尾管固井过程中管柱拉力—扭矩分析

论文摘要

随着石油天然气资源的不断开采利用,深井、超深井、大斜度井、小井眼小间隙井等特殊井不断增多,尾管固井工艺是提高深井和特殊井固井质量最常用的一种方法。但由于对尾管固井理论认识不够,大都是凭借经验进行操作,缺乏科学性,特别是对尾管柱和钻柱力学分析不足,使得经常出现例如坐封不住、尾管扭断、固井不合格等严重井下事故,甚至导致全井报废,造成严重的经济损失。因此,对下套管和固井过程进行力学分析具有重要的现实意义。尾管固井是用送入钻具和悬挂器的方式,将一段套管柱送至设计井段,并将其悬挂在上层套管尾部的设计位置,在倒扣、注水泥后拔出悬挂器中心管,循环冲出多余水泥,最后起出送入钻具的过程。本文旨在更详尽、更准确地考虑各种影响因素,对固井各阶段管柱的受力状况进行更细致、更确切的分析。首先,调研了尾管固井技术的国内外研究现状,在认为水泥浆粘度和切力为常数的条件下,根据导师的油气井杆管柱力学基本方程,建立了定向井尾管柱和送入钻柱各种情况下的拉力—扭矩模型;其次,分析总结了油井水泥的水化作用随时间的变化;再次,基于水泥浆的时变性对前面所建模型进行修正,并指出置换完成后继续旋转尾管的必要性;最后,根据上述理论研究和现场施工需要,利用VB2008研制开发了固井工程分析软件,对指导现场实践具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 问题的提出及研究意义
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 尾管固井拉力—扭矩模型建立
• 2.1 旋转尾管固井工艺
• 2.1.1 旋转尾管固井工艺概述
• 2.1.2 旋转尾管固井作业规程
• 2.1.3 旋转尾管的作用
• 2.2 建立拉力—扭矩微分方程
• 2.2.1 影响尾管柱拉力和扭矩的因素
• 2.2.2 基本假设
• 2.2.3 坐标系
• 2.2.4 尾管柱稳态拉力—扭矩微分方程
• 2.3 确定边界条件
• 2.3.1 监测作业过程
• 2.3.2 预测过程
• 2.3.3 大钩负荷与指重表读数的关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于水泥时变性的拉力—扭矩模型修正
• 3.1 油井水泥时变性分析
• 3.1.1 分析时变性的必要性
• 3.1.2 油井水泥成分
• 3.1.3 油井水泥的水化作用
• 3.2 水泥时变性方程
• 3.2.1 水泥浆常用的流变方程
• 3.2.2 温度、压力对水泥浆流变性能及摩阻的影响
• 3.3 修正水泥结构力和动力粘度
• 3.3.1 动切力变化的影响
• 3.3.2 动力粘度变化的影响
• 3.4 继续旋转套管必要性分析
• 3.4.1 实验研究
• 3.4.2 理论研究
• 3.4.3 实验总结
• 3.5 本章小结
• 第4章 固井工程分析软件的研制
• 4.1 软件简介
• 4.2 文件管理系统
• 4.3 数据录入系统
• 4.4 实用功能系统
• 4.4.1 井筒轨道显示
• 4.4.2 套管柱设计分析
• 4.4.3 套管柱拉力扭矩分析
• 4.4.4 数据库
• 4.5 版权
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介