亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        氣井套管環(huán)空密封失效預(yù)防措施初探

        2018-10-09 03:19:34趙效鋒張慶生
        斷塊油氣田 2018年5期

        趙效鋒,張慶生

        (1.中國(guó)石化中原油田分公司石油工程技術(shù)研究院,河南 濮陽(yáng) 457001;2.中國(guó)石化中原油田普光分公司,四川 達(dá)州 635000)

        0 引言

        氣竄引起的套管環(huán)空帶壓一直是高壓氣井面臨的難以解決的問(wèn)題之一[1-4]?,F(xiàn)有的環(huán)空帶壓治理措施,如擠水泥修復(fù)和化學(xué)堵漏等,均存在成本高、效果差和作業(yè)難度大等問(wèn)題[5-6]。鑒于此,作業(yè)商一般不愿意治理環(huán)空帶壓?jiǎn)栴}[7]。而氣井一旦出現(xiàn)了此類問(wèn)題,無(wú)論采取何種補(bǔ)救和治理措施,都勢(shì)必會(huì)付出巨大的時(shí)間、人工和經(jīng)濟(jì)成本,極大地降低了氣井開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

        但若能從建井之初采取措施,完全或某種程度上預(yù)防氣井環(huán)空密封失效問(wèn)題的發(fā)生,避免由此導(dǎo)致的環(huán)空帶壓?jiǎn)栴},將會(huì)起到防患未然、事半功倍的作用。本文基于氣井套管環(huán)空密封失效的原因分析,提出了一種套管環(huán)空密封失效預(yù)防措施。通過(guò)理論計(jì)算驗(yàn)證其有效性,并對(duì)措施中關(guān)鍵材料性能的影響規(guī)律進(jìn)行分析,以確定其種類,初步制定出室內(nèi)試驗(yàn)方案,并對(duì)試驗(yàn)試樣進(jìn)行試制。

        1 方案的提出及理論驗(yàn)證

        1.1 方案設(shè)想

        固井水泥凝固以后,可能會(huì)因后續(xù)作業(yè)而遭到破壞,導(dǎo)致水泥環(huán)本體產(chǎn)生微裂縫,固井界面出現(xiàn)微環(huán)隙[8-9]。其中:水泥環(huán)本體破壞(如裂縫、破碎)的主要原因是套管內(nèi)溫度、壓力過(guò)高[10-11];而對(duì)于固井界面不但與壓力過(guò)高有關(guān),還與各種工況下套管壓力的交替變化有關(guān)[12]。但無(wú)論何種形式破壞,過(guò)高的套管壓力總是其直接原因;因此,減小套管壓力對(duì)水泥環(huán)的影響,是預(yù)防套管環(huán)空密封失效的首要措施。

        基于以上分析,筆者提出在套管外壁黏附一層彈性材料作為緩沖層,利用緩沖層吸收套管變形能量,來(lái)改善套管壓力下水泥環(huán)的受力狀況,以達(dá)到預(yù)防水泥環(huán)破壞而造成套管環(huán)空密封失效的目的。

        1.2 理論驗(yàn)證

        對(duì)有、無(wú)緩沖層2種條件下,不同套管壓力對(duì)水泥環(huán)應(yīng)力分布及失效特征進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。計(jì)算時(shí),假設(shè)套管和地層為線彈性材料,水泥環(huán)為彈塑性材料,以摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則為破壞準(zhǔn)則,此問(wèn)題可簡(jiǎn)化為彈塑性厚壁筒的平面應(yīng)變問(wèn)題。由于計(jì)算公式[13-14]過(guò)于復(fù)雜,在此不再贅述。

        分析中,假設(shè)套管緩沖層為完全彈性體,彈性模量為3.0 GPa,泊松比為0.25,厚度為4.0 mm。選取套管壓力為15~90 MPa,以15 MPa間隔取值;地應(yīng)力為40 MPa。模型介質(zhì)幾何參數(shù)和材料特性見(jiàn)表1。

        表1 模型介質(zhì)幾何參數(shù)和材料特性

        由于套管壓力逐漸增大時(shí),水泥環(huán)塑性破壞最先產(chǎn)生于水泥環(huán)內(nèi)壁[11,13],因此,選取水泥環(huán)內(nèi)壁的徑向應(yīng)力和等效塑性應(yīng)變值作為分析對(duì)象。

        經(jīng)計(jì)算得出有、無(wú)緩沖層條件下水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力隨套管壓力變化情況(見(jiàn)圖1)。從圖1可以看出,相較于無(wú)緩沖層,有緩沖層時(shí),不同套管壓力下水泥環(huán)內(nèi)壁的徑向應(yīng)力均顯著減小,平均減小25%。這說(shuō)明加入緩沖層可有效減小水泥環(huán)受力,降低套管壓力對(duì)水泥環(huán)的破壞。

        圖1 水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力隨套管壓力變化情況

        圖2為有、無(wú)緩沖層條件下水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變隨套管壓力的變化情況。

