11 特殊井况油管设计

最大水平位移 水平位移1083.9m， 最大水平井段 水平井段1240.8m
最长钻进井段 钻进长度1274.7m 墨西哥湾首次 水深100.6m 应用 第一次取心 第一筒心长2.1m， 第二筒心长8.9m
Dowell公司 Baker Hughes Inteq 公司 Elf公司
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11 特殊井况油管设计
2 测试油管柱设计
现场应用例-盆参2井试油管柱 基本数据： 井深5190米 坐封位置5050米 地面温度20°C 油层温度138.23°C 地层压力105.477MPa
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2 测试油管柱设计
现场应用例-盆参2井试油管柱 油层套管数据：
• 0∼933.75m • 933.75∼3019.5m • 3019.5∼4008.19m • 4008.19∼5190m Φ177.8mm(NT150DS)×12.65 mm Φ177.8mm(NT110DS)×11.51mm Φ177.8mm(NT150DS)×12.65mm Φ127.0mm( ) × mm
油气钻采管柱设计
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高宝奎 (研究员)
11 特殊井况 油管设计
主要内容
1 抽油井油管设计 2 测试油管柱设计 3 连续油管设计
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1 抽油井油管设计
11 特殊井况 油管设计
1 抽油井油管设计
• 抽油泵 结构示 意图
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1 抽油井油管设计
C e n t r a li z e r ( 扶 正 器 ) S h ea r S u b (可 S S T T (水 下 测 S li c k J o in t ( 承 H a n g er (悬 挂 剪 接 头 ) 试 树 ) 压 短 节 ) )
8 8 .9 0 m m T B G (油 管 ) R D C irc . (循 环 压 井 阀 ) D r a in V a lv e ( 卸 压 阀 ) X -O v er (变 扣 接 头 )
齐2-14-新3113井2005年7月7日 检泵时杆接箍磨断的照片
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1 抽油井油管设计
齐2-14-新3113井2005年7月7日检泵时杆 接箍磨损的照片
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1 抽油井油管设计
杆管偏磨机理探讨
（1）井眼形状造成杆管弯曲偏磨
• 实际的井眼并非直线，油管、抽油杆在井筒中所呈现的工 作状态是直线状态或曲线状态，受井眼的控制。在呈现空 间曲线的套管中，油管是弯曲的，抽油杆与油管相互接触 是不可避免的。
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1 抽油井油管设计
油管偏磨防治措施
• 使用油管锚：压缩锚、拉伸锚 • 使用油管扶正器
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1 抽油井油管设计
油管偏磨防治措施-使用油管锚
为改善抽油泵的工作状况，使用油管锚将油管下端固 定，有效消除油管变形，控制油管伸缩，减少冲程损 失。 • (1)普通情况下采用倒拉机械预张力锚锚定油管 • (2)对生产中需要定期热洗的结蜡、稠油井采用洗井 油层保护器，实现油管的预张力锚定同时也满足了热 洗的问题。
2 测试油管柱设计
现场应用例-盆参2井试油管柱 计算结果
• 当井下关井，井口控制压力为0,井口低温30°C 时, 插管相对下入工况要上移3.64米,在所有 操作工况中最危险。 • 当井口关井，井口高温时，插管相对下入工况 要下移1.6米,在所有操作工况中最大。 • 因此在管串下入阶段可以把插管全部插入。且 当插管全部插入时，插管最小长度要大于4 米。取一定余量，建议使用8∼12米长插管。
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2 测试油管柱设计
高压问题
Wellhead o
• 压毁套管 • 压毁油管 • 压毁封隔器 • 威胁井口 • 地层出砂
