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开窗侧钻过程对水泥环胶结强度与生产套管强度的影响研究

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开窗侧钻过程对水泥环胶结强度与生产套管强度的影响研究

作者：贾威东北石油大学

学位级别：硕士

开窗侧钻技术作用在于能够恢复各油井的生产效率,有效降低油田的综合开发成本。现阶段,为了确保侧钻新井的安全,往往选取开窗侧钻点上侧20m～30m位置悬挂新的套管,加长悬挂位置对套管造成了极大的浪费。新套管悬挂过高主要是由于开窗侧... 详细信息

开窗侧钻技术作用在于能够恢复各油井的生产效率,有效降低油田的综合开发成本。现阶段,为了确保侧钻新井的安全,往往选取开窗侧钻点上侧20m～30m位置悬挂新的套管,加长悬挂位置对套管造成了极大的浪费。新套管悬挂过高主要是由于开窗侧钻后水泥环及其胶结面的破坏情况和套管的剩余强度无法确定,导致只能通过加长悬挂的方式保证侧钻井的安全。论文针对该问题,以套管-水泥环-地层组合系统为研究对象,对其开窗侧钻过程中动力学响应情况进行研究。具体开展的研究工作如下:(1)根据某油井开窗侧钻数据,得到固井状态下套管和水泥环的结构参数和载荷参数,详细叙述了水泥环胶结面模拟及载荷传递相关计算方法,并且基于固井状态水泥环的初始胶结强度,提出了水泥环胶结强度评定方法,通过与理论计算结果进行对比,验证了本文建立的套管-水泥环-地层组合系统载荷传递的准确性,基于第四强度理论和抗内压系数得到套管强度与剩余强度评定方法。(2)考虑开窗侧钻过程中套管的受力状态,基于铣锥铣削的冲击载荷作用,对增广拉格朗日矩阵进行推广,建立了组合系统基于冲击效应的拉格朗日法,该方法能够描述接触力和能量之间的平衡,确保线动量的适当传递,保证铣削套管会对胶结面造成持续的冲击作用。进一步对其研究,得到基于阻尼矩阵的谐波运动方程,该方程能够充分考虑组合系统在周期性钻压作用下的响应特性。(3)通过对基础工况的分析,得到水泥环及其胶结面的失效范围,以及开窗侧钻过程中水泥环第一、二胶结面胶结强度的变化情况。对比分析不同泵压和不同水泥环厚度对周期性钻压的响应情况和破坏情况,结果表明泵压越大,水泥环破坏范围越大,水泥环胶结面失效范围越大;水泥环越厚,水泥环破坏范围越大,水泥环胶结面失效范围越大。(4)通过对给定井况开窗侧钻过程中套管柱的动力响应特性分析,得到开窗侧钻过程中套管柱的响应状态,并对给定井况下套管的剩余强度进行分析,得到套管的失效范围。对比分析不同泵压和不同水泥环对周期性钻压的响应情况和破坏情况,结果表明泵压越大,套管的失效范围越大;水泥环越厚,套管的失效范围越大。本文通过对不同工况下套管-水泥环-地层组合系统在周期性钻压作用下的结构响应和破坏影响因素进行计算分析,从而为套管悬挂位置提供参考,减少过度悬挂带来的损失,加强新套管悬挂位置的经济性和安全性。

关键词：开窗侧钻周期性钻压胶结强度剩余强度

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基于三维模型的开窗侧钻水泥环胶结强度分析

石油机械 2022年第5期50卷 16-23,31页

作者：欧阳勇申昭熙白明娜段志锋丁宇奇中国石油长庆油田公司油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室中国石油集团石油管工程技术研究院石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室东北石油大学机械科学与工程学院

在老井开窗侧钻过程中,钻头会破坏原有套管和水泥环结构,同时开窗位置附近的第一、第二胶结面胶结强度也会变化,胶结强度的下降将直接影响开窗侧钻的安全进行。为了保证开窗侧钻的安全进行,以开窗侧钻老井为研究对象,采用有限元方法建... 详细信息

