漂浮接箍安装位置的理论计算.docx

漂浮接箍安装位置的理论计算金业权王锡文(江汉石油学院石油工程系, 湖北 荆州 434102)(中原石油勘探局物探处计算中心, 河南 濮阳 457000) 摘要 漂浮接箍将套管内部分隔为液体和气体 2 个独立段, 从套管井下受力分析入手, 建立了套管微元段的三维力学模型, 推导了不同套管段的线密度, 提出了数学模型的求解方法。 从下往上计算出井口处套管 所受的拉力, 以此来判断是否需要下入漂浮接箍, 同时计算漂浮接箍的安放位置。应用编制的计算软件, 分别对无需安装浮箍与需要安装浮箍的例子进行了计算。 关键词 定向井; 浮箍; 摩阻力; 井眼轨迹; 计算模型 中图分类号 t e 92112 文献标识码 a 文章编号 10009752 (2001) 02 0006 02 漂浮接箍法是利用管柱内流体本身产生的浮力和重力效应来保证管柱入井不受阻、 不触壁而到达预定位置的一种技术, 是解决大位移定向井固井困难的有效方法之一。1996 年南海油田西江 24232a 14 井成 功地应用了漂浮接箍技术1 , 但有关安装位置的计算至今未见国内外报道。笔者旨在研究根据具体情况判 断是否下入漂浮接箍以及确定漂浮接箍的安放位置。1理论模型的建立基本假设: 不考虑井壁变形的影响; 在套管单元体上, 套管线密度相同, 截面积相同。111垂直井段的计算模型在垂直井段任取一段长度为 l 的套管单元体 ( 图 1) , 该单元体位 于垂直井段并处于下放套柱时的受力状态。图 1 套管单元体受力模型(1)t a = t b + qm l 。式中, l 为单元体的长度, m ; t a , t b 分别为单元体上下端轴向拉力, n ; qm 为单元体在钻井液中的单位长度重量, n m 。112弯曲井段的计算模型对于弯曲井段可作三维井身曲线特性分析, 将套管单元体的受力和变形分解到 p 平面 (井斜平面) 和q 平面 (狗腿平面) 两个平面上来研究2, 3 。通过对套管单元体受力和变形的分解, 可以得弯曲井段套管单 元体上端轴向力 t a 的计算模型:(q pb - q pa ) sin (q qb - q qa ) sin +qml co s f |n |22=t b +。(2)t a co s co s22式中, f 为摩阻系数; q 为单元体两端的剪力 (下标 p , q 分别表示 p 和q 平面; a , b 分别表示微元段的上下端) , n ; , 为单元体两端的井斜角及增量, rad; 为对应长度 l 的狗腿度, rad; n 为套管对井壁的正压 力, n m 。“”项上提套管柱时取“+ ”, 下放套管时取“- ”。n 2 +pn 2 +(3)n =q2n pn q co s 。式中, 增斜井段 = 0, 降斜井段 = 180 - ; 为 p 平面与 q 平面的夹角3 。 收稿日期 2000 02 15 作者简介 金业权 ( 1968 ) , 男, 1992 年大学毕业, 硕士, 讲师, 现主要从事钻井工艺教学与科研工作。第 23 卷第 2 期金业权等: 漂浮接箍安装位置的理论计算7t a + t b (4)n p =co sco s- qm sin l ,2 rpt a + t b22 qm sin co s l 。(5)n q =co sco s-2 r22q式 (4) , (5) 中, rp , rq 分别为 p 和 q 平面上的单元体的曲率半径, m ;“”项增斜井段取“+ ”, 降斜井段取“- ”。(t a - t b ) co s in2 (m pb - m pa ) sm p fl2(6)q pb - q pa =,l co s2t a + t b f l (7)m p f = 6 rco sco s- qm sin 。2 rp22p式 (6) , (7) 中,m为单元体两端的弯矩, n r m ; m f 为摩阻力产生的弯矩, n r m ;“”项上提套管柱时取“+ ”, 下放套管时取“- ”。2 (m qb - m qa ) (t a - t b ) co s inslm q f2q qb - q qa=,(8)l co s 2qm sin co s 。t a + t b f l m q f = 6 rco sco s-(9)2 rq22p式 (8) , (9) 中,“”项增斜段取“+ ”, 降斜段取“- ”。113稳斜井段的计算模型由于稳斜井段其上下测点 a , b 的方位角和井斜角无变化, 因此可以认为其井身轴线为铅垂平面上的 一条斜线, 此时其轴向力 t a 为=t b + qml co s - f qml sin 。(10)t a如不考虑方位角的影响, 三维井段的计算模型简化为二维井段的计算模型。2 计算方法211是否需要安装浮箍的判断条件在什么条件下要安装浮箍? 下面以套管柱最上面的一个单元体来分析研究。此时只有轴向力 t a , t b , 及自重 g , 根据二力平衡原理, t a = g + t b 。如 t a 大于零, 则说明此时大钩受到由于套管自重产生的拉力 即可顺利下套管。当 t a 小于零时, 则说明由于摩阻力太大, 大钩必须给套管柱一个向下的正向力才能达到平衡, 实际上这是不可能的。因此, 此时需要安装浮箍以减小摩阻, 从而达到顺利下套管的目的。212计算套管微元体在钻井液中的线密度套管柱在钻井液中的线密度, 应该等于单位长度套管柱的自重减去钻井液对它的浮力。mq在浮箍以上qm =m 1 -;s22dd g sqm =g (s -在浮箍以下m ) -。44式中, q 为套管在空气中的线重量, n m ; m 为钻井液的密度, k gm 3; s 为套管材料的密度,k g m 3。d , dm分别为套管的外径与内径, m 。213计算方法轴向力的计算式都是超越方程, 因此需要用数值计算法求解。求解时从套管鞋开始, 依次取套管单元 体计算直到井口, 即可求得井中套管柱各处的轴向力和井口拉力。对于套管单元体长度的选择, 不能取得 太长也不能取的太短, 因为太长会带来较大的误差, 太短会影响计算速度。214浮箍位置的计算较多采用的方法是将部分套管内充满空气选择浮动装置。