        圖2 水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變隨套管壓力變化情況

        由圖2可以看出:無(wú)緩沖層的情況下,當(dāng)套管壓力為45 MPa時(shí),水泥環(huán)內(nèi)壁出現(xiàn)塑性變形,且隨著套管壓力的進(jìn)一步增大,水泥環(huán)塑性破壞程度越來(lái)越嚴(yán)重;有緩沖層的情況下,套管壓力增至90 MPa時(shí),水泥環(huán)內(nèi)壁才出現(xiàn)塑性變形,且等效塑性應(yīng)變值遠(yuǎn)小于無(wú)緩沖層時(shí)。由此說(shuō)明,加入緩沖層確實(shí)可以有效保護(hù)水泥環(huán),避免其被過(guò)早破壞。

        通過(guò)以上分析,從理論上驗(yàn)證了該措施的有效性。也就是說(shuō),通過(guò)在套管外壁黏附特定厚度和力學(xué)性質(zhì)的緩沖層,可以完全或某種程度上避免水泥環(huán)的破壞,這種預(yù)防因水泥環(huán)破壞而造成氣井環(huán)空密封失效的措施,在理論上是可行的。

        2 緩沖材料力學(xué)特性分析

        緩沖層的作用是吸收套管變形的能量,需具備特定力學(xué)性質(zhì)。筆者通過(guò)對(duì)緩沖層彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析,優(yōu)選出了其合理取值范圍。

        2.1 彈性模量的影響

        對(duì)不同套管壓力下,緩沖層彈性模量對(duì)水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變和徑向應(yīng)力的影響進(jìn)行了分析。假設(shè)緩沖層厚度為4.0 mm,泊松比為0.25,選取100.0,50.0,25.0 GPa等11種緩沖層彈性模量(其余參數(shù)不變)。不同彈性模量緩沖層下水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變情況見(jiàn)圖3。

        圖3 緩沖層彈性模量對(duì)水泥環(huán)等效塑性應(yīng)變的影響

        從圖3可看出:緩沖層彈性模量減小,可降低水泥環(huán)等效塑性應(yīng)變;當(dāng)緩沖層彈性模量降到足夠低(小于10.0GPa)時(shí),便可完全避免水泥環(huán)出現(xiàn)塑性破壞。

        圖4為套管壓力15 MPa時(shí),水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力隨緩沖層彈性模量的變化情況。

        圖4 水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力隨緩沖層彈性模量變化情況

        從圖4可以看出,緩沖層彈性模量降低可減小水泥環(huán)內(nèi)壁受力。其中:較高(A區(qū),大于等于10.0 GPa)與較低(C區(qū),小于等于10.0 MPa)的彈性模量范圍內(nèi),彈性模量對(duì)水泥環(huán)徑向應(yīng)力影響的敏感性較低。在此范圍內(nèi)選取不同的緩沖層彈性模量,水泥環(huán)所受徑向應(yīng)力差別不大。當(dāng)緩沖層彈性模量處于中間水平(B區(qū),介于10.0 MPa和10.0GPa)時(shí),水泥環(huán)徑向應(yīng)力對(duì)彈性模量的變化比較敏感。在此范圍內(nèi),不同緩沖層彈性模量下水泥環(huán)所受徑向應(yīng)力差別較大。鑒于對(duì)水泥環(huán)的保護(hù)效果,建議緩沖層彈性模量應(yīng)小于10.0 MPa。

        2.2 泊松比的影響

        對(duì)不同套管壓力下,緩沖層泊松比對(duì)水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變和徑向應(yīng)力的影響進(jìn)行了分析。假設(shè)緩沖層厚度為4.0mm,彈性模量為1.0GPa,選取0.10,0.20,0.30,0.40,0.50等 5種泊松比(其余參數(shù)不變)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。從圖5可以看出,較低的緩沖層泊松比有利于避免水泥環(huán)出現(xiàn)塑性破壞,從而保護(hù)水泥環(huán)。從圖6(套管壓力15 MPa下)可以看出:隨著緩沖層泊松比的降低,水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力呈減小趨勢(shì);當(dāng)泊松比足夠小(0.20)時(shí),對(duì)水泥環(huán)徑向應(yīng)力的減弱作用已達(dá)到極限,即使再減小泊松比,也無(wú)法進(jìn)一步降低水泥環(huán)徑向應(yīng)力。因此,優(yōu)選出緩沖層泊松比在0.20~0.50。

        圖5 緩沖層泊松比對(duì)水泥環(huán)等效塑性應(yīng)變的影響

        圖6 水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力隨緩沖層泊松比變化情況

        3 緩沖層厚度分析

        對(duì)不同厚度緩沖層下水泥環(huán)等效塑性應(yīng)變和徑向應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行了分析。假設(shè)緩沖層彈性模量為1.0 GPa,泊松比為0.25,選取1.0~7.0 mm的7種緩沖層厚度(其余參數(shù)不變)。不同厚度緩沖層下水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變變化情況見(jiàn)圖7。

