射孔测试改造联作套管强度热结构耦合分析
射孔对套管强度的影响
射孔对套管强度的影响刘雪梅张德瑜邹家林摘要：本文以弹塑性力学的有限元法为基本理论，采用大型通用有限元软件ANSYS，建立射孔参数的优化设计模型，针对不同的套管尺寸、布孔方式进行分析射孔对套管损坏的影响。
结合套管强度理论对有限元模拟结果进行了分析总结，分析研究结果为射孔段套管柱的合理设计选择提供了一定的理论依据。
关键词：有限元套管射孔The strength of the casing for the perforatingAbstract: Based on the finite element method of the elastic-plastic mechanics for basic theories, using large general finite element software ANSYS, establish perforation parameters optimization design model, in view of the different casing size, cloth analysis of perforating hole way the influence of the casing damage. Combined with the strength theory to the finite element simulation results were analysed, the research result for perforating casing string section of the reasonable design choice to provide a theory basis.Key Word: Finite Element Analysis casing perforating长期以来油田对射孔作业后套管强度降低程度没有足够的认识，虽然经过射孔后套管强度有所减弱，但未掌握明确的数量概念。
射孔参数对套管强度影响有限元分析
增加 ， 套管的强度降低程度增大 ． 但是降低的程度非 常低；尤其在８ ｍ到１ｍ ｌ ｍ ６ ｍ￣，分别降低 了４ ５ ． ％、 ５ ４７ ％ 、．３ 、．１ ８ ２ ， 以孔径 的增 大对 强 ．８ ４９ ％ ５５ ％、． ％ 所 ４
度影 响非常微弱 ， 几乎可以忽略 ； １ｒ 到２ｍ 从 ６ ｍ ０ ｍ， ａ 强度降低 了２ ｌ 有增大的趋势 ， ． ％， ９ 但降低程度也不
王 正 国 陈 凤 波
２０１ （ 河油 田测 井 公 司 辽 宁 盘 锦 １４ １ ） 辽
摘 要 ： 在不同的孔密、 孔径和相位角情况下， 用板壳弹性体 线性理论模型 ， 应 对射孔套管进行 了 有 限元分析 ， 并对射孔套管强度的影响程度进行 了 计算。结果表明： 孔密小于３孔／ ２ 米时， 套管强度 的影 响程度 不 大； 孔径 小于１Ｉ１ ， 管强度 的影 响程 度可 以忽略 ； ０ 位 角套 管 强度 影 响程 度 最 ６ｌ 套 Ｔ时 Ｉ １ ９。 相
不
图２ 射孔后套管的网格划分 图
第一作者简介 ： 王正 国（ ９ ６ ， １７ －） 硕士 ， 现在辽河油田测 井公 司从事测井解释和射孔研 究。
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国 外 测 井 技 术
２０ 年 ０７
１ 约束、 ． ３ 加载及求解 本次研究主要考虑的是射 孔套 管受水平挤 压 力的作用下 ， 强度的变化情况 ， 因此假设套 管在 纵 向上是不变的 ， 即忽略 由重力 引起 的形变 ， 因此采 取纵 向上 约束 ；在套 管 的外表 面 加 以 ＩＭＰ 的挤压 Ｏ ａ 力， 并采用弹性体线性分析方法求解 。
拟不同孔密的平均Ｖ ｎ ｉ ｓ ｏ ｓ 等效应力 ， Ｍ ｅ 模拟结果如 表ｌ 和图３ 所示 。 图 中可 以明显看 出 ： 从 随着孔 密 的增
射孔测试联作技术工艺改进
射孔测试联作技术工艺改进本文作者(刘增),请您在阅读本文时尊重作者版权。
射孔测试联作技术工艺改进摘要:射孔测试联作技术作为油气勘探的一项重要技术,其作用性越来越突出。
随着深层勘探的不断增加,对测试工具和测试方法提出了更高的要求。
本文对目前射孔测试联作中常见问题进行了分析,从减震装置、射孔器起爆情况的判定、射孔效果检测三个方面提出了改进方法。
经过改进的射孔测试联作技术解决了当前施工中的技术难题,为进行下一步措施提供了保障,同时能够提高测试成功率,保证测试效果,降低试油成本。
关键词:射孔测试联作;减震装置;延时起爆;尾声信号弹;TCP监测仪1、前言油管输送射孔(TCP)与地层测试器联合作业工艺技术简称射孔测试联作,该技术将射孔、试油两种工艺集于一体,在射孔的同时进行地层测试,一次下井可以完成油管输送负压射孔和地层测试两项作业。
同时由于测试在较理想的负压条件下同步进行,从而可以获得在动态条件下的地层和流体的多种特性参数,因此在各大油田得到广泛应用。
该技术到目前已经发展了近二十年,其间也进行多项技术改造。
但是随着油田的进一步开发,深层勘探不断增加,大斜度、高温高压等特殊条件的井越来越多,对射孔测试联作技术提出了更高的要求。
目前,射孔测试联作的一些技术问题已不能满足当前生产的需要,这就需要对射孔测试联作技术进行改进,从而满足当前的技术要求。
2、存在的问题2.1减震装置目前国内射孔测试工艺中,减震措施主要依靠在射孔枪上部连接两级纵向减震器(见图1)来实现。
