【摘要】：膨脹波紋管技術(shù)作為處理井下復(fù)雜情況的有效手段,在解決地層嚴(yán)重漏失、易坍塌和易縮徑等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢,已在直井段應(yīng)用中取得良好效果,但在定向井段中受井眼條件的影響,應(yīng)用成功率還需進(jìn)一步提高。本文在前期自主研發(fā)四種型號膨脹波紋管的基礎(chǔ)上,以現(xiàn)場實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn),采用理論分析、仿真模擬計(jì)算和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,對膨脹波紋管封隔定向井段復(fù)雜地層的可行性進(jìn)行了深入分析;形成了端頭整形和焊縫質(zhì)量檢測及評價(jià)方法,改善了焊縫性能;研發(fā)了螺旋式脹管器和定向隨鉆擴(kuò)眼鉆頭,提高了現(xiàn)場施工效率和可靠性。為了確定膨脹波紋管在定向井段中應(yīng)用的適用性,采用有限元模擬分析的方法,建立管串和井眼模型,模擬分析不同井徑、井斜角變化率和方位角變化率等井眼條件下,膨脹波紋管的外徑、最大等效應(yīng)力和最大等效塑性應(yīng)變隨膨脹壓力的變化規(guī)律。根據(jù)分析結(jié)果,室內(nèi)模擬了管串在彎曲井筒中的膨脹試驗(yàn),為了解膨脹波紋管在井下膨脹狀態(tài)提供了參考。針對膨脹波紋管端頭形狀的一致性差的問題,研制了三瓣楔形整形裝置,可將端頭對口錯(cuò)邊量由4mm~5mm減少到1mm以內(nèi),提高了焊縫穩(wěn)定性。針對焊縫檢測方法和性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)缺失的現(xiàn)狀,引入了數(shù)字化X射線平板成像技術(shù),結(jié)合處理軟件,可準(zhǔn)確識別缺陷的類型、尺寸及所處的位置,檢測精度可達(dá)0.01mm。采用ABAQUS軟件分析與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,得出了氣孔型、未焊透型和裂紋型缺陷在30MPa膨脹壓力下的臨界失效尺寸,為焊縫的質(zhì)量檢測提供了依據(jù)。針對小尺寸脹管器強(qiáng)度低,膨脹效率和效果不理想的問題,設(shè)計(jì)了螺旋式脹管器,采用一體化結(jié)構(gòu),具有低摩阻和高耐磨特性,可更好應(yīng)對井下復(fù)雜情況。針對膨脹波紋管需要鉆后擴(kuò)眼的現(xiàn)狀,研制了定向隨鉆擴(kuò)眼鉆頭,定向鉆進(jìn)過程中可將井徑擴(kuò)大至設(shè)計(jì)要求,有效節(jié)省處理復(fù)雜情況的時(shí)間。本文研究成果在大牛地氣田定向段易坍塌地層中成功應(yīng)用2口井,其中PG22井中首次實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)膨脹波紋管技術(shù)在定向井段中成功應(yīng)用,封隔段長為109.0m,最大井斜角為73.69°,在DPT-112井中單次應(yīng)用膨脹波紋管的長度達(dá)到了132.7m。通過本文的研究,在明確膨脹波紋管井下膨脹狀態(tài),提高管串性能穩(wěn)定性,完備配套工具等方面取得明顯進(jìn)展,為提高井下作業(yè)安全提供了新技術(shù)手段。
[Abstract]:As an effective means to deal with underground complex conditions, expansive bellows technology has unique advantages in solving serious formation leakage, easy collapse and easy shrinkage, and has achieved good results in the application of straight well section. However, due to the influence of hole conditions in directional well section, the success rate of application needs to be further improved. In this paper, on the basis of independent research and development of four types of expansion bellows in the early stage, taking the actual demand on the spot as the starting point, the method of combining theoretical analysis, simulation calculation and laboratory test is adopted. The feasibility of sealing the complex formation of directional well section with expansive bellows is analyzed in detail. The end shaping and weld quality detection and evaluation methods are formed to improve the weld performance, and the spiral pipe expander and directional hole while drilling bit are developed to improve the field construction efficiency and reliability. In order to determine the applicability of expansive bellows in directional well section, the finite element simulation analysis method is used to establish the pipe string and wellbore model, and to simulate and analyze the wellbore conditions such as different well diameter, well inclination angle change rate and azimuth change rate. The variation of the outer diameter, maximum equivalent stress and maximum equivalent plastic strain of expansive bellows with expansion pressure. According to the analysis results, the expansion test of pipe string in curved wellbore is simulated in laboratory, which provides a reference for understanding the expansion state of expansion bellows in underground. In order to solve the problem of poor consistency of the end shape of the expanded bellows, a three-flap wedged shaping device has been developed, which can reduce the number of wrong edges between the ends from 4mm~5mm to less than 1mm, and improve the stability of the weld. In view of the lack of weld detection methods and performance evaluation standards, digital X-ray plate imaging technology is introduced, combined with processing software, the type, size and position of defects can be accurately identified, and the detection accuracy can reach 0.01 mm. By using the method of ABAQUS software analysis and laboratory test, the critical failure dimensions of porosity, unwelded penetration and crack defects under 30MPa expansion pressure are obtained, which provides the basis for the quality inspection of welds. In order to solve the problems of low strength and unsatisfactory expansion efficiency and effect of small size tube expander, a spiral tube expander is designed, which adopts integrated structure and has the characteristics of low friction and high wear resistance, so it can better deal with the underground complexity. In view of the present situation that the expanded bellows need to be expanded after drilling, a directional reaming bit while drilling is developed. In the process of directional drilling, the well diameter can be extended to the design requirements, and the time to deal with complex situations can be effectively saved. The research results of this paper have been successfully applied in the collapsible formation of the directional section of Daniudi gas field. Among them, the domestic expansive bellows technology has been successfully applied in the directional well section for the first time in PG22 well, and the length of the sealing section is 109.0 m. The maximum deviation angle of the well is 73.69 擄, and the length of expansion bellows is 132.7 m in DPT-112 well. Through the research in this paper, obvious progress has been made in defining the downhole expansion state of expansive bellows, improving the performance stability of pipe strings and completing supporting tools, which provides a new technical means for improving the safety of downhole operation.
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE358

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本文編號：2486542