钻井用可膨胀波纹管技术研究

论文摘要

随着勘探开发的不断深入,深井、超深井施工的逐渐增多,钻井的难度也越来越大。特别是施工过程钻遇低压层、漏失层等复杂地层时,往往需要下入套管封固,增加套管层次,由于目前的套管程序设计简单,增加套管层次会导致完井井眼过小,给后期施工带来困难,有可能钻不到目的层或造成井眼报废,有的即使钻至目的层,但井眼太小,满足不了开采及后续修井、增产等重入作业的要求。这些问题已经成为困扰深井、超深井钻井施工的难题之一,制约着深井、超深井钻井技术水平的提高。石油工作者一直在探寻更好的方法,以便优质快速、高效地钻达目的层,最理想的是用同一种直径的钻头钻进,并用同一种直径的套管完井,可膨胀管技术正是向该方向迈出的第一步。目前应用于钻井工程中的可膨胀管技术主要有可膨胀实体管和可膨胀波纹管两种。本文针对可膨胀波纹管技术进行研究,在对国外技术进行综合对比分析的基础上,制定了可膨胀波纹管整体结构形式,优选了端面结构、连接方式、并进行了可膨胀波纹管压制和膨胀过程中的力学分析。完成了可膨胀波纹管室内试验方案的制定和设备配套,建造了多功能钻井试验台架,针对可膨胀波纹管开展了地面膨胀试验、抗内压、抗外挤试验、焊接检测试验、膨胀工具试验、综合模拟试验,证明了所研制可膨胀波纹管抗内压强度达到35MPa、抗外挤强度10MPa以上,达到并超过了国外同类产品的性能,完全满足现场施工需要。在室内进行的大量试验数据基础上,制订出了可膨胀波纹管现场施工工艺方案,进行了设备配套技术研究,优选了扩眼工具,并在江苏油田韦15-19井了漏失封堵试验,取得了圆满成功,充分证明了该项技术的发展潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 可膨胀波纹管和可膨胀实体管技术对比分析
• 1.4 研究目标、内容及技术路线
• 1.4.1 研究目标、内容
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 可膨胀波纹管整体结构设计及力学特性分析
• 2.1 可膨胀波纹管整体结构设计
• 2.1.1 可膨胀波纹管选材原则
• 2.1.2 可膨胀波纹管设计原则
• 2.1.3 可膨胀波纹管管串连接方案
• 2.2 可膨胀波纹管端面形状优选
• 2.3 可膨胀波纹管有限元力学分析模型的建立
• 2.3.1 材料的弹塑性理论
• 2.3.2 弹塑性大位移有限元理论
• 2.3.3 相互接触作用理论
• 2.3.4 接触压力
• 2.3.5 可膨胀波纹管有限元力学模型
• 2.4 波纹管成型后应力和应变
• 2.5 波纹管膨胀后应力和应变
• 2.6 波纹管膨胀过程截面变形分析
• 2.7 波纹管强度分析
• 2.7.1 抗内压强度
• 2.7.2 抗挤强度
• 第三章 可膨胀波纹管性能室内评价试验
• 3.1 可膨胀波纹管室内试验方案研究
• 3.2 试验设备设计及配套
• 3.2.1 基本结构和参数
• 3.2.2 试验台架配套
• 3.3 第一次地面膨胀试验
• 3.4 焊接检测试验
• 3.5 第二次地面膨胀试验
• 3.6 抗内压、外挤压力试验
• 3.7 机械膨胀试验
• 3.8 室内综合模拟试验
• 第四章 可膨胀波纹管现场应用技术研究
• 4.1 可膨胀波纹管现场施工程序
• 4.2 可膨胀波纹管施工设备配套技术研究
• 4.3 可膨胀波纹管扩眼技术研究
• 4.3.1 固定式扩眼器或扩孔钻头
• 4.3.2 可扩张式扩眼器
• 4.3.3 结论和建议
• 第五章 可膨胀波纹管在韦15-19 井的漏失封堵试验
• 5.1 油井基本概况
• 5.2 现场施工过程
• 5.2.1 扩眼作业
• 5.2.2 波纹管的下入
• 5.2.3 水力膨胀
• 5.2.4 机械膨胀
• 5.3 施工效果评价
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的成果
• 致谢