在老井开窗侧钻过程中,钻头会破坏原有套管和水泥环结构,同时开窗位置附近的第一、第二胶结面胶结强度也会变化,胶结强度的下降将直接影响开窗侧钻的安全进行。为了保证开窗侧钻的安全进行,以开窗侧钻老井为研究对象,采用有限元方法建立了套管-水泥环-地层三维模型,分析了开窗侧钻过程中水泥环胶结强度变化情况。计算结果显示:开窗侧钻后第一胶结面的失效区域为开窗侧钻点上方1.60 m到下方4.00 m,其中开窗侧钻点上方0.20 m到1.65 m下方之间的胶结面环向完全失效;水泥环的失效区域为开窗侧钻点上方1.80 m到下方3.95 m,第二胶结面的失效区域为开窗侧钻点上方1.90 m到下方4.10 m。通过对轴向和环向胶结强度的分析可以得到开窗侧钻过程中胶结面的胶结强度变化规律,从而使新套管悬挂位置更加经济和安全。

关键词：开窗侧钻胶结面胶结强度水泥环失效悬挂位置

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高温高压下油井水泥环胶结强度测试新方法

天然气工业 2016年第11期36卷 65-69页

作者：徐璧华卢翔谢应权西南石油大学石油与天然气工程学院

固井注水泥完成后,水泥环与套管(Ⅰ界面)、与地层(Ⅱ界面)的胶结强度是影响固井质量的重要因素,但目前的水泥环胶结强度测量方法不能很好地模拟井下条件水泥环的形成以及泥饼的冲洗过程,致使测量出的胶结强度数据不能很好地为现场施工... 详细信息

固井注水泥完成后,水泥环与套管(Ⅰ界面)、与地层(Ⅱ界面)的胶结强度是影响固井质量的重要因素,但目前的水泥环胶结强度测量方法不能很好地模拟井下条件水泥环的形成以及泥饼的冲洗过程,致使测量出的胶结强度数据不能很好地为现场施工提供参考。为此,在分析现有测量水泥环胶结强度方法的基础上,提出了一种能够模拟井下条件的水泥环胶结强度的测量新方法,并且研制了相应的测量装置。该装置能够模拟高温高压环境下不同钻井液在岩心上形成泥饼、钻井液泥饼的动态冲洗、水泥环的养护形成过程,并测量出水泥环与岩心、水泥环与模拟套管的界面胶结强度等。结论认为,利用该装置能够开展水泥环动态冲洗与高温高压养护实验,还能测量第一界面与第二界面的胶结强度,较之于以前的方法更能贴合现场的实际,更具有实用价值;但要评价地层岩性、冲洗液体系等因素对胶结强度的影响还需要利用该装置做进一步的深入研究。

关键词：固井质量水泥环冲洗过程胶结强度模拟测量装置测量方法评价实验高温高压

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深水浅层固井胶结强度影响因素分析

石油钻采工艺 2019年第3期41卷 277-282页

作者：王欢欢杨进刘正礼徐佳俊孟令雨洪佳瑶田波汪文星中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院 102249 中海石油(中国)有限公司深圳分公司

深水表层未成岩地层土固结程度低、强度低,浅层固井难度大。为了合理进行浅层固井的设计及施工,分析了固井胶结强度影响因素。结合南海深水海域表层土质特点,利用相似性原理,进行浅层固井模拟实验,分析了水泥强度、候凝时间和套管尺寸... 详细信息

