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自解封桥塞的结构设计与强度分析

机械工程师 2024年第7期 142-145页

作者：姚勇辉海默科技(集团)股份有限公司兰州730010

针对可溶桥塞的承压能力较弱的问题,提出一种基于漂珠/镁合金可溶复合材料特性的自解封桥塞,利用有限元仿真分析软件对其结构进行了强度分析。分析结果证明,中心管、球座及卡瓦锚定机构耐压可达70 MPa,胶筒密封机构可以在大于36 kN的轴... 详细信息

针对可溶桥塞的承压能力较弱的问题,提出一种基于漂珠/镁合金可溶复合材料特性的自解封桥塞,利用有限元仿真分析软件对其结构进行了强度分析。分析结果证明,中心管、球座及卡瓦锚定机构耐压可达70 MPa,胶筒密封机构可以在大于36 kN的轴向载荷作用下开始接触套管内壁并形成环空密封,满足一般泵送电缆桥塞多级水平井分段压裂工艺使用要求。

关键词：自解封桥塞结构设计强度分析

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水平井泵送桥塞工具串可通过性研究

钻探工程 2024年第1期51卷 23-30页

作者：苏鹏冯梓波刘永升侯子扬李渭亮中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院新疆乌鲁木齐830011 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

水平井泵送桥塞射孔联作工艺在页岩气、页岩油、致密油等非常规油气储层开发中得到了广泛的应用。该工艺通过水力泵送的方式,把携带有可钻桥塞和多级射孔枪连结成的工具串送到指定位置。由于井眼轨迹、井筒环境复杂,泵送遇阻、遇卡事故... 详细信息

水平井泵送桥塞射孔联作工艺在页岩气、页岩油、致密油等非常规油气储层开发中得到了广泛的应用。该工艺通过水力泵送的方式,把携带有可钻桥塞和多级射孔枪连结成的工具串送到指定位置。由于井眼轨迹、井筒环境复杂,泵送遇阻、遇卡事故时有发生。本文根据水平井泵送桥塞在套管中的空间结构特点和工具串构型对工具串进行针对性简化,明确在一定狗腿度下工具串在弯曲井段中与井筒的几何关系,提出泵送桥塞工具串与管壁接触点确定方法,并分析其在弯曲井段受力弯曲特性,建立可通过性判别准则。根据实际案例,进行包括井眼轨迹、最大狗腿度与管壁内径的影响因素分析,给出泵送工具串配置参数优化方案,以减少井下事故的发生。

关键词：非常规油气储层开发水平井桥塞工具串通过性

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海上探井压裂测试管柱研究与应用

化工设计通讯 2024年第1期50卷 31-33页

作者：王成龙韩成王应好郭宇堃徐靖中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江524057

海上探井压裂测试作业日渐增多,压裂测试管柱关系到压裂作业安全、地层资料的求取,压裂测试管柱设计是海上探井测试作业的重要一环。综述了海上单层压裂测试包括管柱常规型压裂测试管柱及改良型压裂测试管柱的优缺点,分层压裂测试管柱... 详细信息

海上探井压裂测试作业日渐增多,压裂测试管柱关系到压裂作业安全、地层资料的求取,压裂测试管柱设计是海上探井测试作业的重要一环。综述了海上单层压裂测试包括管柱常规型压裂测试管柱及改良型压裂测试管柱的优缺点,分层压裂测试管柱包括滑套封隔器分层压裂管柱、电缆桥塞分层压裂管柱优缺点,及关键工具作用原理和关键作业流程。以上这些压裂测试管柱均成功应用于海上压裂作业和设计中,为海上压裂测试管柱的选择提供参考。

关键词：压裂测试压裂滑套可溶球分层压裂桥塞

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自解封桥塞的结构设计与优化

自解封桥塞的结构设计与优化

作者：姚勇辉兰州理工大学

学位级别：硕士

在众多类型的水平井分段压裂工具中,桥塞因其方便性和灵活性,压裂级数不受限制,在水平井分段压裂工艺中应用广泛。在压裂作业结束后,需要尽快解除桥塞对套管的封隔,恢复油气生产。因此,这种桥塞需要具备快速可靠的解封能力。近年来国内... 详细信息

