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Determination of the Cement Sheath Interface and the Causes of Failure in the Completion Stage of Gas Wells

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Fluid Dynamics & Materials Processing 2022年第6期18卷 1719-1735页

作者： Xuesong Xing renjun xie Yi Wu Zhiqiang Wu Huanqiang Yang CNOOC Research Institute Beijing100027China Yangtze University Wuhan430100China

The bonding quality of the cement sheath interface decreases during well completion because of the change in the casing *** explore the root cause of such phenomena,experiments on the mechanical properties and interface bonding strength of a cement sheath have been carried out taking the LS25-1 high-temperature and high-pressure(HTHP)gas field as an ***,a constitutive model of the cement sheath has been defined and verified both by means of a full-scale HTHP cement sheath sealing integrity evaluation experiment and three-dimensional finite element *** results show that the low initial cementing surface strength is the root cause of cement sheath interface bonding *** the pressure in the casing exceeds a certain limit,the stress caused by the change in the internal pressure in the casing is transmitted to the cement sheath,resulting in the degradation of the interface stiffness of the cement ***,with an increase in the casing wall thickness,the stress transmission capacity ***,it is concluded that improving the interfacial cementing strength,appropriately increasing the casing wall thickness and increasing the initial stress of the cement sheath are the keys to ensuring the sealing integrity of the cement sheath in high-temperature and high-pressure gas wells.

关键词： Gas well completion cement sheath sealing failure interfacial bonding strength damage plasticity model

Analysis of the Applicability of a Risk Quantitative Evaluation Method to High Temperature-Pressure Drilling Engineering

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Fluid Dynamics & Materials Processing 2023年第6期19卷 1385-1395页

作者： renjun xie Xingquan Zhang Baolun He Ningyu Zheng Yuqiang Xu CNOOC Research Institute Beijing100101China College of Petroleum Engineering China University of PetroleumQingdao266580China

The optimization of methods for the quantitative evaluation of risks in drilling engineering is an effective means to ensure safety in situations where high temperature and high pressure blocks are *** such a context,this study analyzes the complexity of the drilled wells in such *** is shown that phenomena such as well kick,loss,circulation,and sticking,are related to the imbalance of wellbore pressure.A method for risk quantitative evaluation is proposed *** method is used to evaluate the risk for 9 drilled *** comparing the predictions of the method with actual historical data related to these wells,it is found that the coincidence rate is about 95%.

关键词： Risk assessment applicability formation pressure

Analysis of the Microstructure of a Failed Cement Sheath Subjected to Complex Temperature and Pressure Conditions

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Fluid Dynamics & Materials Processing 2023年第2期19卷 399-406页

作者： Zhiqiang Wu Yi Wu renjun xie Jin Yang Shujie Liu Qiao Deng China University of Petroleum Beijing102249China CNOOC Research Institute Beijing100027China Zhanjiang Branch CNOOC Energy Technology&Services LimitedZhanjiang524057China Yangtze University Wuhan430100China

One of the main obstacles hindering the exploitation of high-temperature and high-pressure oil and gas is the sealing integrity of the cement *** the microstructure of the cement sheath is therefore an important *** this study,the microstructure of the cement sheath is determined using a CT scanner under different temperature and pressure *** results suggest that the major cause of micro-cracks in the cement is the increase in the casing *** the micro-cracks accumulate to a certain extent,the overall structure of the cement sheath is weakened,resulting in gas channeling,which poses a direct threat to the safe production of oil and gas.A change in the casing temperature has a limited effect on the microstructure of the cement sheath.

关键词： Cement sheath microstructure experimental study mesh model CT scan

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基于模糊控制理论的修井隔水管系统反冲控制

石油机械 2024年第9期52卷 59-66页

作者：王金龙王聚李嘉慧刘秀全盛磊祥谢仁军李彦伟中海油研究总院有限责任公司钻采研究院中国石油大学(华东)海洋油气装备与安全技术研究中心

修井隔水管系统是修井作业的关键装备,修井隔水管系统紧急解脱后的反冲过程极易发生事故。为解决修井隔水管系统反冲控制问题,降低反冲过程中发生风险的可能,基于模糊控制理论提出了一种修井隔水管系统反冲控制方法。基于液压动力学建... 详细信息