那么浮箍应装在什么位置呢? 如果安装得(下转第 12 页) 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 2212江 汉 石 油 学 院 学 报2001 年 6 月可以求得2 871100 m 处地层渗透率为 01371 m 2 , 漏层的地层压力为 54194 m p a, 地层压力当量泥浆密度为1163 gcm 3。按表 2 中 2 月 12 日的漏失静液面测量结果, 可计算得到漏层的地层压力 p p =20172 m p a, 地层压力0189 gcm 3。按类似的方法, 结合 1 月 25 日在 115h 内渗漏 1410 m 3 这一井漏数据,当量泥浆密度 p =可以求得 2 383100 m 处地层渗透率为 41527 m 2。运行 “反算地层渗透率应用程序”,根据以上计算结果, 运行“渗透性漏失过程动态模拟程序”计算得到的渗漏结果见表 1、表 2 相应的“预测值”数据栏。 从中可以看出, 采用数值模拟技术进行渗漏问题分析预测效果的相对误差均保持在10% 以内。4结语根据泥浆和地层流体在多孔介质中的多相流流动方程, 采用数值计算方法和系统模拟理论研究渗透性井漏问题可以获得十分满意的结果。 通过对现场资料进行反演模拟计算可以求得地层渗透率和地层压 力, 而正演计算能够预测井漏的动态。 与目前的地层测试技术和统计分析技术研究井漏问题相比较, 该 方法简捷、 效率高、 预测精度好、 适应性强。 参考文献 1 郎兆新 1 油藏工程基础 m 1 东营: 石油大学出版社, 1991123冯文光 1 油藏数值模拟微机速算原理 m 1 成都:四川科学技术出版社, 19911s im o n g, s im o n h 1 pow e r b u ilde r 610 程序设计大全 m 1 康博创作室译 1 北京:机械工业出版社, 19981 编辑 真 辛(上接第 7 页)太低, 则由于降低摩阻力不是很显著, 套管仍然无法下下去; 如果安装得太高, 则由于所受浮力太大甚至大于套管所受重力而无法下下去。解决的办法是先假设其安装在井底, 计算出 t a , 根据 t a的方向判断是否能顺利下套管; 如果不能, 则依次向上增加浮箍的安装高度, 直到计算出的 t a 值满足能顺利下套管为止。3实例与分析1) 无需安装浮箍的例子某井的基本数据如下: 垂深 1 560 m ; 测深 7 300 m ; 造斜点垂深 700 m ;稳斜点垂深 1 675 m ; 水平位移 2 789 m ;最大井斜角 75;造斜率 230 m ;摩阻系数 f = 0125。经程序计算大钩荷为 4216 kn , 大钩载荷大于 0, 这表明了该井的下套管工作能够顺利进行, 不需要安装浮箍。2) 安装浮箍的例子某井的基本数据如下: 垂深 1 234 m ; 水平位移 2 345 m ; 井深 6 200 m ; 造斜点垂深 400 m ; 稳斜点垂深 1 600 m ;最大井斜角 80;造斜率 230 m ;摩阻系数 f = 0138。经计算, 大钩载荷为- 6916 kn 。从计算可以看出, 由于摩阻太大而使大钩载荷出现负值, 不能安全下套管, 此时需要安装浮箍。为方便用户, 浮箍安装位置定为 4 525 m 处, 此时计算的大钩载荷为 380 n 。 参考文献 张明江 1 大位移 24415 mm 套管固井技术 j 1 石油钻采工艺 11997,123张武辇,19 ( 4) : 1 51李黔,陈忠实 1 大斜度井下套管摩阻计算 j 1 天然气工业 11993,13 ( 5) : 50 531白家祉, 苏义脑 1 井斜控制理论与实践 m 1 北京: 石油工业出版社, 19901 编辑 真 辛 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. j o urnal o f j iang han p etro l eum ins t itu t evo l123 no12jun 12001co n ten ts ”ma in ab s trac ts01 fa ilure m echan ism of d r ill str in g slou yi2s h a n , j ian g x ia o 2y in g , zhu j ia n g (j iang h an p etroleum i nstitu te , j ing z h ou 434102)wu tia n 2z h o n g , du ya n , x ian g x u 2j in g(z h ongy u an o ilf ield b ranch c om p any , s in o p e c , p uy ang 457001)a bstra c t: it is p re sen ted th a t du r in g a d irec t io n a l w e ll d r illin g, d r ill st r in g is su b jec t to fa t igu e dam ageb ecau se o f a lte rn a t in g b en d in g cyc lic st re ss , f rom w h ich th e dam age m ay b e accum u la ted an d it s fa t igu e life is re la ted w ith th e accum u la t io n o f fa t igu e dam age1a m ech an ic an a ly sis o f dyn am iclo ad in g an d a p red ic t io n o f fa t igu e life a re co n du c ted o n th e d r ill st r in g, a co r re spo n d in g ca lcu la t io n m o de l is e stab lish ed an d a so f tw a re is deve lop