[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】可膨胀尾管悬挂器的发展与环空流通面积的提高-中文翻译

可 膨 胀 尾 管 悬 挂 器 的 发 展 与 环 空 流 通 面 积 的 提 高坦 斯 杰 克逊 和布 洛克 沃 森， 哈里 伯顿 ，和 拉里 莫 兰， 康菲 公司 著， 王琛 译208年 ，石 油工 程师 学会 版权 所有本 文是 准备 发表 在 208年 9月 21-24日 在美 国科 罗拉 多州 丹佛 市举 行 SPE年 度技 术大会 暨展 览会 。 本 文被 选为 SPE程 序委 员会 所载 资料 简报 ,审 查提 交的 作者 （ S） 。 该文 献的 内容 没有 被石 油工 程师 学会 审阅 和作 者（ S） 校正 。该 材料 不代 表石 油工 程师 学会 的观 点。 未经 石油 工程 师学 会的 同意 ，本 文禁 止电 子生 产、 分配 和储 存。 复印 仅限 于不 超过 30字 的摘 要 ;插 图不 得复 制， 摘要 必须 包含 承认 SPE版 权字 眼。1.摘 要 摘 要 摘 要 摘 要 条 件 是 非 常 重 要的 ， 因 为它 涉及 到固 井作 业的 有效 层间 封隔 。 研 究表 明 ， 固 井作 业可 以通 过旋 转和 往复 衬 套 改 进 。 此 外 ， 流 量增 加 （ 固 井 前 ， 固 井 时 ， 位 移 时 ） 可 以提 高层 间封 隔 。而 目前 可用 的膨 胀尾 管悬 挂技 术 ， 可 以实 现的 平 移 ， 旋 转和 往复 运动 等 影 响水 泥作 业 的 运动 ，但 单 靠这 些功 能无 法满 足各 种情 况下 的固 井 。 可 膨胀 式尾 管悬 挂器 被引 入到 油田 受 到广 泛接受 ， 经 验证 明 ， 增 加流 速 （ 不 管是 在 固 井 前 ， 固 井 时 还 是 位 移 时 ） 可 以改 进层 间封 隔 。 新 型尾 管悬 挂器 的设 计是 为了 增加 环状 流区 ， 降 低环 形摩 擦压 力 以 提高 流 速 。 此 外 ， 旁 路面 积也将 减少 浪涌 以保 证运 行班 轮 。 这 将缩 短缸 套安 装时 间 。 通 过增 加旁 路面 积 ， 尾 管悬 挂器 上面的 固体 桥接 也将 会被 减少 （循 环和 固井 过程 中可 能造 成损 失 ） 。 当流 通损 失时 ，正 确放 置的水 泥也 会受 到 破 坏 。本 文主 要研 究新 型小 外径 （ OD） 膨 胀尾 管悬 挂器 的发 展 。 这 个项 目研 究的 新型 尾管 悬挂器 的最 大预 扩张 外径 小于 外界 传统 的尾 管悬 挂器 的领 带回 插座 和最 大积 分集 加壳 的直 径 。 新型 小 直径 可膨 胀尾 管悬 挂器 保持 现有 的可 膨胀 尾管 悬挂 器的 特点 。 计 算机 建模 包括 有限 元建 模（ FEA） 将显 示可 膨胀 管的 设计 分析 模 型 。 此外 ，原 型将 进行 测试 来验 证新 的设 计。 膨 胀尾 管悬 挂器 设计 提供 了新 的能 力 ， 以 提高 旋转 和往 复运 动期 间的 循环 /固 井 ;这 是个简 单， 强大 的设 计， 具有 安装 的可 靠性 和气 密衬 垫顶 部密 封的 特点 。 2.引 言 引 言 引 言 引 言由 于水 泥作 业的 质量 差 ， 操 作员 在北 海遇 到了 隔离 带 。 该 井已 枯竭 ， 它 的 断 裂梯 度非 常接 近地 层压 力。 提 高清 理和 水泥 浇筑 的循 环率 是提 高固 井质 量 的 一种 方 法 。 