修井隔水管系统是修井作业的关键装备,修井隔水管系统紧急解脱后的反冲过程极易发生事故。为解决修井隔水管系统反冲控制问题,降低反冲过程中发生风险的可能,基于模糊控制理论提出了一种修井隔水管系统反冲控制方法。基于液压动力学建立了分体式张紧系统模型,采用集中质量法将修井隔水管柱离散成弹簧-质量-阻尼单元,建立了修井隔水管系统动力学模型。根据模糊控制理论并结合修井隔水管系统反冲控制规律,设计了模糊控制器,采用Matlab/Simulink开发修井隔水管系统仿真模型并进行仿真计算。研究结果表明,模糊控制能较好地实现修井隔水管系统反冲过程控制,相比于无控制器和PID控制,模糊控制下的反冲过程修井隔水管系统的轴向位移波峰值更低,波谷值更高,所设计的模糊控制器在不同张力比和平台运动幅值下具有较好的适应性。

关键词：修井隔水管动力学模型反冲控制模糊控制

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中心射流泵降压性能参数敏感性分析

石油矿场机械 2024年第4期53卷 10-18页

作者：谢仁军任美鹏王隽妍石昌帅赵渊昊程飞龙中海油研究总院有限责任公司北京100027 西南石油大学机电工程学院成都610500

为分析射流泵结构参数对井下环空钻井液压降的影响,应用CFD仿真软件对中心射流泵的不同结构参数产生的降压效果进行仿真分析。结合实际工况模拟了射流泵的喉管长度、喉管直径、喷嘴直径、喷嘴角度四个关键结构参数以及钻井液密度和排量... 详细信息

为分析射流泵结构参数对井下环空钻井液压降的影响,应用CFD仿真软件对中心射流泵的不同结构参数产生的降压效果进行仿真分析。结合实际工况模拟了射流泵的喉管长度、喉管直径、喷嘴直径、喷嘴角度四个关键结构参数以及钻井液密度和排量对压降影响的敏感性。同时,运用CFD-DPM方法对射流泵进行了冲蚀分析,给出冲蚀较大的区域。研究结果表明:喷嘴直径相比其他三种参数对环空压降影响较显著,喉管长度、喉管直径、喷嘴角度对环空压降影响较小;钻井液排量相对与钻井液密度对射流泵的降压效果影响更为显著;冲蚀较大区域主要出现在射流泵入口处、射流泵弯管拐角处、喷嘴缩径处。研究结果可为用于井下起抽吸降压作用的中心射流泵的结构尺寸设计提供参考。

关键词：射流泵井下工具结构尺寸敏感性降压

Strength and Stability Analysis of Deep Sea Drilling Risers

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Petroleum Science 2007年第2期4卷 60-65页

作者： Yang Jin Liu Caihong Liu Hanbin xie renjun Cao Shijing Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology China University of Petroleum Beijing 102249 China Institute of Oil and Gas Technology Changqing Oilfield CNPC Xi ＇an Shaanxi 710021 China Key Laboratory of Deepwater Engineering Technology CNOOC Oil FieM Service Company Beo＇ing 100027 China

In order to analyze the influence of vortex-induced vibration on the strength and stability of marine drilling risers, a simplified analytical model was established and a method for calculating vortex-induced dynamic response was developed. A case study indicated that at primary resonance, first-order dynamic displacement response is greater than higher-order mode responses, but the influence of dynamic moment and shearing force of higher-order modes cannot be ignored. The natural fi＇equency of risers decreased sharply with increasing length of the riser, but increased with increasing top tension. Various factors should be considered to avoid vortex-induced vibration in practical application, and the influence of vortex-induced vibration could be estimated by calculating the fatigue lifetime of riser.

关键词： Drilling riser strength vortex-induced stability

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井壁强化技术的研究及其在乐东区块的应用

钻井液与完井液 2023年第1期40卷 67-72页

作者：邢希金谢仁军邱正松李佳高健中海油研究总院有限责任公司北京100028 中国石油大学(华东) 山东青岛266580

乐东区块构造位于莺歌海盆地的凹陷斜坡带,属于典型的海上超高温高压区块,地层安全密度窗口窄,深层井漏问题突出,严重制约了乐东气田的勘探与开发。针对该区块的井漏技术难题,通过井史资料统计,分析了该区块的漏失特征及漏失机理。基于... 详细信息