ed fo r th e ca lcu la t in g p ro g ram 1b y u sin g a so f tw a re, th eca lcu la t io n o f fa t igu e dam age an d p red ic t io n o f it s se rv ice life a re p e rfo rm ed fo r ran dom d r ill st r in g u n it in th e st r in g a ssem b ly1 in co n t ra st w ith th e d iag ram recomm en ded in a p i, th e so f tw a re s p rec isio n is im p ro ved, w h ich is g rea t va lu ab le fo r rea so n ab le app lica t io n an d m o n ito r in g o f th e d r ill st r in g s an d p reven t io n o f th e ir fa ilu re s1key word s: d r ill st r in g; 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d r illin g st r in g; dow n ho le too l; ab so rb e r106 theore t ica l ca lcula t ion of f loa t coup l in g s in sta lla t ion po s it ionj in ye 2q u a n (j iang h an p etroleum i nstitu te , j ing z h ou 434102)x ia h o n g 2n a n , yan g m in g 2h e , l iu g a n g(j iang h an p etroleum i nstitu te, j ing z h ou 434102)wan g x i2w e n(z h ongy u an o ilf ield b ranch c om p any , s in o p e c , p uy ang 457001)a bstra c t: t h e in side o f ca sin g is d iv ided in f lu id sec t io n an d ga s sec t io n b y u sin g a f lo a t co up lin g1a3d m ech an ic m o de l is e stab lish ed fo r th e in f in ite sim a l sec t io n o f ca sin g acco rd in g to th e an a ly sis o fbo t tom ho le p re ssu re app lied o n ca sin g, lin ea r den sity o n d iffe ren t ca sin g sec t io n s is de r ived, a so lu t io n is su gge sted fo r th e m e th m o de l, th u s ten sio n o f th e ca sin g o n th e w e ll h ead is ca lcu la ted f rom bo t tomto up ho le, f rom w h ich a ju dgem en t is m ade to see if it is n eeded to se t a f lo a t co up lin g, an d to ca lcu la te w h e re a f lo a t co up lin g is se t a s w e ll1a co r re spo n d in g so f tw a re is deve lop ed b a sed o n a th eo re t ica l m o de l, ex am p le s fo r bo th se t t in g an d w itho u t se t t in g th e co up lin g s a re ca lcu la ted re sp ec t ive ly1key word s: f lo a t co up lin g; d irec t io n a l w e ll; f r ic t io n a l re sistan ce; w e ll t rack; ca lcu la t io n m o de l08 b it perf orm an ce pred ic t ion w ith un kn own ra t iona l num berl iu g a n g , lou yi2s h a n , wan g yu e 2z h iwan g yo n g 2y u a n (p etroc h ina t a r im o il,(j iang h an p etroleum i nstitu te, j ing z h ou 434102)cn p c , k or la 841000)a bstra c t: u n de r th e co n d it io n o f m a rk e t eco nom y, th e co n t r id ic t io n po ssib le ly cau sed b y b it p e rfo rm an ce p red ic t io n m e tho d ava ilab le is stu d ied th ro u gh an a lyzin g th e m e tho d s o f b it se lec t io n an d it s p e rfo rm an