深水表层未成岩地层土固结程度低、强度低,浅层固井难度大。为了合理进行浅层固井的设计及施工,分析了固井胶结强度影响因素。结合南海深水海域表层土质特点,利用相似性原理,进行浅层固井模拟实验,分析了水泥强度、候凝时间和套管尺寸对固井胶结性的影响规律。由实验结果得出:高强度水泥第一、第二胶结面胶结强度高于中强度水泥和低强度水泥,但强度差值不超过20%,且随着时间的延长,高强度水泥胶结强度与中、低强度水泥胶结强度趋于相同;3种强度水泥环的胶结强度均随候凝时间的延长而增加,但是候凝时间达到18 h后,界面胶结强度的增加趋势逐渐递减;使用φ50.8 mm、φ76.2 mm、φ114.3 mm等3种不同尺寸的模拟套管,水泥环的胶结强度变化规律一致。研究表明,中、低强度水泥与高强度水泥在胶结强度方面相差较小,所以可以考虑研发中、低强度水泥替代高强度水泥用于浅层固井作业;浅层固井的候凝时间达到一定时间节点后,胶结强度增加趋势放缓,后期可进行浅层固井最佳候凝时间窗口的研究。利用相似性原理模拟现场施工工况的实验具有可靠性。

关键词：未成岩地层浅层固井胶结强度水泥环

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套管表面润湿性对固井界面胶结强度的影响

油田化学 2016年第1期33卷 20-24页

作者：李早元柳洪华郭小阳辜涛欧红娟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

油基钻井液黏附使套管表面变为亲油性,影响固井界面（套管与水泥环）胶结强度。通过测定不同润湿性的套管与水泥环的胶结强度,探究了套管表面润湿性影响界面胶结强度的规律,结合原子力学显微镜分析了其影响机理;同时研究了表面活性剂类... 详细信息

油基钻井液黏附使套管表面变为亲油性,影响固井界面（套管与水泥环）胶结强度。通过测定不同润湿性的套管与水泥环的胶结强度,探究了套管表面润湿性影响界面胶结强度的规律,结合原子力学显微镜分析了其影响机理;同时研究了表面活性剂类型、浓度及温度等因素对套管表面润湿性的影响。结果表明：随表面活性剂浓度的增加,套管表面亲水性增强,阴离子型表面活性剂LAS效果最好;通过表面活性剂的乳化增溶作用,套管表面黏附的大部分油膜被携带走,从而使亲水性套管表面裸露出来。胶结强度随套管表面亲水性的增大（水在其表面接触角的减小）而增大,在接触角62°数63°时出现突变;随LAS浓度的增大接触角呈降低趋势,当LAS浓度小于5 g/L时,接触角减小较快,当LAS浓度大于20 g/L后,接触角几乎不变,LAS加量应在20 g/L以内。此外,温度对LAS润湿反转能力有一定的促进作用。

关键词：油基钻井液固井套管表面润湿性胶结强度

硫铝酸盐固井水泥石-套管界面胶结强度增强机理

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石油钻采工艺 2019年第1期41卷 43-47,62页

作者：宋梅梅窦益华杨振杰张勇程凯凯西安石油大学机械工程学院西安石油大学石油工程学院

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料,其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确,为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理,利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶... 详细信息

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料,其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确,为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理,利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶结强度,利用扫描电子显微镜和X射线能谱分析表征固井界面的微观结构及化学组分。研究结果表明:龄期为1 d、3 d、7 d时,硫铝酸盐水泥与套管的胶结强度比同龄期G级水泥分别提高了24.3%、20.1%和25.3%;微观分析结果表明,套管表面聚集着大量Al元素(AH3凝胶),其高聚合度可以降低界面处的孔隙率,从而提高硫铝酸盐水泥石的界面封固性能。

关键词：硫铝酸盐水泥固井胶结界面胶结强度微结构固井质量

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胶结强度神经网络预测模型

价值工程 2016年第3期35卷 92-94页

作者：谢锦程乔登攀昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093

胶结强度的主要影响因素有:级配、胶结剂含量、胶结料浆浓度等。神经网络具有大规模并行处理,分布式信息储存以及很强的学习能力,是解决数据间非线性映射关系的有力工具。因此,在一定实验基础下,利用神经网络建立级配、胶结剂含量、胶... 详细信息