每级减震器有内部装有减震弹簧和8个4.2mm泄压孔。
下井的过程中,液体通过泄压孔进入减震器外套管中。
当射孔器引爆时,爆炸产生的震动力迫使减震器沿芯轴向上滑动压缩弹簧和液体,通过弹簧和液体从泄压孔中排出,使得向上的震动力得到减弱。
该装置虽然降低了向上的震动力,但向下以及径向震动力并没有减弱。
现在随着大枪大弹的投入使用,射孔威力不断加大,这一问题就更加突出,经常会出现测试仪器震坏,导致施工失败。
射孔测试联作管柱受力分析及井下仪器保护技术(精)
射孔测试联作管柱受力分析及井下仪器保护技术尹洪东李世义(北京理工大学机电工程学院,北京 100081张建军y(华北油田公司采油工艺研究院,河北任丘 062552摘要结合现场实际,对射孔测试联作施工管柱进行了力学分析,重点分析了高压和射孔枪振动对管柱的影响,指出射孔瞬间在封隔段形成的高压是引起管柱振动的一种主要影响因素,提出管柱的减振方法。
指出高压也是压力计损坏的主要因素。
在此基础上,设计了管柱结构、井下仪器保护装置,提高了射孔测试联作成功率。
关键词射孔测试联作井下仪器减振器保护器油管输送射孔与地层测试联作(简称联作技术,是解决一些储层测试工艺的一种有效方法。
由于对管柱受力状况及压力计、时钟等仪器的损坏原因认识模糊,施工中虽使用了减振器,还是频繁发生压力计、时钟等井下仪器损坏现象,阻碍了联作技术的应用。
通过对射孔测试联作管柱受力状况分析发现,原来认为时钟、压力计等仪器损坏仅是由射孔枪纵向振动引起的认识是不全面的,得出射孔枪起爆瞬间在封隔段形成的高压引起管柱振动也是造成时钟、压力计等仪器损坏的一种主要影响因素,同时,这个高压造成了压力计因超压而损坏。
在此基础上,对管柱结构进行了改进,研制出新型压力计保护装置,并经试验验证,获得了成功。
1 管柱受力及仪器损坏原因分析1.1 工艺原理射孔测试联作是把射孔枪与测试仪器组合为一次下井管柱,射孔枪接在管柱的底部,测试仪器接在管柱的中部,采用油管输送的方式,把射孔枪和测试仪器送到预定位置,磁定位测得定位短节深度,调整管柱,使射孔枪对准油层,坐封封隔器并开井后,环空加压引爆射孔枪,然后按测试设计开关井,进行地层测试。
射孔测试联作管柱结构见图1。
1.2 管柱受力分析过去认为射孔枪的纵向振动是引起管柱振动的主要因素,认为压力计、时钟是振坏的。
但经对管柱受力分析发现,射孔枪起爆时枪膛内的高压气体向图1 射孔测试联作管柱结构封隔段释放,这部分高压气体会推动管柱向上强烈冲击振动。
利用ANSYS分析射孔孔密对套管抗挤压强度的影响
石油套管是油田用管的重要品种之一, 它是一 次下井长期使用的石油专用管材, 其承载能力设计 计算是否符合实际情况, 直接关系到油气井的使用 寿命和采油成本的高低[ 1] 。在油气田开发工程中, 造 成套管损坏的原因很多, 但就其自身强度的影响因 素而言, 主要包括: 孔密、孔径、壁厚、相位等。本研究 结合有限单元法, 利用 Ansys 软件重点针对孔密对 套管强度的影响进行了计算分析, 计算分析结果表 明针对套管强度, 孔密存在有极限值, 改结果为套管 的合理设计提供一定的理论支持。 1 基本假设及基本理论 1. 1 基本假设
关键词: 数值解法; 牛顿法; 正割法; 抛物线法; BWRS 状态方程 中图分类号: O241. 6∶T E 文献标识码: A 文章编号: 1006—7981( 2011) 09—0042—02
在关联大量实验数据的基础上, St arling 和Han 对 BWR 状态方程进行了修正, 并于 1970 年提出了 BWRS 状态方程。在已知压力、温度, 物流组分的情
收稿日期: 2011- 03- 15 作者简介: 刘双亮( 1986- ) , 男, 长江大学石油工程学院在读硕士; 主要从事钻完井工艺研究工作。
2011 年第 9 期 刘双亮等 利用 ANSYS 分析射孔孔密对套管抗挤压强度的影响 41
荷; 对在平 均井深 1456m 深度( 最大主应 力为 32. 818MP a) 下的三种不同型号套管分别进行了不同孔 密下的有限元应力模拟计算, 计算结果如图 3、4 所 示。
2. 3 ANSYS 分析结果统计
射孔测试联作技术
油管输送射孔与地层测试器联合作业一、概述油管输送射孔（TCP）与地层测试器联合作业工艺术（以下简称联作），是将TCP器材与测试器组合在一根管柱上，一次下井可同时完成油管输送负压射孔和地层测试两项作业。
它能提供最真实的地层评价机会，获到动态条件下地层和流体的各种特性参数。
我国80年代后期从国外引进了该项技术，进入90年代以来，联作工艺已在我国各大油田普遍推广起来。
测试器的类型较多，因而能组成的联作管柱型式及施工方法也就很多。
目前使用最多的是Johnston的MFE地层测试器，以后又引进的常规PCT测试器、全通径PCT测试器和APR全通径测试器等，联作激发起爆方式由最初的压差启动、绳索控制起爆方式增加到旁通传压起爆方式和使用全通径测试工具的投棒起爆方式；地层测试的顺序也由从下到上逐层测试发展到既可从下到上也可从上到下进行测试。
目前，联作技术正朝大斜度井、高温高压井等特殊条件井的联作方向发展，今后新型测试器和新的联作方法必将不断出现。
二、联作工艺的优越性1、地层测试的方法及目的1）地层测试的方法地层测试又称DST，它包括钻井过程中进行的测试（又称中途测试）和射孔完井后对油气层进行的测试（又称完井测试）。
完井测试的方法有两种，一种是先进行电缆常规射孔，然后下测管柱进行测试。
另一种就是联作工艺地层测试。