因 为在 现有 设计 的衬 垫衣 架所 引起 的流 动 是 有限 的 ， 流 通率 的增 加将 在 不 远 超过 破裂 压力 梯度 为这 个特 定的 应用 是可 能的 。 为 了满 足本 项目 的需 求 ， 运 营商 和工 程 服 务 人 员认 为一 个新 的尾 管悬 挂器 可以 提高 循环率 。 可 用衬 垫衣 架 的 确 定 为 可 膨胀 尾管 悬挂 器提 供干 净的 流路 ， 同 时他 的 设计 简单 了 设 计审查 。 这 为 可 膨胀 尾管 悬挂 器提 供了 一个 发展 的切 入点 ， 开 发运 营商 将在 这一 领域 开 发 。 众 所周 知， 这是 需要 全球 化的 ，新 的 衬 垫衣 架 已 在北 海的 项目 上启 动。尾 管悬 挂器 用于 部署 和锚 定班 轮通 常是 较大 的外 径 （ OD） 。 因 此 ， 他 在流 通过 程和 水泥放 置中 造成 流路 限制 。分 析表 明通 过降 低衬 垫外 径， 即使 很小 ，也 能获 得更 大的 循环 速度 ，改 进固 井。 减少 外径 尾管 悬挂 器将 有很 多问 题带 解决 。这 些问 题包 括降 低强 度（ 压力 等级 ，拉 伸评 级 ） ， 需要 减少 的内 径（ ID） 以小 于班 轮 ID， 从装 配领 带回 插座 （ TBR） 消除 。此 处的 好处 ： 1)增 加线 性运 行速 度 ， 节 省时 间 ， 节 约金 钱 ， 2)尾 管循 环损 失减 少和 减少 钻井 液损 失以 节约 成本 ， 3)提 高流 量、 改善 隔离 带和 提高 生产3.隔 离带 隔 离带 隔 离带 隔 离带隔 离带 是建 设由 石油 和天 然气 产生 能源 的关 键部 分 。 水 泥填 充很 重要 ， 有 助于 防止 流体运 移， 支持 生产 线， 提供 形成 和表 面一 圈的 环形 屏障 。 要 想实 现一 个成 功的 水泥 工作 ， 有 八个 基本 的因 素是 必须 考虑 的 。 总 结这 些因 素 ， 如 下 ：需 要完 成模 拟的 工作 。设 计和 测试 水泥 成分 。 限 制钻 井液 。 合 理利 用和 刷新 间隔 。 移 动衬 垫。集 中控 制衬 垫。 最 大的 提高 驱替 速率 按 计划 执行 工作 。 所 有这 些因 素都 是可 以实 现的 。 然 而 ， 最 大位 移速 率是 有限 的关 于衬 垫装 置使 用当 前的尾 管悬 挂器 设计 的能 力， 至此 生产 率增 加循 环率 需要 在可 接受 的范 围内 降低 OD尾 管悬挂 器控 制系 统。 有 三种 可能 的流 型 ， 非 牛顿 流体 ， 可 能存 在如 钻井 液和 水泥 浆 ， 层 流和 湍流 ， 插 头 。 图1说 明了 流型 。虚 线代 表的 散装 的环 形速 度， 和实 线表 示在 环上 的实 际速 度。图 2说 明了 湍流 流动 与驱 油效 率之 间的 关系 。 在 衬 里形 成环 的 高 流量 是 有效 的 ， 对 于形成 全套 理想 的 紊 流水 泥 。 在许 多情 况下 ， 湍 流 不 是 对 井身 结构 而是 为了 钻井 孔结 构或 组成 。当 间隔 装置 和水 泥以 最大 流量 抽水 时， 可以 获得 的 最 好的 结果 。图 1 环 形流 体分 布的 非牛 顿流 体V2/水 泥不 动因 素 图 2 影 响流 型对 驱油 效率4.常 规和 可膨 胀式 尾管 悬挂 器的 比较 常 规和 可膨 胀式 尾管 悬挂 器的 比较 常 规和 可膨 胀式 尾管 悬挂 器的 比较 常 规和 可膨 胀式 尾管 悬挂 器的 比较在 传统 的线 性系 统 ， “ 锥 和滑 移 ” 技 术是 用来 锚定 套上 套管 。 