Packer x Tubing Casing L
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2 测试油管柱设计
管柱特点
（1）高温高压测试管柱的受力与变形特点 – 影响因素多 – 多种效应并存 – 油管与套管摩阻具有非常重要的作用 – 每口井的参数、操作方式及步骤不同 （2）研究重点 – 油管弯曲变形后与套管的接触力 – 油管与套管之间的摩阻效应
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3 连续油管设计
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3 连续油管设计
连续油管的应用领域
压力衰竭油气层作业 裂缝油藏（漏失循环液）作业 边际油田开发 环境敏感区作业 液体敏感地层（欠平衡）作业 钻完井作业
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3 连续油管设计
世界连续油管应用情况统计
打捞 注水泥 钻井 测井/射孔 3% 2% 4% 5% 注氮气举升 7% 增注 10% 井下工具 11%
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2 测试油管柱设计
现场应用例-盆参2井试油管柱 油管数据:
0∼3000m • 3000∼5050m 外径Φ73mm, 内径Φ62mm 外径Φ88.9mm, 内径Φ76mm
•
密封插管数据: 可提供的总长度≥14m, 外径Φ55.9mm, 内径Φ40.9mm
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F lo w H e a d ( 流 动 头 )
2 测试油管柱设计
高温问题
• 仪表失灵 • 引起附加压力导致循环阀误动作 • 工具材料性能退化 • 密封失效 • 改变工具受力 • 测试液变质
L M V (测 试 主 阀 )
L u b r ic a to r (防 喷 阀 )
3 连续油管设计
11 特殊井况油管设计
3 连续油管设计
11 特殊井况油管设计
3 连续油管设计
11 特殊井况油管设计
3 连续油管设计
11 特殊井况油管设计
3 连续油管设计
11 特殊井况油管设计
3 连续油管设计
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3 连续油管设计
连续油管钻井BHA
连续油管BHA的组成部分（自上而下）： 1. CT连接器 2. 止回阀工具 3. 测量仪器/无磁DC/导向工具 4. 带有弯接头泥浆马达（PDM） 5. 钻头（PDC或三牙轮）（由地层确定）
洗井 58%
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3 连续油管设计
连续油管技术的应用：完井、修井、增产
• • • • • • • • 井眼的清洗 旋风井眼清洗技术 旋转喷射工具系统 旋流喷射水眼 井眼和除砂的真空系统 提高采收率 压裂增产 RotoPulseTM 增产系统 • • • • • • • • 出水控制处理 井液举升服务 文氏管打捞筒（修井、打 捞、特殊作业） 井下两相分离器 管柱起下的速度 完井管柱 电潜泵 射孔油管支柱
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2 测试油管柱设计
安全分析内容
– 油管轴向力分布 – 油管管柱有效轴向力计算 – 油管的临界屈曲值 – 油管与套管摩阻计算 – 永久性螺旋变形计算 – 测试过程中油管温度变化规律 – 膨胀效应 – 活塞效应 – 管内压力场﹑流体惯性力和粘滞力计算 – 未凝固套管段因泥浆膨胀引起的外挤力 – 激动压力计算
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1 抽油井油管设计
杆管偏磨机理探讨
2 管杆弹性变形造成弯曲偏磨 上冲程时
• 抽油杆受轴向拉力→伸直 • 油管内压增加、轴向受附加压力→ 弯曲
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1 抽油井油管设计
杆管偏磨机理探讨
2
管杆弹性变形造成弯曲偏磨 下冲程时
• 抽油杆下部受轴向压力→弯曲 • 油管内压降低、轴向力受附加拉力→伸直
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2 测试油管柱设计
井下测试管柱力学分析