在众多类型的水平井分段压裂工具中,桥塞因其方便性和灵活性,压裂级数不受限制,在水平井分段压裂工艺中应用广泛。在压裂作业结束后,需要尽快解除桥塞对套管的封隔,恢复油气生产。因此,这种桥塞需要具备快速可靠的解封能力。近年来国内在压裂用可溶材料方面的不断研究,打破了国外在这方面的技术垄断和封锁,可溶解桥塞是近几年国内相关研究的主要方向。通过研究和对比目前国内外几种可溶桥塞产品的结构,注意到这些桥塞多是参照非金属易钻桥塞的结构,机械地将非金属复合材料用可溶材料替换,未考虑可溶材料的特性而进行有针对性的结构设计。针对上述问题,本文提出一种利用可溶材料实现自解封的桥塞,并对其结构进行设计、分析与优化。本文的主要研究工作与成果如下:(1)设计了一种自解封桥塞,其中心管、卡瓦固定环和锥体采用漂珠/镁合金可溶复合材料制成。在压裂作业后,可溶材料部分在井底液的浸泡和冲蚀作用下逐渐溶解。卡瓦组随之解体,桥塞失去锚定力,最终脱落而自行解封。(2)根据一般多级水平井分段压裂工艺使用要求,确定了桥塞的总体结构、主要技术参数、材料和结构尺寸。对桥塞的中心管、球座密封机构、卡瓦锚定机构、环空密封机构、防提前坐封机构和丢手机构等关键部件和机构进行结构设计和分析,得到合理的结构设计方案。(3)根据自解封桥塞在井下流体运动中的力学分析,得到了桥塞在下井作业中的接头拉力计算模型,得出在一般作业情况下,流体运动对自解封桥塞造成的影响较小,不会对桥塞的结构设计产生影响。(4)利用有限元仿真分析软件,对桥塞的中心管、卡瓦锚定机构和环空密封机构等关键部件在使用条件下的应力和形变分布情况进行分析,寻找结构上的优化点。通过改变设计结构,对比有限元分析分析结果,得到一般变化规律,在此基础上对结构进行优化和改进,改善局部应力集中情况,降低可溶材料使用量,提高桥塞的使用可靠性。

关键词：自解封桥塞结构设计优化

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多段压裂水平井套管变形分析及压裂桥塞改进

多段压裂水平井套管变形分析及压裂桥塞改进

作者：刘爱北京化工大学

学位级别：硕士

随着世界经济的发展对于油气需求的不断增加,以及常规原油不断减少,容易开采的常规原油逐渐减少,加大非常规油气资源的勘探、开发成为主要趋势。目前我国开采非常规油气的主要方式为水平井结合大型水力压裂技术,主要的开采原理将水平井... 详细信息