2）地层测试的目的通过对取得的测试资料和回收的地层流体进行数据处理和分析就可以对测试地层进行定定量的评价。
可获得地层的温度、原始压力、平均有效渗透率、井壁平均堵塞比、测试半径、井储系数、流动系数、表皮系数、污染压降、压力衰竭和边界异常等30余项地层和流体的特性参数。
根据这些参数，我们就可以预测产油量、产气量和产水量，可以判断测试层有无开采价值，如何开采以及有无必要采取增产措施，能帮助我们及时、准确地认识新油藏，加快勘探步伐，扩大勘探成果，科学指导增产措施。
2、联作工艺的优越性（1）联作工艺的最大优越性是在负压条件下射孔后立即进行测试，因而能提供最真实的地层评价机会，而其测试方法是在压井条件下作业，会使压井液或钻井液滤液沿射孔孔道向地层深处渗入，造成对油气层的伤害。
射孔与测试联作管柱可靠性评价
射孔与测试联作管柱可靠性评价作者：范莆钰梁庆庆来源：《科学与财富》2016年第12期摘要：在油气井的完井以及试油评价的过程中，经常使用射孔测试联作来进行测试。
提高测试联作评估可靠性以及对联作管柱进行合理设计，是提高测试成功率的重要途径。
关键词：射孔-测试联作；优化；可靠性；管柱；评价1 故障树研究方法在石油工业中，故障树的建立是对于评价系统可靠度进行分析的有效手段。
此种方法综合分析能够导致系统失效的各类潜在因素，通过系统设计与分析，绘制出逻辑失效图，进行系统失效概率的计算。
在此基础上，有针对性的采取各类相关措施，以保障系统的可靠性。
进行故障树分析钱，对于顶事件、底事件、子事件和最小割集等要素首先要有基本的认识。
在对故障树进行定量分析的过程中，我们一般采用最小割集法进行分析，其函数的表达式如下：式中：xi为第j个最小割集中底事件；Kj为第j个最小割集；Nk表示系统的最小割集。
我们可以使用西门德勒斯上行法来求最小割集。
要精确计算故障树顶事件发生概率，则假设在最小割集之间完全不相交。
此时系统故障发生的概率为：2 可靠性模型评价管串模型是我们在对测射联作工艺系统进行可靠性分析时的研究对象。
建立管串模型需要我们考虑各种复杂情况并在此基础上建立模型。
再对建立的综合性模型进行简化，我们就可得到更为简单实用的管串模型。
射孔测试管串类型主要有油管传输射孔+射孔测试联作、油管传输射孔+测试地层测试器、油管传输射孔+储氢分析仪和油管传输射孔+石油原油浓度气体探测器，本文主要针对油管传输射孔+射孔测试联作射测管柱进行比对分析。
2.1 油管传输射孔+射孔测试联作管柱模型射孔测试联作地层测试器通过钻杆的上、下运动进行打开和闭合。
这套完整的井下开关工具，包括了旁通阀、安全密封和多流测试器等部分组成。
旁通阀的是为压井液提供通道，用以平衡封隔器上、下方压力，从而是封隔器的橡胶筒易于收缩，便于起、下管柱；射孔测试联作安全密封的作用是为了保证对管柱进行上提操作时，封隔器仍处于坐封状态；多流测试器由延时机构、取样机构和换位机构组成，是测试工具的重要部件。
射孔套管强度的有限元分析
射孔套管强度的有限元分析范薇，张光伟（西安石油大学，西安 710065）摘要：在水力喷砂压裂作业的实施过程中，水力喷射过程中需刺穿套管，产生圆形的孔眼，从而引起套管强度下降的问题。
而不同的孔径和布孔方案对套管强度的影响不同，研究射孔对套管强度的影响就显得十分重要。
本文对几种典型的水力喷砂压裂工艺中的布孔方案，利用 Solidworks进行三维建模，然后导入ANSYS软件对井下水力喷射后造成的套管强度问题进行了有限元分析，得出该布孔方案对套管强度的影响，从而得出符合套管强度的布孔方案。
关键词：水力射孔；套管；强度；有限元引言水力喷砂压裂工艺在二十世纪90年代末以来，在国外油田不断的发展和应用。
近几年来，国内油田也开始采用水力喷砂压裂工艺进行水平井增产改造。
但是在该工艺的实践中，水力射孔时应注意布孔问题，射孔太多会对套管强度产生影响，甚至会破坏套管，造成油田的损失。
本文通过ANSYS 对该工艺中出现的布孔方案进行了研究，得出了合理的布孔方案。
1三维模型的建立1.1 基本假设（1）忽略套管的椭圆度及壁厚不均匀度。
（2）假设所射孔眼均未堵塞,射孔孔眼不存在偏心，孔眼中心轴线与套管轴线垂直并相交。
（3）每个孔眼都是圆柱形，孔眼的直径、长度均分别相等，不考虑孔边毛刺及裂纹。
（射孔套管抗挤强度综合因素有限元分析）1.2 套管的特性参数取井下2m长的一段套管进行研究，表1是该套管的几何和材料参数。
表 1 套管的几何参数和材料参数材料名称 外径（mm）厚度（mm） 弹性模量（GPa） 泊松比 密度（kg/m3）屈服强度（MPa）N80套管 139.7 7.72 200 0.3 7850 550 1.3 布孔方案和模型的建立本文主要有四种布孔方案，且孔径都为8mm。
1-1 剖面示意图 1-1 剖面示意图图 1 第一种布孔方案图2 第二种布孔方案基金项目：中石油股份公司“水平井低渗透改造重大攻关项目”重大攻关项目，陕西省教育厅专项科研计划项目（07JK368）作者简介：范薇(1984-),西安石油大学机械制造及其自动化专业硕士研究生。
射孔测试联作技术
油管输送射孔与地层测试器联合作业一、概述油管输送射孔（TCP）与地层测试器联合作业工艺术（以下简称联作），是将TCP器材与测试器组合在一根管柱上，一次下井可同时完成油管输送负压射孔和地层测试两项作业。
它能提供最真实的地层评价机会，获到动态条件下地层和流体的各种特性参数。
我国80年代后期从国外引进了该项技术，进入90年代以来，联作工艺已在我国各大油田普遍推广起来。
测试器的类型较多，因而能组成的联作管柱型式及施工方法也就很多。