胶结强度的主要影响因素有:级配、胶结剂含量、胶结料浆浓度等。神经网络具有大规模并行处理,分布式信息储存以及很强的学习能力,是解决数据间非线性映射关系的有力工具。因此,在一定实验基础下,利用神经网络建立级配、胶结剂含量、胶结料浆浓度与胶结强度4者的神经网络模型,可以有效地模拟预测胶结强度,为矿山充填胶结强度的计算提供指导作用。

关键词：神经网络胶结强度预测模型

油基钻井液泥饼解除液对固井界面胶结强度的影响

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油基钻井液泥饼解除液对固井界面胶结强度的影响

作者：苏鸿鹏东北石油大学

学位级别：硕士

使用油基钻井液钻井时,在井壁和套管壁上会产生油基泥饼,该泥饼的存在不利于井壁和套管壁与水泥浆之间的胶结,最终会导致水泥环界面胶结性能变差,从而严重影响固井工程的质量。因此,有效去除井壁和套管壁上的油基泥饼,是提高固井质量的... 详细信息

使用油基钻井液钻井时,在井壁和套管壁上会产生油基泥饼,该泥饼的存在不利于井壁和套管壁与水泥浆之间的胶结,最终会导致水泥环界面胶结性能变差,从而严重影响固井工程的质量。因此,有效去除井壁和套管壁上的油基泥饼,是提高固井质量的有效手段之一。以在井壁和套管壁上形成薄的油基泥饼为目的,从有效清除井壁和套管上粘附的油基钻井液为出发点,依据表面活性作用,对油基泥饼解除液和清洗液进行了筛选设计,并对有效去除油基泥饼的工艺进行了探讨。为减少泥饼形成的厚度,首先选取JCS、OME、YWQ、JCN-1、JCN-2、JCN-3、JCN-4、JCO-1、JCO-2、JCO-3、JCO-4等多种解除剂,将它们以一定的比例加入到油基钻井液中,进行挂片实验,以泥饼解除率为评价指标,筛选出JCN-3为泥饼去除作用最好的解除剂单剂。然后根据分子中官能团的协同作用,将JCN-3与/C2H5OH进行复配,通过挂片实验,考察了复配比例及总添加量对泥饼解除率的影响。实验结果表明,当JCN-3与C2H5OH按1:1进行复配,且总添加量为钻井液质量的2.2%时,泥饼解除率达到90%,实现了较好的泥饼解除效果。另外,通过对钻井液流变特性、密度、电阻率、漏斗粘度等性质的测定,发现JCN-3、JCN-3/C2H5OH复配物的加入并不会显著影响钻井液的主要性能。为了进一步提高泥饼去除效果,以上述实验结果为研究基础,研制了油基钻井液清洗液,用于清洗井壁和套管壁上已经形成的泥饼,进一步减少泥饼的厚度。分别选取QXJ-1、QXJ-2、QXJ-3、QXJ-4四种清洗剂与水配成清洗液,然后将经JCN-3和JCN-3/C2H5OH复配物处理后的泥饼浸泡在上述清洗液中进行清洗实验,结果表明清洗剂QXJ-2的清洗效果最好,对应的清洗液最佳浓度为1%（泥饼经JCN-3处理后）和0.6%（泥饼经JCN-3/C2H5OH处理后）。在确定了油基泥饼解除剂和清洗剂的基础上,通过挂片实验和清洗实验考察了二者的使用条件,确定了有效去除油基泥饼的工艺。结果表明,将JCN-3/C2H5OH复配物以2.2%比例加入到55℃的油基钻井液中作用40 min后,会降低挂片上钻井液的粘附量,再用浓度为0.6%、温度为45℃的QXJ-2清洗液清洗上述挂片上粘附的钻井液20 min,泥饼解除率可达到90%。说明泥饼解除剂和清洗剂的联合使用可显著降低钻井液在挂片上的粘附量,从而有利于薄泥饼的形成。为进一步考察泥饼解除剂JCN-3/C2H5OH复配物和清洗剂QXJ-2对界面胶结强度的影响,进行了界面模拟实验。结果表明,在钻井液中加入2.2%的JCN-3/C2H5OH复配物,然后用QXJ-2对泥饼进行清洗,可使固井一面的胶结强度提高到原强度的10.3倍,固井界面增强效果显著。