        圖7 緩沖層厚度對(duì)水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變的影響

        從圖7可以看出,隨著緩沖層厚度增加,套管壓力對(duì)水泥環(huán)內(nèi)壁等效塑性應(yīng)變的影響減小趨勢(shì)明顯,而當(dāng)緩沖層足夠厚(本例為7.0 mm)時(shí),則可完全避免水泥環(huán)出現(xiàn)塑性變形。

        而從套管壓力15 MPa下水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力隨緩沖層厚度變化情況(見(jiàn)圖8)來(lái)看,緩沖層厚度對(duì)水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力的影響并非線性關(guān)系。整體上看,隨著緩沖層厚度的增加,水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力呈下降趨勢(shì),但緩沖層厚度達(dá)到一定程度后,其對(duì)水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力的降低作用逐步減弱。因此,優(yōu)選出的緩沖層厚度需大于4.0 mm。由于緩沖層會(huì)侵占一部分環(huán)空空間,致使水泥環(huán)變薄,所以,緩沖層并非越厚越好。

        圖8 水泥環(huán)內(nèi)壁徑向應(yīng)力隨緩沖層厚度變化情況

        4 緩沖材料確定及試樣試制

        根據(jù)緩沖材料力學(xué)性能的分析結(jié)果,對(duì)滿足條件的緩沖材料進(jìn)行了篩選。最終基于工藝和成本方面的考慮,確定緩沖材料種類為橡膠(常見(jiàn)橡膠的彈性模量為7.8 MPa,泊松比為0.47)。通過(guò)對(duì)不同配方的橡膠試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),優(yōu)選出了具有特定硬度、彈性,具有耐熱、耐磨、耐油特性的丁腈橡膠用于室內(nèi)試驗(yàn)的試樣試制。配合室內(nèi)試驗(yàn)試制了有、無(wú)緩沖層φ114.3 mm套管2種試樣(見(jiàn)圖9)。有緩沖層試樣試制過(guò)程表明,該措施具有成本低、工藝簡(jiǎn)便、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。

        圖9 有、無(wú)緩沖層φ114.3 mm套管試樣

        室內(nèi)試驗(yàn)采用水泥環(huán)應(yīng)變/溫變破壞模擬裝置。該裝置可模擬φ152.4 mm井眼、φ114.3 mm套管固井作業(yè),對(duì)不同套管內(nèi)壓力(最高70 MPa)、溫度(最高160℃)和不同圍壓(最高35 MPa)條件下的水泥環(huán)氣竄狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),定量評(píng)判是否發(fā)生套管環(huán)空密封失效。

        5 結(jié)論

        1)通過(guò)在套管外壁黏附緩沖層來(lái)消除或減弱套管壓力對(duì)水泥環(huán)的應(yīng)力破壞,以預(yù)防環(huán)空帶壓等導(dǎo)致的氣井套管環(huán)空密封失效,該措施在理論上是可行的。

        2)緩沖層應(yīng)具備較低的彈性模量、泊松比及足夠的厚度。本文優(yōu)選出的緩沖層彈性模量應(yīng)小于10.0 MPa,泊松比 0.20~0.50,厚度大于 4.0 mm。

        3)初步確定緩沖材料為橡膠,并對(duì)試樣進(jìn)行了試制。試樣試制過(guò)程表明,該措施具有成本低、工藝簡(jiǎn)便、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。

        香蕉久久福利院| 国产精品亚洲一区二区三区16| 蜜桃视频在线看一区二区三区| 中文字幕丰满伦子无码| 免费观看国产精品| 日产乱码一区二区国产内射| 日本不卡视频一区二区| 国产精品特级毛片一区二区三区 | 国内老熟妇对白xxxxhd| 日韩偷拍一区二区三区视频| 国产一区二区三区在线影院| 国产精品理论片在线观看| 国产免费av片在线观看播放| 久久精品国产亚洲黑森林| 日韩三级一区二区三区四区| 无码一区二区三区| 欧美日韩一卡2卡三卡4卡 乱码欧美孕交 | 图片区小说区激情区偷拍区| 国产欧美日韩综合一区二区三区| 在线视频播放观看免费| 久久99精品久久久久久清纯| 国内精品久久久久久中文字幕| 欧美成人高清手机在线视频| 亚洲一区二区三区免费的视频| 4hu四虎永久免费地址ww416| 无尽动漫性视频╳╳╳3d| 国产一区二区三区免费精品| 北条麻妃在线中文字幕| 中文字幕日韩人妻不卡一区| 高清国产日韩欧美| 国产白浆流出一区二区| 国产精品日日做人人爱| 洗澡被公强奷30分钟视频| 无码a级毛片免费视频内谢| 中文字幕综合一区二区三区| 亚洲av永久无码精品放毛片| 人妻少妇精品无码专区二| 久久这黄色精品免费久| 无套内内射视频网站| 破了亲妺妺的处免费视频国产 | 在线免费毛片|