随着世界经济的发展对于油气需求的不断增加,以及常规原油不断减少,容易开采的常规原油逐渐减少,加大非常规油气资源的勘探、开发成为主要趋势。目前我国开采非常规油气的主要方式为水平井结合大型水力压裂技术,主要的开采原理将水平井分为若干段,段内射孔多簇进行分段压裂施工,通过地面泵车向地下注入压裂液到井筒中,从而在深井岩层中形成缝隙,石油从裂缝流出实现开采。套管是油气开采过程中的生产通道,由于其在高压压裂、射孔、非均质地层等条件下工作,现场工作过程中极易出现变形损坏现象,影响现场压裂开采。因此探究套管在分段压裂过程中套变的影响要素及其规律,可以为页岩油的开采提供科学依据和技术支持,从而实现高效、可持续的开发。本文针对国家新开发区块济阳页岩油开发过程中的套损问题,具体研究工作如下:(1)依据济阳区块测井、录井资料和现场施工数据,分析区块地质构造和利页1XX页岩油井的开发现状,根据自然伽马测井值获得了岩石力学参数和地应力大小:岩石弹性模量15GPa,体积密度2.4g/cm,垂直地应力为86.9MPa,最小水平地应力90MPa,最大水平地应力98MPa,地层孔隙压力为52.2MPa。根据现场施工数据求得套管在不同压裂施工排量作业下的载荷大小。(2)针对济阳页岩利页1XX页岩油井的固井质量,将水泥环形态简化为完全缺失和非完全缺失进行数值研究,通过分析非均匀地应力条件下套管应力的解析解和有限元解验证了模型建立合理性,得到水泥环不同状态下缺失角度、缺失深度和水泥环力学性能对套管应力的影响规律:水泥环在缺失严重时(缺失角度大于50°或缺失深度大于25mm)会使套管发生强度破坏,水泥环缺失的临界部位是最容易发生套损的部位;套管的最大应力随水泥环弹性模量的增大而减小,而受泊松比影响较小。(3)根据现场施工条件开展多级压裂过程中工程参数对套管的应力影响,采用有限元软件ABAQUS模拟套管在射孔参数、压裂参数、断层滑移影响因素下的受力,研究压裂过程中套管应力随工程参数影响的变化规律。不同射孔参数对套管敏感度的影响程度:射孔密度>孔径>射孔相位;不同施工参数对套管周围非均匀地应力差影响规律:随施工排量的增加,裂缝宽度和地应力差增加;随注液时间的增加,地应力差先降低再增加直至趋于稳定,注液时间与裂缝扩展长度成正比;压裂段间距与地应力差变化成反比,当压裂间距为18m后,再增大到压裂间簇以降低套管周围地应力的方法对套管应力作用影响不大;不同断层滑移参数对套管应力影响:随滑移距离的增加,套管所承受的最大等效应力也逐渐上升,套管的形变量呈线性增加;当断层滑移距离超过7.8mm后,套管内壁断层界面处大等效应力已经超过屈服强度;当潜在激活的断层区块断层倾角大于45°的位置时靠近断层附近不应该进行压裂施工。(4)在前面章节分析套管变形的基础上,根据套管最终受力变形情况指出常规压裂工具桥塞尺寸的不足,结合油气田生产的实际需求,设计了一种小尺寸可溶桥塞,主要包括中心机构、卡瓦锚定机构、桥塞密封:中心管外径尺寸为68mm,内径40mm,总体长度尺寸为620mm;卡瓦外径尺寸为90mm,内径68mm,长度尺寸为60mm;密封机构胶筒组外径尺寸为100mm,内径69mm,总体长度尺寸为184mm;并对以上结构进行强度校核和密封校核,可满足井下压裂环境的强度和密封性使用要求。

关键词：济阳页岩固井质量套管强度压裂桥塞

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桥塞中金属密封套筒裂纹分析与优化

塑性工程学报 2017年第3期24卷 191-196页

作者：王志坚马震张士宏陈岩徐勇陈大勇尚晓峰沈阳航空航天大学机电工程学院辽宁沈阳110136 中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016

基于一种金属对金属密封套筒结构内侧翻转直角槽和薄壁圆弧内缘根部的裂纹缺陷,采用试验和模拟相结合的方式,分析裂纹产生的原因。以翻转直角槽过渡圆角和薄壁圆弧内缘根部过渡圆角的大小为设计变量,通过构建数学优化模型,得出最佳数值... 详细信息