目前使用最多的是Johnston的MFE地层测试器，以后又引进的常规PCT测试器、全通径PCT测试器和APR全通径测试器等，联作激发起爆方式由最初的压差启动、绳索控制起爆方式增加到旁通传压起爆方式和使用全通径测试工具的投棒起爆方式；地层测试的顺序也由从下到上逐层测试发展到既可从下到上也可从上到下进行测试。
目前，联作技术正朝大斜度井、高温高压井等特殊条件井的联作方向发展，今后新型测试器和新的联作方法必将不断出现。
二、联作工艺的优越性1、地层测试的方法及目的1）地层测试的方法地层测试又称DST，它包括钻井过程中进行的测试（又称中途测试）和射孔完井后对油气层进行的测试（又称完井测试）。
完井测试的方法有两种，一种是先进行电缆常规射孔，然后下测管柱进行测试。
另一种就是联作工艺地层测试。
2）地层测试的目的通过对取得的测试资料和回收的地层流体进行数据处理和分析就可以对测试地层进行定定量的评价。
可获得地层的温度、原始压力、平均有效渗透率、井壁平均堵塞比、测试半径、井储系数、流动系数、表皮系数、污染压降、压力衰竭和边界异常等30余项地层和流体的特性参数。
根据这些参数，我们就可以预测产油量、产气量和产水量，可以判断测试层有无开采价值，如何开采以及有无必要采取增产措施，能帮助我们及时、准确地认识新油藏，加快勘探步伐，扩大勘探成果，科学指导增产措施。
2、联作工艺的优越性（1）联作工艺的最大优越性是在负压条件下射孔后立即进行测试，因而能提供最真实的地层评价机会，而其测试方法是在压井条件下作业，会使压井液或钻井液滤液沿射孔孔道向地层深处渗入，造成对油气层的伤害。
复杂井况射孔测试联作工艺效果分析
［ 参考 文献 ］
２ ０ 年４ ０８ 月２日１ ：０ １４ 下完联作测试管柱 ， 实测 ｗ 上为 ３ ０Ｎ， 下为 １ ０Ｎ， 静为 ２ ０Ｎ。 据 ７ｋ Ｗ ２ｋ Ｗ ８ｋ 根
质率 均达 １ ｏ ４ ０ 。 ， ０ ４ 结论和 建议
井况复杂的井对井眼要进行充分 的洗井 ， 为了
搞清 液性 。 对 深层 如 果设 计 要进 行 ＭＦ Ｅ＋Ｔ Ｐ射 孔 测 试 Ｃ
稳 定 ， 示强 烈 ， 显 并可 燃 ， 火苗 长 约 ３ｃ 呈桔 黄 色 ， ５ｍ， ６月 １ ４日１ ：３初 关 井 ， 关 累计 时 间 为 ５ ６ ｍｉ， ６０ 初 ７ ７ ｎ 关 井 正常 ， ６月 １ ｔ１ ：０进 行 二开 井 ， 于 ８Ｅ ６１ 显示 微 弱 ， ４ ０ 处 进行 抽汲 ， 日产 油 ０９ ， 在 ８ｍ 折 ．ｍ。二开 井累 计 时 间 为 ８ ４ｍｉ， 整 个 的 开 井 和 关 井 期 间井 口 ７５ ｎ 在 始 终对 管 柱 进 行 反 加压 ３ ＫＮ 的重 量 ， 保 封 隔器 ０ 确 密封可靠 ， 通过对本层 的测试结果 ， 一是搞清 了液 性 ， 是搞 清 了产量 ， 二 达到 了测 试预 期 目的 。 ３ 斜 井测 试联 作工 艺 达 深 Ｘ３ １ 人工井 底 深度为 ３ ７ ． ０米 。 钻 ０井 ９２０ 完 层位为Ｋ１ Ｃ 由于本井是一 Ｅ深井 ， Ｙ ， ｌ 前两次施工均 是射 孔 测试联 作 ， 加之 本井 又是 一 口斜 井 ， 最大 井斜 为３ ２度 ， Ｋ１ 对 ＹＣ层 位 ， 井段 为 ３ ２ ． —３ ３ ． ｍ ６ ３ ０ ６３ ０ 进行 了本 井 的第 Ｃ — １ 的 ＭＦ ２ 层 Ｅ（Ⅱ） ＋ＴＣ Ｐ射 孔 联作 斜井 测试 。 在井况 复 杂 、 深 、 存 井 温度高 、 压力超 压、 乙常 情况 多变 等 不利 因素 ， 易导致 封隔 器和测 容 试工 具 下钻 困难 而测 试失 败 。
浅析射孔与测试联作管柱工艺
（ ４ ）改善起爆压力传递通道。 环空压力传递到起爆器
的通道 中 ， 随着 作业过 程 的进行 ， 射 孔液携 带 的砂粒 和杂 质 会 逐 渐在 起 爆 装置 的 活塞 面 上 沉淀 堆 积 。 这 是 引起 引 爆 不成 功 的重 要原 因，尤 其在 深井 中这 种现 象格 外 明显 。 为此 ， 在该 通道 中 ， 将 单孑 Ｌ 道 改成 筛管 隔砂 板 ，可 以有效 阻挡 砂 粒和 杂 质 的进 入 ，压 力在 环 空 中可 以更 加有 效 的 传播 ， 减缓 压力 降 。在 现场 应用 中 ， 该 方法 很大 程度 上提
减震器密封性变差 。经过调查发现，调整减震器的位置 ，
如将 减震 器直 接安 放在 封 隔器 下面 ，下面 连接 压差 装置 ，
这样通过增加 减震器 和起爆器 的间距 ，可以最大限度 的 减小爆炸冲击 ，保护测试 的正常进行。 （ ３ ）改进压力计托筒。图 ｌ 中压力计托筒的作用是稳
率。
参 考文 献 ［ １ 】 李克 向． 保 护油 气层 钻井 完井技术 ］ ． 北京 ： 石 油工
业 出版 社 ， １ ９ ９ ３ ， ９ ８ ～１ ０ ４ ．
［ ２ ］ 檀 朝东 ， 闫学 峰 ， 杨喜 柱 ， 等． 大 位移 水 平井 完井管 柱力学 分析 研究 ［ Ｊ Ｊ ． 石 油矿 场机械 ， ２ ０ ０ ８ ， ３ ７ （ ２ ） ： ２ ０ ～２ ４ ． 【 ３ ］ 逮启 高 ． 测试 射 孔联作 管柱 优化［ Ｊ Ｊ ． 油 气井 测试 ，
致误射孔。
致测试计不能准确测试地层进 措 施 经过 大量 的文 献调研 分析 ， 针对 上述 问题 ， 提 出以下 改 进 措施 ： （ １ ） 设 计 高效 的减震 器 。在联 作管 柱 中 ， 减 震器 是关 键 的一 环 ，安放 在封 隔器 和起 爆器 中 间【 ５ 】 。减震器 能减 缓 引爆 射 孔枪 时 产 生 的强 大冲 击压 力带 来 的震 动 ， 从而 保 护压 力 测试 计和 封 隔器 。 因此 ，通过 改善 减震 器 的结 构 ，
