摘要：在对井筒内管柱受力状态进行科学分析的基础上,建立了长水平段和造斜段套管居中度分析模型,对扶正器的选择和安放间距进行了设计。采用有限元法对FYHFl井及MYHFl井扶正器选择方案和下入方案现场应用效果进行分析,分析结果表明,在井况许可的条件下,水平段应采用API标准扶正器,且每根套管加装1只扶正器,以保证套管的居中度和固井质量;选择合适的扶正器、设置合理的间距能有效减小套管下入阻力,同时明显增强套管串刚度;套管居中度对采用油基钻井液的页岩气水平井固井质量影响明显,套管居中度应该控制在67%以上,并严格控制套管贴边,以免影响水泥环均匀性和压裂效果。

摘要：套管内压周期变化导致的水泥环密封失效已经严重影响到天然气的安全高效开发,试验结果显示,是否考虑地层岩石的存在将导致研究结果中水泥环破坏方式的差异。鉴于此,建立了不同地层岩石存在情况下水泥环应力状态力学分析模型并计算了水泥环的应力状态。研究结果表明:未考虑地层岩石约束时水泥环发生的拉伸破坏与试验结果相同;考虑地层岩石约束的水泥环,由于套管和水泥环外壁地层岩石的约束,水泥环径向裂纹的发生和发展受到限制,即使套管内压增加使水泥环周向应力大于其抗拉强度,水泥环上仍然不会产生径向裂纹;周期载荷作用下水泥环的残余应变将造成套管-水泥环界面径向压应力降低甚至变为径向拉应力,产生界面微环隙,这是最终导致水泥环密封失效的主要因素。研究成果可为油田现场固井优化设计提供参考。

摘要：压裂、回注、储气库注采等作业将造成套管内压的循环变化,最终导致水泥环的密封失效。针对前人套管内压循环变化造成水泥环密封失效破坏的实验研究并结合最新的实验结果,分析了是否考虑地层岩石约束两种井眼系统工况条件下的水泥环失效破坏方式。分析结果显示:未考虑地层岩石约束的实验易导致水泥环的周向拉伸破坏而产生径向裂纹;套管-水泥环界面过渡区的存在能降低水泥环的径向压应力和周向拉应力,从而降低水泥环产生拉伸破坏的风险;考虑地层岩石的约束时,水泥环内外界面受到套管和地层岩石的径向和周向约束,阻止了已经达到拉伸强度极限的水泥环发生拉伸破坏而产生径向裂纹的趋势;套管内压增大时,井下工况中水泥环主要发生塑性屈服破坏产生微环隙,基本不会发生周向拉伸破坏。研究成果可为固井优化设计提供参考。

摘要：水平段的固井顶替效率是水平井固井质量的关键,隔离液流变性是影响水平段固井顶替效率的重要参数。为此,基于国家超级计算中心天河一号计算平台,采用FLUENT软件进行1 000s的长水平段偏心环空固井顶替数值模拟,研究隔离液流变性对固井顶替界面的影响规律。研究结果表明:低居中度时,减小隔离液流性指数,可以大幅减少环空宽边与窄边隔离液滞留,减小顶替界面长度,提高顶替效率;中等居中度时,减小隔离液流性指数,可以大幅减少环空宽边隔离液滞留,有效减小顶替界面长度,提高顶替效率;高居中度时,减小隔离液流性指数,有利于减少环空宽边隔离液滞留,减小顶替界面长度,提高顶替效果;理想居中度条件下,隔离液流性指数一定不能大,否则出现严重的水泥浆窜流。研究表明,固井设计施工时需考虑隔离液流变性与套管居中度,以降低环空高边窜流的概率,提高固井质量。