力有利于打开地层、顺利注入压裂液和支撑剂、尽快取得较大的储层改造体积,但如果注入压力过大则套管变形的风险也会明显增加。为此,以一个工程项目为实例,提出了在保障套管完整性前提下的注入压力安全窗口上限即最大安全注入压力值的数值计算格式,并以四川盆地威远区块某页岩气井为例进行了验证计算。研究内容包括:(1)建立区块尺度的初始精细地应力场的三维有限元模型;(2)建立引入地层刚度非对称特性的初级子模型,以此来模拟裂缝分布的非对称属性;(3)建立包含套管、水泥环和地层材料属性的二级子模型;(4)利用子模型计算不同的注入载荷压裂引起的套管变形,判断得到满足套管变形安全要求的最大许用压裂注入压力。实例井的计算结果表明,当注入压力为80 MPa时,固井质量差、裂缝分布不对称的时候,得到的套管上最大位移点的水平位移值、垂直位移值明显小于90 MPa时的变形量,依据P110套管钢材的屈服极限判断此时的套管变形为弹性应变,该注入压力是安全的。结论认为,采用该计算方法得到的结果与工程实际吻合度高,具有合理的精度和准确性。
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关键词
水力压裂
注入压力
套管完整性
页岩气储层
水泥环
地应力
子模型
计算方法
威远区块
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职称材料
题名
完井作业油管柱失效的力学机理--以塔里木盆地某高温高压井为例
被引量：
20
1
作者
杨向同
沈新普
王克林
沈国阳
耿海龙
邓鹏
机构
中国石油塔里木油田
公司
天津辰兴工程技术有限公司
Guoyang Technology and Services LLC
出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018年第7期86-92,共7页
基金
国家科技重大专项课题“超深超高压高温气井优快建井与采气技术”(编号：2016ZX05051003)
国家自然科学基金面上项目“非常规天然气开采中关键力学问题理论与试验研究”(编号：11272216)
文摘
塔里木盆地某高温高压井井深约7 000 m、地层温度180℃、地层压力120 MPa,该井在完井作业中发生两处油管工厂端丝扣根部断裂的工程问题。如何从管柱变形与应力变化进行解释并提出应对措施,进而保证管柱完整性和保障安全生产是一个值得讨论的问题。为此,采用有限单元法进行管柱的三维力学数值分析,建立起三维有限元管柱力学模型,模拟完井作业中下封隔器坐封、压裂、测试3个工况下的管柱结构变形,分析管柱系统的位移和应力的变化规律,进而基于疲劳强度计算的理论公式得出了疲劳安全系数的计算公式。研究结果表明:(1)依据该井完井管柱各处的轴向应力有限元数值计算结果,得到了各弯曲应力部位的疲劳安全系数值;(2)测试作业各油管段的疲劳安全系数都大于3,属于安全状态;(3)断裂的2段油管疲劳安全系数值分别为1.99和1.11,处于预警区,而其他管段的疲劳安全系数均大于1.99,属于安全区。结论认为,该方法为具有类似结构的超深高温高压井的管柱力学设计提供了有效的分析手段。
关键词
高温高压井
管柱失效
水力压裂
三维有限元
屈曲
热膨胀
疲劳
安全系数
塔里木盆地
Keywords
HTHP well
String failure
Hydraulic fracturing
3D finite element
Buckling
Thermal expansion
Fatigue
Safety factor
Tarim Basin
分类号
TE925.3 [石油与天然气工程—石油机械设备]
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职称材料
题名
超深高温高压气井完井含伸缩管测试管柱的应力与变形特征
被引量：
17
2
作者
杨向同
沈新普
崔小虎
王克林
沈国阳
王兆兵
秦涛
机构
中国石油塔里木油田
公司
油气
工程
研究院
中国石油大学(华东)
天津辰兴工程技术有限公司
中国石油青海油田
公司
出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第6期99-106,共8页
基金
国家科技重大专项“超深超高压高温气井优快建井与采气技术”(编号:2016ZX05051003)
国家自然科学基金面上项目“非常规天然气开采中关键力学问题理论与试验研究”(编号:11272216)
文摘