射孔-测试联作管柱及工艺优化
０ 引
言
层的二次污染 ， 可以使近井带渗透率恢复到 ９ ０ ％
９ ５ ％， 从 而大大 减少 地层损 害 ， 更好 的保 护储层 。④ 能根 据需要 在井 口控 制准 确 的 负压 值 ， 起 爆 压力 便 于 准确控 制 。⑤施工 周期短 ， 节 约施工 的 占井 时 间 ，
射孔 一测试 联作 工 艺 技 术 将射 孔 、 试 油 两 种 工
点是 ：
．
孔 一测试 联作 和套 管加 压点火 射孔 一测试 联作 。 图 １ ａ 为 新疆 油 田试 油 公 司常用 的套 管 加 压 点 火射 孔 一测试 联作 管柱 图 。此 套管 柱通 常在 开发评
①利 用压 缩氮 气 的膨 胀 特 性 ， 射 孔后 快 速 冲洗 ②利 用压 缩氮 气 制 造合 理 的 生产 压 差 ， 合 理 激
造 成管 串漏 失 ， 彩 ５ ｌ ０井 出现 油管破 损 的情 况 ， 多次 施 工 出现油 管不 同程 度 的漏失 。射 孔 队施工 人员 认
成笨 ， 管串操作简便 ， 便于后期作业。
为此类施 工他 们 的任务是保证在 指定层位完成 射 孔， 后期传压管 、 传压旁通 、 减震器漏失不会造成施 工 失败 ， 这样 的认 识导 致工 具丝 扣未 上 紧 ， 管 柱存 在 漏 点 。达 ８井射孔 队连 接 管 柱 时 多 加 了一 支筛 管 ，
艺集于一体 ， 在射孔的同时进行地层测试 ， 一次下井 可以完成油管输送射孔和地层测试两项作业 。 …同 时 由于测试 在 较理想 的 负压或超 正压 条件 下 同步进
行， 从 而可 以获得 在 动 态 条件 下 的地 层 和流 体 的 多 种特 性参 数 ， 因此在各 大 油 田得 到广 泛应 用 。
射孔——测试联合作业质量控制与可靠性管理
ＴＨ ＬＹＵＲ Ｉ ＰＲＥ ＵＲ团 ＥＮＯ ＰＶＯＩＥＯＵＩ ＳＹ ＣＯＧＳＥＩＮ ＴＬＭ ＤＴ Ｓ Ｎ Ｎ
油 管传 输 射孔 （ Ｃ 与 地 层 测 试 器 （ Ｓ ） 合 Ｔ Ｏ） ＤＴ 联 作业（ 以下 简称 测射 联 作 ） 可 在任 何复 杂 油 气井 （ ， 如 大斜 度 井 、 向井 、 温 高 压 井 、 化 氢 井 等 ） 定 高 硫 中实
施 ， 筒 不 用掏 空 即 可实 现负 压 射孔 ， 免或 减 少地 井 避
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第１卷 第１期 ８ １
石 业 术 油工 技 监督
质量可靠性技术及应用
射孔一测试联合作业质量控制 与 理 可靠性管 罪Ｉ
任文清 康义逵 余 兰 孙桂 芳 朱 用斌
中 国 石 化 股 份 有 限 公 司河 南 油 田分 公 司 第 二 采 油 厂 （ 阳 ￣３ｏ ） 南 ４ ｏ
使 这 一先 进 工 艺 技 术 的 推 广 应 用 受 到 了 较 大 的 限 制 ， 油 田射 孔一 测 试 联 作 技 术 的应 用 率 一 直 维 持 全
在 ２ ％上下 。 ５
减震 装 置 （ 图 １ ， 是 由于 该 装 置 的 结 构 不 尽 合 见 ）但 理 ， 孔 炮弹 在 点火 爆 炸 时 ， 射 管柱 、 具 、 器所 受 到 工 仪
ｈｇ ｉｈ
射孔
测试
联合作业
质 量控制 可靠性
技术 ａｓｏｔ ｒ ｈ ｏ ｏ ｔｓａ ｄｄ ｍｏ ｆ ｉ ｅｔ ｎ ａ ｆ ｌ
Ａ ｓ ａ ｔｏ ｔｃ ｎ ￣ｌ ｅ ａｓ ｒ ｆ ｅｈ ｋ ￣ ｅ
ｏ Ｔ ｏ ａ ｄＤ Ｔｉａ ｎ ｅｔ ｇ ｆ ｅ ｎ ｓ ｓ ｎｏ —ｔｓｎ ｎ ｂ ｙ ｉ 。 ｇ
射孔测试联作技术工艺改进
扣型
外径
总长
上端
下端 １７】 ２ ｎ ｍ
８ ｎ ６
２ ７ｓ ＰＴ Ｇ ／Ｕ Ｂ
２￣Ｓ Ｐ Ｔ Ｇ ／Ｕ Ｂ ５
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测 试 联 作 技 术 解 决 了 当 前 施 工 中 的 技 术 难 题 ， 为 进 行 下 一 步 措 施 提 供 了 保 障 ， 同 时 能
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１Ｏ Ｏ ｓ ３Ｏ ￣ ｉ ２ ２ ．４
１ ７ ．７
够提 高测试 成功率 ，保证 测试 效 果，降低 试 油成本。 关键 词：射 孔 测试联作 ； 减震装 置； 延 时起爆；尾 声信号弹 ；Ｔ Ｐ Ｃ 监测仪 １ 、前言 油 管 输 送 射 孔 （ Ｃ ）与 地 层 测 试 器 联 合 ＴＰ 作 业工艺技 术简 称射孔 测试 联作 ，该 技术将 射 孔 、 试 油 两 种 工 艺 集 于 … 体 ， 在 射 孔 的 同 时 进 行 地 层 测 试 ， 一 次 下 井 可 以 完 成 油 管 输 送 负 压 射 孔 和 地 层 测 试 两 项 作 业 。 同 时 由 于 测 试在较 理想 的负压 条件 下 同步进行 ，从 而 可 以获得 在动 态条件 下 的地层和 流体 的多种 特性参数 ，因此在各大 油田得 到广 泛应用。 该技术 到 目前 已经 发 展了近 二十 年 ，其 间也进行 多项 技术 改造 。但 是 随着油 田 的进 步开发 ，深层 勘探 不断增 加 ，大斜 度 、高 温 高压等特 殊 条件 的井越 来越 多，对 射孔测 试 联作技术 提 出了更 高 的要求 。 