基于一种金属对金属密封套筒结构内侧翻转直角槽和薄壁圆弧内缘根部的裂纹缺陷,采用试验和模拟相结合的方式,分析裂纹产生的原因。以翻转直角槽过渡圆角和薄壁圆弧内缘根部过渡圆角的大小为设计变量,通过构建数学优化模型,得出最佳数值,并对优化结果进行验证。结果表明,翻转直角槽过渡圆角取1.5 mm、薄壁圆弧内缘根部过渡圆角取3.0 mm时,翻转直角槽的最大等效塑性应变为0.31142、薄壁圆弧内缘根部的最大等效塑性应变为0.105129、薄壁圆弧处接触应力最大值可以达到1401.61 MPa,坐封后金属密封件密封性能稳定良好,没有出现裂纹缺陷。

关键词：桥塞金属密封套筒裂纹

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桥塞坐封过程仿真模拟研究

西南石油大学学报（自然科学版） 2013年第2期35卷 164-169页

作者：何祖清丁士东练章华彭汉修林铁军中国石化石油工程技术研究院北京朝阳100101 "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室.西南石油大学四川成都610500

桥塞作为井下封层技术的关键设备,由于它施工工序少、周期短、卡封位置准确而得到了广泛应用。针对设计的可钻式非金属桥塞坐封过程开展模拟研究,涉及弹塑性材料接触、超弹性材料接触和非金属材料动态断裂的非线性动力学问题,利用有限... 详细信息

桥塞作为井下封层技术的关键设备,由于它施工工序少、周期短、卡封位置准确而得到了广泛应用。针对设计的可钻式非金属桥塞坐封过程开展模拟研究,涉及弹塑性材料接触、超弹性材料接触和非金属材料动态断裂的非线性动力学问题,利用有限元法建立该桥塞全尺寸模型和所有部件之间的广义接触关系,通过有限元模拟动态坐封过程获得桥塞各部件运动变形特性、桥塞与套管之间的密封特性和动态坐封力等数据,该桥塞坐封完成时,坐封机构部件轴向位移110 mm,坐封力约45 kN。模拟坐封也为进一步优化该型桥塞的结构和评估坐封性能提供了理论依据,对该型桥塞的推广应用奠定了基础。

关键词：桥塞坐封过程密封有限元动力学

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老井井下桥塞打捞探索--以河3井为例

石油石化物资采购 2022年第13期 22-24,107页

作者：李恒宇曾璐杨运好卢履盛中国石油天然气集团公司川庆钻探工程有限公司试修公司

本文通过河3井成功打捞1989年下入井内的机械桥塞为例,对老井井下桥塞使用钻、磨、套、铣、捞等常规打捞处理技术进行总结,同时对不规则鱼顶的处理技术以及带旋转部件的落鱼打捞技术进行了探索。

关键词：老井桥塞打捞

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全金属可溶桥塞密封环密封性能研究

采油工程

采油工程 2023年第3期 19-23,102页

作者：赵旭阳林忠超孙江韩小辉曹晗大庆油田有限责任公司采油工程研究院黑龙江省油气藏增产增注重点实验室大庆油田有限责任公司技术发展部

针对一种新型全金属可溶桥塞密封环密封不严、导致桥塞整体承压性能未达到设计指标的问题,开展了密封环密封性能仿真分析、尺寸优化及实验验证。利用有限元分析软件建立了锥体、密封环、辅助环和套管模型,对密封工况下密封环性能进行分... 详细信息

针对一种新型全金属可溶桥塞密封环密封不严、导致桥塞整体承压性能未达到设计指标的问题,开展了密封环密封性能仿真分析、尺寸优化及实验验证。利用有限元分析软件建立了锥体、密封环、辅助环和套管模型,对密封工况下密封环性能进行分析,得出桥塞承压未达到预期的直接原因是密封环与套管最大接触应力较低、密封效果差。为提高密封环密封效果及桥塞整体承压性能,对密封环结构尺寸进行优化,并以优化后密封环尺寸为基础,开展了桥塞样机承压室内实验,结果表明,桥塞承压在80MPa以下无渗漏,密封效果好,满足承压指标要求。该研究可为后续金属可溶桥塞密封环的结构设计及优化改进提供参考。

关键词：可溶桥塞密封环承压压裂