例：迪那201井测试管柱较轻，高温高压高产条件下开井， 温度效应使管柱伸长，钩载仅有128kN，减少500 kN。 井下遇到意外情况，有可能钩载小于0，即大钩上移。 井口 外压/MPa 0 0 0 0
工况 下钻完 坐封 射孔 开井
钩载/kN 625 383 280 128
D ro p S u b (丢 手 接 头 ) D e b ris S u b (玻 璃 接 头 ) F H (射 孔 枪 点 火 头 ) S X A V (射 孔 枪 减 震 器 ) S p a ce G u n (安 全 空 枪 ) L o a d ed G u n (射 孔 枪 ) Nose (射 孔 枪 引 鞋 )
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3 连续油管设计
连续油管钻井取得的指标： 连续油管钻井
项目名称 技术指标 服务公司
Baker Hughes Inteq 公司
应用技术或工具
2-3/8〞（60.3mm）连续管 3-3/4〞单牙轮钻头 3-1/8〞导向Xpress连续油 管－井下钻具组合 3-1/8〞US MPR短节 1-3/4〞（44.5mm）连续管 77.8mm泥浆马达 2-3/8〞（60.3mm）连续管 高扭矩低转速泥浆马达
内压/MPa 0 31 60 70
轴力/kN 625 517 539 431
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2 测试油管柱设计
测试管柱变形量计算
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2 测试油管柱设计
例：两种关井情况下油管缩短量 井底压力(MPa) 井口关井膨胀效应(m) 井底 关井 上顶缩短(m) 屈曲效应(m) 60 0.66 0.687 0.046 80 0.894 1.572 0.244 100 1.12 2.412 0.576
11 特殊井况 油管设计
2 测试油管柱设计
测试管柱设计考虑因素
• 井下管柱设计，封堵位置选择，射孔优化 设计，封隔器的选择 。 • 测试管柱设计要具备操作方便、灵活的条 件和应急功能。 • 井下测试管柱所处的环境压力高、温度 高、腐蚀性气体分压高。要求管柱具有高 强度、抗腐蚀能力、良好丝扣密封性。 • 施工中管柱的摩阻大，为降低摩阻，需要 适当增大管柱的内径。 • 兼顾管柱的强度和通径，一般采用复合型 管柱。
END
11 特殊井况 油管设计
1 抽油井油管设计
杆管偏磨机理探讨
3
采油工艺特性造成管杆弯曲偏磨
• 在定向井、斜井中由于采油工艺的需要， 泵深在造斜点以下，从而造成管、杆倾斜, 形成摩擦损伤。
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1 抽油井油管设计
杆管偏磨位置
• 现场深井泵泵上10～500ｍ均发生管杆偏磨 • 在30～400ｍ这段偏磨特别严重 • 抽油杆、油管磨损的程度都较严重，有的抽 油杆磨损长度达2～3ｍ
连续柔性管钢管材料
连续柔性管过去主要用于修井和完井作业。 连续柔性管是一种强度和韧性良好的钢管，卷在滚筒上。过去主要采 用ERW焊管，现在已试制成功无缝钢管连续软管。其材料也由碳钢发展 到低合金钢（包括淬火回火钢）及钛合金。目前正在研制复合材料连续 管。我国尚不能生产连续软管。 80年代末能够制造外径1、1-1/4、1-1/2、1-3/4英寸的连续柔性管，现已 能生产 2、2-3/8和3-1/2英寸外径的连续软管，可满足小井眼钻井需要。 连续柔性管的屈服强度一般为492或562MPa，现已发展到703MPa。 连续柔性管用钢必须有良好的强韧性匹配，以保证较高的低周疲劳寿 命。
S T V (井 下 测 试 阀 ) R D n o B a ll( 反 挤 压 井 阀 ) R D b y p a ss (试 压 阀 ) C a r r ie r (压 力 温 度 计 托 筒 ) L o ca to r (定 位 器 ) M W B (永 久 测 试 封 隔 器 ) S A (测 试 密 封 总 成 ) S lo t e d ( 挤 入 压 井 筛 管 )
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1 抽油井油管设计
油管偏磨防治措施-使用油管扶正器
油管扶正器
11 特殊井况 油管设计
1 抽油井油管设计
抽油杆偏磨防治方法
• 加重杆 • 防磨器 • 旋转井口 • 斜井泵
11 特殊井况 油管设计
2 测试油管柱设计
泥线90m 30"
20"
2.16 16"
13-3/8" 2.18 10-3/4" 2.3 9-5/8"