适 应提 供所 需的 支持 线性强 度的 滑移 和锥 机制 ， 可 用的 壁厚 的很 大一 部分 是在 尾管 悬挂 器设 计消 耗 。 减 少组 建外 径对设 计来 说很 难。 除了 基础 固井 ， 常 规尾 管悬 挂器 也可 与整 体套 顶部 封隔 器之 间提 供隔 离 。 这种 类型 的封 隔器 上的 元素 可被 组装 到衬 套衣 架固 定 。 在 高流 速下 ， 这 种类 型的 元件 可以 洗掉 。可 膨胀 尾管 悬挂 器系 统使 用可 扩展 的固 体衬 垫技 术证 明固 井开 发产 品和 服务 的能 力 。 3、4、 5、 6系 统使 用可 膨胀 尾管 悬挂 器体 有整 体的 封隔 器 、 回 接抛 光孔 插座 以 及 设 置套 管组 件和 一个 交叉 子连 接装 配衬 垫 ， 弹 性元 件接 合到 架体 。 当 架体 膨胀 时 ， 弹 性元 件压 缩在 环形 空间 。这 消除 了套 管环 空压 力衬 垫提 供完 整性 以及 很 好 的 抗拉 和抗 压承 载力 。图 3表 示 了传 统的 尾 管悬 挂器 和 可膨 胀式 尾管 悬挂 器的 比较 。可 膨胀 尾管 悬挂 器系 统与 传统 悬挂 器的 功能 对比 ： 尾 管悬 挂器 和顶 部隔 离封 隔器 封装 是 单独 的该 封隔 器元 件的 设计 允许 高循 环率结 合元 素阻 止高 频洗 涤 液 流旁 路已 经 做 了 外 部元 件 改 进 如 滑倒 ，消 除液 压缸 ，轿 厢等 等水 泥 回 收 率对 于一 个给 定的 线性 长度 ，外 壳能 承受 更大 的应 力和 应力 分布 支 撑壳 体， 防止 物理 损坏 搭 接键 嵌入 配套 外壳 设 置工 具组 件包 含了 隔离 器的 制动 系统 ，最 大限 度的 减少 衬管 悬挂 起的 壁厚图 3-传 统的 尾 管悬 挂器 和 可膨 胀式 尾管 悬挂 器的 比较5.可 膨胀 尾管 悬挂 器、 封隔 器系 统 可 膨胀 尾管 悬挂 器、 封隔 器系 统 可 膨胀 尾管 悬挂 器、 封隔 器系 统 可 膨胀 尾管 悬挂 器、 封隔 器系 统 的 组件 的 组件 的 组件 的 组件第 一个 可膨 胀尾 管悬 挂器 、封 隔器 系统 将可 膨胀 尾管 悬挂 器 包 含有 一 个整 体的 封隔 器 、回 接抛 光孔 插座 以 及 设 置套 管组 件和 一个 交叉 子连 接装 配衬 垫。尾 管 悬 挂 器 的 设 计 是 满 足 最 大 的 可 扩 展 性 关 键 材 料 制 造 和 规 格 性 能 要 求 。 此 悬 挂 器 采Viton的 氟 橡 胶 ， 它 具 有 耐 高 温 和 一 些 优 秀 性 能 。 如 果 Viton不 合 适 也 可 以 采 用 其 他 适 合的 橡胶 ，只 要能 满足 密封 盒尾 管悬 挂。 一 个 FT弹 性悬 挂体 断面 在 7 9-5/8-英 寸 ， 可 扩展 的悬 挂器 能支 撑 50,0磅 的重 量 ，尺 寸 是 7x9-5/8英 寸 ， 更 好 的 结 合 五 个 弹 性 区 。 一 个 FT弹 性 悬 挂 体 断 面 在 5-1/2 7-5/8英 寸能 支撑 350,0磅 的重 量。 尺寸 等于 或小 于 5-1/2 7-5/8的 尾管 悬挂 器要 采用 三个 或更 少的 弹性 部件 。 图 4是 可膨 胀尾 管悬 挂器 系统 。6.