目前 ，射 孔 测 试联作 的一些 技术 问题 已不 能满足 当前 生 产 的需要 ，这 就需要 对射孔 测试 联作 技术进 行 改进 ，从而满足 当前 的技术 要求 。 ２ 、存在 的问题 ２ １ 震装 置 ．减 目前 国 内射 孔 测 试 工 艺 中 ，减 震措 施 主 要依靠在 射孔 枪上 部连接 两级 纵 向减震器 （ 图１ 见 ）来实现 。每 级减震器有 内部装有减 震 弹簧和８ ． ｍ 泄压孔 。下 井的过 程 中， 个４ ２ ｍ 液体 通过泄 压孔进 入减 震器 外套 管 中。当射 孔器 引爆时 ，爆炸 产生 的震 动力迫 使 减震器 沿 芯轴 向上 滑动 压缩弹 簧和 液体 ，通 过弹簧 和液 体从泄 压孔 中排 出，使 得 向上 的震动 力 得 到减 弱 。该 装 置 虽 然 降 低 了 向上 的震 动 力 ，但 向下 以及 径 向震 动 力并没 有减 弱 。现 在 随着 大枪 大弹 的投入 使用 ，射孔 威 力不 断 加大 ，这一 问题就 更加 突 出，经 常会 出现测 试仪器震坏，导致施工 失败 。 ２２ ． 射孔器起爆情况 的判定 射 孔 测 试 联 作 通 常 采 用 环 空 加 压 的 引 爆方法 ，对射 孔器 起爆情 况 的判 定 ，主要依 靠施工 人员触 摸井 口的振动来 判 断 。这 种方 法存在 一定 的弊端 ，一 方面加 压 时泵车 、管 线 、井 口等震 动信 号和射 孔起 爆信 号混 杂在 起 ，难 以判 断 射孔 器起 爆 情 况 。另 一 方 面 ，井 口处 于 高 压 状 态 下 ，井 口压 力 达 十 几 兆 帕 ，施 工 人 员 在 井 口 观 察 存 在 安 令 隐 患 。 ２ ３ 孔 效 果 检 测 ．射 随着 勘探深 度 的不断 增加 ，压 力和温 度 也 在不 断增加 ，受到 这些 因素 的影 响 ，射 孔 枪之 间 的传爆 有时 出现断 爆 ，不能 全部 打开 测试 层 ，而对这 一情 况施 工人员 无法 及时 判 断 ，只有测 试完 毕 ，上提 出射孔 枪时 才能 发 现 这 一 问题 。 这 就 导 致 测 试 数 据 不 能 完 全 反
射孔对套管强度的影响
建模及处理过程举例
1. 绘制建模工程图 以 139 7mm 套管为例, 射孔孔径 10mm 、孔密 10 孔/ m 、相位 90 , 采用螺旋形布孔, 套管射孔后 沿轴向展开, 射孔情况如图 1 所示。
射孔区最大应力值及射 孔影响系数统计和计算
1. 数据统计 对两种规格的套管以不同的射孔参数进行射孔 后 , 在 压裂、注水 和常规开采三 种情况下 , 利用 ANSYS 分析 软件, 计算得 出射孔部位应 力最大值 及射孔影响系数 K , 列于表 1~ 表 6。 表 1~ 表 6 的数据表明了射孔孔径、射孔密度 和射孔相位对套管射孔部位应力的影响程度。 从表 1、表 2 可以算出 , 在外压为 15MPa、内 压为 100MPa 压 裂 时 总 平 均 射 孔 影 响 系 数 K =
139 7mm 套 管在内压 30MPa 注水时输出数据
相位 ( ) 0 90 90 90 90 90 90 90 90 60 90 120 180 孔密 ( 孔 / m) 0 10 10 10 10 10 10 16 20 10 10 10 10 射孔部位应力 最大值 ( MPa) 27 5705 29 5614 29 9059 30 0546 30 2596 30 3683 29 9059 29 9261 29 9879 29 8767 29 9059 30 1482 30 4410 系数 K 1 0000 1 0722 1 0847 1 0901 1 0975 1 1015 1 0847 1 0854 1 0877 1 0836 1 0847 1 0935 1 1041 1 0891
3
2. 建模 ( 1) 设定参考 本文涉及的是结构问题 , 所以 选用 ∀ structure# , 采用 ∀ P- method# 。 ( 2) 定义单元类型 定为四面体实体单元。 ∃ 定义 材 料性 能: 钢材 密 度 = 7846kg/ m 3, 剪切模量 G = 78 5GPa, 泊松比 Es = 206GPa。 % 生 成 1/ 2 个 套 管 : 内 径 0 06215m; 外 径 0 06985m; 长 1m 。 & 确定射孔位置及参数。 ∋划分网格单元: 在几何形状变化较大和受力 情况较复杂的部位将网格划分得密一些, 这样才能 更准确地反映这些部位的情况; 除此之外 , 网格可 以划分得疏一些。 3. 求解 ( 1) 加载 模型建好以后 , 需要对其自由度、 受力、温度等加以确定。因为套管受到水泥环的支 撑 , 故在周向的自由度全部受到限制 , 而在长度方 向考虑到 实际状况 , 允 许有一定的伸 缩。对于载 荷 , 本例给套管加内压 100MPa, 外压 0MPa, 加上 同一温度 385K, 同时套管又受 到自重作用, 故设 定 Z 方向的重力加速度常数为 9 8m/ s2 。 ( 2) 求解 在分析求解阶段, 计算机将会运用 有限元法进行求解。 4. 后处理 在建模以及 求解完毕以后 , 可以读取 计算结 果 , 计算结果既可以用彩色图象显示 , 也可以用列 表的形式输出各节点的各个计算项目。 = 0 3, 杨氏模量
高压气井射孔段套管强度安全性分析开题报告
[16].黄显辉，窦益华等.高温高压深井射孔卡枪原因分析及对策[J].石油机械，2008，（9）.