乐东区块构造位于莺歌海盆地的凹陷斜坡带,属于典型的海上超高温高压区块,地层安全密度窗口窄,深层井漏问题突出,严重制约了乐东气田的勘探与开发。针对该区块的井漏技术难题,通过井史资料统计,分析了该区块的漏失特征及漏失机理。基于黏滞单元法,模拟了井壁强化作用前后的井周应力变化,并预测了预充填裂缝开度。基于新型可变裂缝封堵模拟实验装置,开展了井壁强化材料粒径及浓度优化实验研究。实验结果表明,较优粒度匹配准则为D_(50)准则,合理浓度为5%。基于乐东区块抗高温油基钻井液,优化构建了井壁强化钻井液体系配方。综合评价表明,该井壁强化配方对钻井液的流变性影响较小,砂床滤失侵入深度仅为1.5 cm,1 mm动态裂缝封堵承压能力达12 MPa以上。

关键词：井壁强化裂缝开度井周应力可变裂缝封堵实验井漏预防

深水油气开采风险评估及安全控制技术进展与发展建议

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石油钻探技术 2023年第4期51卷 55-65页

作者：张来斌谢仁军殷启帅中国石油大学(北京) 北京102249 应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249 中海油研究总院有限责任公司北京100028

深水油气资源是国际油气勘探开发的主战场和技术争夺的制高点,南海深水油气资源丰富,但面临更恶劣的深水海洋环境、更复杂的浅层地质灾害、更具挑战的深层地质条件和更苛刻的深水油气开采工况,致灾机理复杂,作业风险极高,探索适用于南... 详细信息

深水油气资源是国际油气勘探开发的主战场和技术争夺的制高点,南海深水油气资源丰富,但面临更恶劣的深水海洋环境、更复杂的浅层地质灾害、更具挑战的深层地质条件和更苛刻的深水油气开采工况,致灾机理复杂,作业风险极高,探索适用于南海深水油气开采的风险评估及安全控制技术体系,是确保深水油气安全高效开采的关键。针对深水油气开采面临的海洋环境、浅层灾害、深层地质、气井开采等四大挑战,通过技术攻关与工程实践,形成了具有南海特色的深水油气开采风险评估基础理论及关键技术体系,包括深水海洋环境风险评估与控制、深水浅层地质灾害预测与控制、深水钻井井控与应急救援、深水油气开采设施安全检测及监测等关键技术,指出超深水、深水深层、深远海等待勘探领域亟需解决复杂井作业风险高、关键核心装备和工程软件依赖进口、深水安全环保要求极高、数字智能化转型迫切等重大问题,提出了持续追求本质安全、推进关键装备和工程软件的国产化、增强高效风险防控与应急能力、智能化保安全等发展建议,以进一步推动深水油气开采风险评估及安全控制技术的发展与进步,实现南海深水油气安全、高效、自主、可控开发。

关键词：深水油气开采风险评估安全控制海洋环境浅层建井深水井控结构监测

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超深水浅层建井关键技术创新与实践

石油学报 2022年第10期43卷 1500-1508页

作者：杨进傅超刘书杰张伟国谢仁军吴怡中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中海石油(中国)有限公司海南分公司海南海口570000 中海石油(中国)有限公司深圳分公司广东深圳518000 中海油研究总院有限责任公司北京100028

中国南海油气资源丰富,但70%分布在深水区域。深水钻井实践表明,60%的钻井事故源自海底以下几百米的未成岩浅层,因此浅层建井是整个深水钻井成功的关键。针对超深水浅层存在海底土力学参数不易获取、浅层地质灾害精确预测困难、井身结... 详细信息

中国南海油气资源丰富,但70%分布在深水区域。深水钻井实践表明,60%的钻井事故源自海底以下几百米的未成岩浅层,因此浅层建井是整个深水钻井成功的关键。针对超深水浅层存在海底土力学参数不易获取、浅层地质灾害精确预测困难、井身结构精准设计和作业安全控制不易等难题,从理论模型、室内模拟实验和现场实践等方面开展了研究。根据土体固结理论及声速梯度特征,基于浅层地震剖面数据,创建了深水浅层土体密度、抗剪强度关键参数预测模型。基于超深水模拟实验装置,建立了水下井口实时承载力模型,形成了深水浅层精准井身结构设计方法。基于地震纵波在深水浅部含气或含水地层中产生不同声速响应的特征,建立了含浅层气、浅水流地层纵波速度随水深、地层密度的双参数方程,形成了超深水浅层地质灾害预测模型。基于浅层喷射下表层导管的原理,提出了“表层导管+表层套管”二合一复合钻井作业模式。研究成果成功应用于西太平洋第一口超深水井——荔湾22-1-1井(水深为2619.35 m)。其中,南海超深水表层导管下入深度达100.1 m,浅层表层导管安装时间仅为2.25 h,保障了荔湾22-1-1井的高效、安全作业。

关键词：南海超深水深水浅层钻井设计安全控制