可 膨胀 尾管 悬挂 器 可 膨胀 尾管 悬挂 器 可 膨胀 尾管 悬挂 器 可 膨胀 尾管 悬挂 器 可 膨胀 尾管 封隔 器体 不包 含任 何机 构或 外部 元件 如液 压气 缸 、 活 塞 。 由 于工 具组 件包 含液 压机 构， 他消 除了 潜在 的泄 流路 径。 打 孔和 固井 时衬 垫可 以循 环和 往复 。由 于弹 性元 件扩 大， 固井 在这 个点 上不 能旋 转。这 些特 点决 定以 可膨 胀尾 管悬 挂器 为工 具的 固井 必须 减少 外径 。 固 井作 用中 的流 程与 喘振 分析 在 循环 和固 井作 业中 尾管 器的 压降 最关 键是 时间 。 当 钻井 液只 剩最 后几 桶时 尾管 器被 固井 包围 。在 安装 过程 中 ， 尾 管悬 挂器 的压 降需 要一 点时 间 。 通 过钻 井液 时悬 挂器 会静 止一 段时 间 。因 此 ， 进 行计 算流 体动 力学 CFD的 循环 摩擦 压降 和衬 垫摩 擦压 降分 析降 低 ， 高 粘度 钻井 液的选 择 流 体 伯 明翰 模 型流 体。表 1-分 析实 际流 体性 质新 旧系 统的 水力 计算 为了 预测 悬挂 器和 套管 内径 之间 的流 体限 制 。 新 机库 大约 有 常 规膨胀 悬挂 器两 倍的 环状 流区 域。 据预 计， 新的 悬挂 系统 在运 行或 循环 时 的压 降 将 大大 降低 。CFD被 用 来 模 拟 计 算 降 低 可 膨 胀 尾 管 悬 挂 器 的 压 力 和 减 少 膨 胀 悬 挂 器 的 外 径 。 研 究 显示 宾 汉流 体的 压力 降增 加的 流动 面积 约减 少 90%。 图 5显 示了 传统 的可 膨胀 尾管 悬挂 器的 压降 和减 少 外 径的 膨 胀悬 挂器 粘性 密度 的钻 井液 不同 流量 的比 较。图 6显 示可 膨胀 尾管 悬挂 器的 压降 和减 少 外 径的 膨 胀悬 挂器 在不 同运 行速 度率 的 不 同粘 性密 度的 钻井 液的 比较 。在 运行 孔时 ， CFD也 被用 于分 析尾 管悬 挂器 的特 性 。 结 果 显 示 固 井作 业的 浪涌 引起 的压 降减 少了 约 90%。图 5和 图 6表 明上 升流 区在 尾管 悬挂 器压 降的 影响 。 空 隙压 力和 破裂 压力 梯度 的大 小能使 尾管 悬挂 器流 量减 少导 致压 力增 加 。 如 你所 见 ， 可 膨胀 尾管 悬挂 器能 承受 50磅 甚至 更多的 压降 （ 或 类 似的 压力 下降 ，常 规尾 管悬 挂器 内胆 顶部 封隔 器的 外径 和回 插座 ） 。在 150英 尺的 垂直 深度 下 ， 50磅 的压 力会 增加 大约 0.64分 的当 量循 环密 度 ， 100英 尺时 1分 ， 50英 寸时 两分 等等 。尾 管悬 挂器 的循 环压 力降尾 管悬 挂器 的运 行压 力降7.悬 挂器 外径 减少 的开 发 悬 挂器 外径 减少 的开 发 悬 挂器 外径 减少 的开 发 悬 挂器 外径 减少 的开 发 流 通分 析显 示， 对于 一个 给定 的压 降衬 管悬 挂器 减少 0.20英 寸外 径流 量将 急剧 增加 。内 径 8.53英 寸通 常能 承受 95/8-英 寸 53.5磅 /英 尺的 力。 当环 状间 隙是 0.125英 寸时 ，通 过减 少尾 管悬 挂器 的外 径至 8.10英 寸， 环状 间隙 增大 到 0.2175英 寸。 虽然 表面 上变 化不 大 ， 但 是 当 内 管 外 径 线 性 减 少 时 ， 环 形 摩 擦 压 力 降 曾 指 数 增 长 。 