[17].宋治.油层套管损坏原因分析及预防措施[J].石油学报，1987，8（2）.
[18].崔孝秉，宋治等.注水开发油田套管损坏机理研究[J].石油学报，1993，14（3）.
（1）忽略套管—水泥环椭圆度和璧厚不均度，水泥环沿套管长度方向分布均匀；
（2）射孔孔眼未堵塞，不存在偏心，孔眼中心轴线与套管-水泥环的轴线垂直相交；
（3）孔眼为圆柱形，孔眼直径，长度分别向等，不考虑孔边毛刺和裂纹。
在此假设前提下，采用材料非线性有限元法求解，得出了射孔套管的孔密及射孔相位角对套管应力影响很大这一结论。
1987年，宋治[17]以油层套管损坏原因及预防措施为研究对象，通过对全国油层套管损坏的调查，分析了油层套管损坏的主要原因，提出了预防和主要措施。
1993年，崔孝秉等[18]人以注水油田为研究对象，通过有限单元法，对注水开发油田高压注水阶段套管损坏的原因和规律初步进行定量研究。
1998年，窦益华等[19]人研究检测油管内壁损伤评价方法，根据实际检测和统计分类,将内壁损伤规则化为沟槽、孔洞和片蚀三种类型。分析了三类损伤的应力集中情况和断裂力学性能。基于双判据法提出了内壁损伤油管承载能力降低系数的概念和计算方法。参照压力容器缺陷评定规范和飞行器损伤容限评定经验,提出了油管内壁损伤评判方法,编制了相应的评判软件。
3.毕业设计（论文）的主要内容
1.分析最新API BUL5C3套管挤毁强度、抗内压强度计算公式，指出其理论基础。
2.将孔眼作为U形凹口分析射孔套管孔边应力集中分析，给出计算公式或算法，立表分析常用套管、射孔方案的孔边应力集中系数。
基于热固耦合的套管缺陷参数对其强度影响分析
Ｌ ｉ ｕ Ｓ ｈ ａ ｏ ｈ ｕ Ｔｏ ｎ ｇ Ｈｕ ａ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｈｕ ａ ｌ ｉ ｎ Ｆｅ ｎ ｇ Ｄｉ ｎ ｇ Ｘｉ ａ Ｃｈ ｅ ｎｇ ｙ ｕ Ｔｕ Ｙｉ ｌ ｉ ｕ’
（ １ ． Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ；２ ． Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｆ ｏ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ）
石 油
机
械
Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ Ｕ Ｍ Ｍ Ａ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ｅ Ｒ Ｙ
． ． 油 气 田 开 发 工 程
２ ０套 管 缺 陷参 数 对 其 强 度 影 响分 析
高温高压深井射孔枪结构参数优化及数值模拟分析
高温高压深井射孔枪结构参数优化及数值模拟分析摘要：目前，我国的经济在迅猛发展，社会在不断进步，科学技术发展十分迅速，高温高压深井中，射孔枪射孔前承受井筒压力;射孔爆轰过程中承受射孔瞬间的冲击波压力。
盲孔处易出现应力集中现象，这都会使射孔枪的整体性和强度安全性都降低。
因此，本文研究盲孔结构及深度、射孔参数对射孔枪强度的影响。
利用ANSYS数值模拟分析方法，建立有限元模型，自由网格划分，两端施加固定全约束，改变外压，分析盲孔结构及深度对射孔枪抗外挤强度的影响。
研究表明，采用孔密20孔/米，孔径lOmm，相位角900布孔，当盲孔结构不同，等深外盲孔高于不等深外盲孔;当盲孔深度在3.5-6.5mm时，抗外挤强度随着盲孔深度的增加而逐渐减小，降低31.46%，且当盲孔深度从5.5-6.5mm时，下降程度最大。
改变内压，分析射孔参数对射孔枪抗内压强度的影响。
研究表明，当孔密在8-24孔/米，抗内压强度随孔密的增加共降低约8.84%，且当孔密从16-20孔/米，降低程度最大，约降低6.78%;当孔径在4-18mm,射孔枪抗内压强度随孔径的增加总共降低约20.26%，且当孔径在4-6mm，降低程度最大，降低9.26%，影响显著;当相位角在300-1800，抗内压强度随相位角增加而降低，约降低4.94%。
关键词：射孔枪；有限元；盲孔参数；射孔参数引言现代高温高压深井试油完井往往采用射孔测试(完井)联作,以避免工程风险,提高工作成效。
在现场作业过程中,经常会出现这样的情况,射孔、测试正常,地面也取得了预计的参数,然而试油结束,压井后起管柱时却起不了管柱。
被迫倒扣或切割油管起出上部油管后发现,封隔器及其以下射孔枪的射孔枪串作为“落鱼”被卡在井下。
1有限元模型射孔枪的外径为177.8mm,内径为152.4mm,壁厚25.4mm。
由于射孔过程中射流速度较高,仅就射流开孔过程而言,每组射流之间几乎没有相互之间的影响,因此,在本文的计算中,仅考虑一组射流作为研究对象,以分析射孔枪参数与射流开孔过程之间的相互作用。
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深 ，坐 封封 隔 器 ，射 孔 ，开 井 ，必 要 时 进行 酸化 、 压裂等 储层 改造 。根据 电子 压力计 的记 录 ，酸压改 造 ，尤 其是冬 季大 排量 注人 时 ，井 底温度 会 降低很 多 ，从 而引起 热应力 。近年来 ，人们 就射 孑 段 套管 Ｌ 的剩 余 强度及 其力 学分 析做 了大量 工 作 ，但 没
２ 射孔套 管一 水泥环一 地层 温度场分布
规 律 分 析