关键词：油基钻井液泥饼胶结强度解除率固井

基于分形理论的充填料级配与胶结强度关系研究与应用

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基于分形理论的充填料级配与胶结强度关系研究与应用

作者：谢锦程昆明理工大学

学位级别：硕士

在充填采矿法中,充填体的胶结强度对充填体的稳定性、采场的回采顺序,以及采矿的安全性起着决定性的作用。国内外大多数研究表明影响充填体的胶结强度的主要因素有：充填料级配、水灰比、灰砂比、浓度,其中充填料级配的影响至关重要。... 详细信息

在充填采矿法中,充填体的胶结强度对充填体的稳定性、采场的回采顺序,以及采矿的安全性起着决定性的作用。国内外大多数研究表明影响充填体的胶结强度的主要因素有：充填料级配、水灰比、灰砂比、浓度,其中充填料级配的影响至关重要。充填料级配是指从最细颗粒到中等颗粒、细颗粒以及粗骨料粒径的分布情况,对于粗骨料(如破碎废石集料,粗砂等)常用最大密度曲线理论(即n法)来描述。但是经研究发现在粗骨料和细颗粒粒度相差巨大的情况下,最大密度曲线理论的描述结果与实际曲线相差很大。因此,开展粒径范围大、多种材料混合情况下的充填料级配优化及其度量研究意义重大!此外级配对强度影响较大,本文通过研究级配与强度的关联关系,所确定的最优级配具有很广泛的工程意义!本文主要研究方法与成果如下;1.基于分形数学理论,作者建立了能准确且简单地描述充填料粒径分布曲线的公式P(x)=(1-a)(x3-D-xmax3-D)/(xmax3-D-xmin3-D)+1其中,P(x)为充填料粒径的负累积分布曲线,xmax,xmin分别为最大,最小筛分孔径。a为最小筛分孔径对应的颗粒频度,D为充填料级配的维度(无量纲量)是对充填料级配的粒径分布曲线复杂程度和空间填充程度的一种度量。因此该公式能较准确地描述充填料的负累积分布曲线,并且维度D能在多种充填料任意配比的情况下有效的区别和描述充填料的级配。2.国内外许多学者和专家对充填料的胶结强度做了大量的分析研究,提出了许多预测模型,但是对于不同矿山其推广适用范围仍很有限。人工神经网络具有自组织、自学习、并行预算以及分布式储存信息的能力,为非线性预测模型提供了有利工具。作者通过实验并统计了3座不同矿山共计672组数据,使用遗传算法优化的BP神经网络和支持向量机(SVM)分别建立了充填料的级配(维度D)、水灰比(胶结剂添加量)、浓度与胶结强度四者之间的预测模型,并对未参与学习的数据进行预测和比对。结果表明,以上两个胶结强度预测模型均能较准确地预测胶结强度,其预测值与实际值较接近,平均MSE分别为0.3和0.2MPa。此强度模型更为准确!3.最优级配是指在满足管输等条件下,充填料达到最大胶结强度所对应的成本最低的级配。本文通过分析实验数据与胶结强度模型的预测值得到,胶结强度随级配维度的增大先增大后减小,曲线呈抛物线形,即当充填料级配维度为D=2.75时,胶结强度达到最大。结果与实际情况相吻合为判断级配合理与否提供了依据。本文研究即为矿山节省胶结剂用量,优化胶结强度设计提供了理论依据和技术支撑,又可为充填系统参数的初步设计和充填料级配的选取提供支持。

关键词：级配分形理论胶结强度神经网络最优级配