而 且 增 加 环 形 间 隙 约0.1-0.2英 寸 ， 固 井时 环形 桥接 的可 能性 大大 降低 。 为 了平 衡原 尾管 器的 环形 间隙 ， 环 形桥梁 面积 直径 的 1/4， 岩屑 直径 的 1/8。 通过 固体 衬垫 ， 可 旋转 和往 复衬 垫 尾 管悬 挂器 循 环时也 大大 增 加。为 了减 少外 径 ， 必 须建 立新 设计 的参 数 。 设 计标 准的 建立 是为 了满 足最 终用 户的 要求 ：减 少新 工具 的最 大外 径 0.20英 寸维 持目 前的 额定 设 计 压 力（ 破裂 和 碎 裂 ）消 除积 分 容 器第 二次 运行 时 允许 系回消 除设 置球保 持高 扭矩刀 具长 度 小 于 60英 寸8.设 计过 程 设 计过 程 设 计过 程 设 计过 程 新 的可 膨胀 悬挂 器的 设计 基于 7x95/8,53.5磅 /英 尺的 尾管 悬挂 器的 设计 。外 径较小 的尾 管悬 挂器 的膨 胀比 增加 ， 这 增加 了所 需的 膨胀 能量 。 采 用计 算机 辅助 设计 ， 新 的参 数被 纳入 新的 设计 。有 限元 分析 是用 来确 保设 计符 合目 的。 图 7显 示的 封装 元 件 应 力分 布。这 种分 析是 用来 确保 接触 应力 是足 以支 持线 性负 载， 同时 ，对 规范 压力 控制 的 设计 。 有限 元分 析也 被用 来确 定扩 大 尾 管悬 挂器 所 需的 力量 。运 行 工 具 的 重 新 设 计 使 所 有 的 液 压 活 塞 自 我 控 制 和 减 少 完 整 的 刀 具 长 度 。图 7-尾 管悬 挂器 的 外 壳不 变形 有限 元建 模的 塑性 应变 分布9.结 论 结 论 结 论 结 论计 算机 模拟 表明 ， 该 可膨 胀尾 管悬 挂器 的设 计可 以提 高水 泥的 位置 过程 ， 提 高油 气 井 的分 区隔 离。 膨 胀式 尾管 的设 计标 准的 变化 能够 在不 减少 压力 和拉 伸能 力的 情况 下降 低外 径 。这 种变 化是 使环 形流 动面 积增 加， 从而 降低 环形 摩擦 压力 ，提 高流 速。 提高 流 速 在 固 井 、 位移 过 程中 可 以提 高固 井效 率 。 此 外 ， 通 过增 加旁 路区 ， 尾 管悬 挂器 在固 体桥 接的 可能 性 （ 这可 能会 导致 流通 循环 和固 井过 程中 的损 失 ） 也 将被 减少 。 流 通损 失发 生时 ， 即 使正 确放 置水泥 也会 受到 损害 。已 开发 的新 系统 能减 少上 述风 险， 从而 缩短 班轮 安装 时间 ，改 善隔 离带 ，提 高经 济效 益。在 写这 篇文 章时 ，原 型零 件正 在制 造。 一 旦组 件完 成， 原型 测试 将 开 始。 经 过测 试 ， 现场 试验 将充 分证 明该 实用 程序 尾管 悬挂 系统 。鸣 谢作 者感 谢康 菲公 司和 哈利 伯顿 公司 对 这 工作 的支 持和 鼓励 。 我 也 要感 谢李 慧珍 和艾 伦中 提供 的计 算机 建模 的支 持 。10.参 考文 献 参 考文 献 参 考文 献 参 考文 献Crok,RJ.,Faul,R.,Benge,G.,Jones,R.B.， 八个 步骤 确保 正常 的水 泥工 作 ，油 气杂 志， 201.07.02， 37-43页Haut,RichardC.,Crok,RonaldJ， “ 初 级固 井： 水泥 置换 过程 ” SPE8253本 文发表 在 1976年 09月 16日 在 拉 斯维 加斯 ，内 华达 州 的 举办 的美 国石 油工 程师 学会 第