塔里木盆地MJ4井测试管柱长6617m,测试时井底压力为101.63MPa,完井作业过程中管柱出现了塑性变形问题,迫切需要准确地确定管柱塑性变形究竟发生在完井作业的哪个阶段。为此,采用三维有限元分析方法,结合MJ4井坐封、压裂和试油3个典型的载荷工况,对管柱的变形和轴向应力分布进行了数值计算,总结了含伸缩管的完井测试管柱力学行为计算流程。研究内容主要包括:①提出了具有伸缩管的油管柱系统中伸缩管的伸长与闭合状态的判断依据,并给出了相应的计算原理和计算公式,计算了MJ4井油管柱伸缩管的伸长闭合状态;②给出了水力锚咬合不良产生的封隔器环空附加压差载荷的分析计算方法,模拟了其对管柱系统变形行为的影响,指出了附加压差载荷对管柱的塑性屈曲变形有着重要的影响;③计算模型引入了侧向屈曲变形的限制,从而间接考虑了接箍刚度对屈曲变形的影响,计算分析了油管柱在各种载荷共同作用下的变形情况,得到的数值结果显示与观察到的变形现象相同。研究结果表明,MJ4井管柱的塑性变形发生在压裂改造施工阶段,各种形式的液体压力载荷及重力载荷是塑性变形的主要原因。结论认为,含伸缩管测试管柱的力学计算模型可作为优化施工和管柱系统结构设计的重要理论工具和分析手段。
关键词
完井管柱
测试
高温高压
塑性变形
屈曲
数值模拟
伸缩管
Keywords
Completion tubing string
Well testing
HTHP
Plastic deformation
Buckling
Numerical simulation
Expansion joint
分类号
TE925.3 [石油与天然气工程—石油机械设备]
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职称材料
题名
预防套管变形的许用压裂注入压力计算方法
被引量：
12
3
作者
沈新普
张平
机构
中国石油大学(华东)
天津辰兴工程技术有限公司
中国石油集团川庆钻探
工程
有限公司
工程技术
部
出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第1期87-96,共10页
基金
国家自然科学基金面上项目"非常规天然气开采中关键力学问题理论与试验研究"(编号:11272216)
文摘
注入压力是页岩气储层改造设计中的关键参数之一,较高的注入压力有利于打开地层、顺利注入压裂液和支撑剂、尽快取得较大的储层改造体积,但如果注入压力过大则套管变形的风险也会明显增加。为此,以一个工程项目为实例,提出了在保障套管完整性前提下的注入压力安全窗口上限即最大安全注入压力值的数值计算格式,并以四川盆地威远区块某页岩气井为例进行了验证计算。研究内容包括:(1)建立区块尺度的初始精细地应力场的三维有限元模型;(2)建立引入地层刚度非对称特性的初级子模型,以此来模拟裂缝分布的非对称属性;(3)建立包含套管、水泥环和地层材料属性的二级子模型;(4)利用子模型计算不同的注入载荷压裂引起的套管变形,判断得到满足套管变形安全要求的最大许用压裂注入压力。实例井的计算结果表明,当注入压力为80 MPa时,固井质量差、裂缝分布不对称的时候,得到的套管上最大位移点的水平位移值、垂直位移值明显小于90 MPa时的变形量,依据P110套管钢材的屈服极限判断此时的套管变形为弹性应变,该注入压力是安全的。结论认为,采用该计算方法得到的结果与工程实际吻合度高,具有合理的精度和准确性。
关键词
水力压裂
注入压力
套管完整性
页岩气储层
水泥环
地应力
子模型
计算方法
威远区块
Keywords
Hydraulic fracturing
Injection pressure
Casing integrity
Shale gas reservoir
Cement sheath
Geostress
Submodel
Calculation method
Weiyuan Block
分类号
TE377 [石油与天然气工程—油气田开发工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
完井作业油管柱失效的力学机理--以塔里木盆地某高温高压井为例
杨向同
沈新普
王克林
沈国阳
耿海龙
邓鹏
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018
20
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职称材料
2
超深高温高压气井完井含伸缩管测试管柱的应力与变形特征
杨向同
沈新普
崔小虎
王克林
沈国阳
王兆兵
秦涛
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
17
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下载PDF
职称材料
3
预防套管变形的许用压裂注入压力计算方法
沈新普
张平
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
12
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职称材料
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