根据 电子压 力计 的记 录 ，储层 改造 ，特别 是冬 季大排 量 酸压改 造过 程 中 ，井 底温度 降低 很多 ，设
石 油
机
械
Ｃ ＩＡＰ ３ Ｏ Ｅ ＭＭ Ｃ ＩＥ Ｙ ＨＮ Ｅ ＬＵ Ａ ＨＮ Ｒ Ｒ
●设 计计 算
２１ ００年
第３ ８卷
第１ ２期
射 孔 测 试 改 造 联 作 套 管 强 度 热 结 构 耦 合 分 析
窦益华 杨 鹏 张 明友 庞 东 晓
（．西 安石 油 大 学机 电 工程 学 院 ２ １ ．中 国石 油 集 团石 油 管 工程 技 术研 究 院 ３ ．川 庆 钻 探 工 程 有 限 公 司钻 采 工 程 技 术研 究 院 ）
应力 丁况将 更加 恶劣 ，加大 了射 孑 段套 管 塑性变 形 Ｌ 的风 险 。随着 射孔 、测 试 、储 层 改造联 作Ｔ 艺 的应 用 ，出现 了多 起 射 孑 段 套 管 变 形 、卡 枪 事 故 。 Ｌ
心 ；③ 固井质 量 良好 ，套 管 、水泥 环 、地层完 全接 触 ；④ 射孔 孔 眼为理 想 的圆柱 形 ，不 存 在堵塞 、偏
关键 词 射孔 测试 改造联 作 射孔 套管 热应 力 非均 匀地 应力 耦合 分析 以 ＳＩ Ｌ ６井第 １ 试油 为例 ，射 孑 测试 改造 联作后 ， 次 Ｌ
０ 引 言
为 了提 高勘 探工作 效率 和发 现率 ，现代 试油 特 别是高 温高 压深 井试油 多采 用射 孑 测试 改造 联作 的 Ｌ
结构耦 合场 分 析 ，以 Ｓ １ 为 例 ，取 非 均 匀地 应 Ｌ ６井 力下 射 孑 、测 试 、储 层 改 造 射 孔 段 套 管 为 研 究 对 Ｌ 象 ，建立射 孑 套 管一 泥环 一 层 真 三维 空 间有 限元 Ｌ 水 地 分 析模 型 ，采用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 软 件 的 间接 法 分 析 ＮＹ
射 孔套 管在 井下 温度 场和非 均 匀地应 力共 同作用 下
的应 力。
有 考虑 井底 温 度 降低 对射 孔 段 套 管 力 学 性 能 的影
响。现有 的射 孔套 管研 究文献 大多将 套管 作 为研 究
对象 ，忽 略 了水 泥环 和地 层对套 管 的作用 ，或 者是
１ 射 孔套 管． 泥 环 层 三 维 有 限元 水 地 模 型
方式 ¨ ～ —— 将带 有射 孔枪 的试 油管柱 下 到预 定井
管柱 无 法起 出 ；强 行拔 断管 柱后 ，封 隔器及其 以下 的射 孔枪 串作 为 “ 落鱼 ” 被 卡在井 下 。 为此 ，笔 者考 虑 了非均匀 地应 力与储 层改 造 降
温 的耦合作 用 ，进行 射孔 测试 改造 联作 套管强 度热
摘 要 高 温高压 深 井试 油 多采用 射孔测 试 改造 联 作 的方 式 ，施工 时井底 温度 会 降低 很 多，从 而引起 热 应力 。 以 Ｓ ６井 为例 ，考 虑 了非均 匀地应 力 与储 层 改造 降温 的耦合 作用 ，进行 了射孔测 Ｉ １
试 改造联作 套 管强度 热结 构耦合 场分 析 ，建 立 了射 孔套 管一 泥环． 层 三维 空 间有 限元 分 析模 型 ， 水 地
心现 象 ，孔 眼 中心轴 线与 套管 轴线垂 直相 交 。
基 金 项 目 ：同 家 ［然 科 学 金 项 目 “ 油套 管 膨 胀 后 的 强 度 及其 力学 机 理 研 究 ” （ ００ ０ ６ ； 中 国石 油 重 点 工程 攻 关 项 目 “ 深 高 Ｉ 石 ５ ７４ ２ ） 超 温 离压 含 硫 化 氢储 层 及 复 杂 岩 性 低 渗储 层 试 油 （ 措 施 改 造 ） 配 套 技 术 研 究 ” 含 。
导致 的热应 力还 没有 足够 的认识 和重 视 。根据 弹性 力学 理论 ，温 度 降低 后 ，射 孔 段 套 管 的载 荷 及
固井 后 ，水泥 环将 套管 与地层 紧密 地结 合在 一 起 ，根据 弹 性 力 学 理 论 和 油 田现 场 实 际做 以 下假
设 ：①套 管 、水泥 环 、地 层 均为各 向同性 的弹性 材 料 ；②套 管 、水泥 环均 为理想 的圆筒 ，且与井 眼 同
采用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 软件 的 间接 法 分析 了射孔套 管在 温度 场和 非均 匀地 应力共 同作 用 下 的应 力。结 ＮＹ 果认 为 ，射孔套 管 内最 大 等效应 力 随套管 内壁 温度 与地 层 初 始 温度 差值 的增 大 而增 大 ；射 孔 套管 内最 大等效 应力 总是在 最小地 应力 方 向取得 最大值 。
２１ ０ ０年 第 ３ ８卷 第 １ ２期
窦益 华 等 ：射 孔 测 试 改 造 联 作 套 管 强度 热 结 构耦 合 分析
１ ２ 基本 数据 ．
层单 元数 为 １ ６ ７９ ３个 ，合计 ８ ９ ６１ ６个单 元 。
Ｓ １ 井 套 管 规 格 为 ￣ ２ ． Ｉ １． ４ Ｌ６ １７ ０ ｌ ｘ ２ １ ｌ ｍ ｍ Ｔ １０ ｍ Ｐ ４ Ｖ，井 眼 直 径 １９ ２ ｍ ４ ． ｍ，围 岩 长 度 和 宽
１ １ 力学模 型及假 设 ．
将射 孔 套 管一 泥环 一 层 简 化 为 平 面 轴对 称 模 型 。 水 地 这 些简 化 主要 是 回避 套管 一 泥环 一 层 真ｊ 维空 问 水 地
有 限元分 析时 自由度 太大 而难 以求解 这一 困难 ；其 次是 人们 对非 均匀地应 力 场 中由于套 管 内温度变 化