大斜度井套管磨损预测研究
本文关键词: 大斜度井 套管磨损 实验研究 预测软件 出处:《西南石油大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:本文是在国家“十二五”重大专项“渤海湾盆地黄骅坳陷滩海开发示范工程一大斜度井井筒钻井管柱力学应用研究”项目(编号:2011ZX05050)资助下完成的,本文属该项目的部分研究内容。本文对套管磨损原因、机理、影响因素、预测模型和软件开发等方面研究现状进行了分析总结。通过开展套管磨损实验探讨了接触力、转速、摩擦介质、套管材质、磨损时间等因素对套管磨损的影响规律,得到了计算摩擦系数和磨损系数的大量实验数据,开展了大斜度井套管磨损过程有限元数值模拟分析。在前人研究的基础上,建立了用于大斜度井的考虑了工具接头作用的三维井眼套管磨损量计算模型,分析了磨损后套管的剩余强度,实现了大斜度井套管磨损预测并开发了预测软件。主要研究内容和取得成果如下:(1)调研和收集了套管磨损比较严重的125口井资料,分析得知,大斜度井钻完井过程中将不可避免地发生套管磨损,第一、二级技术套管和全角变化率大的井段套管磨损较严重,磨粒磨损、粘着磨损、切削磨损和疲劳磨损是套管磨损的主要类型。(2)根据磨损实验的需要,在现有设备基础上对磨损实验机进行了改造和维护,设计加工了套管和钻杆实验样品241个,开展了P110和N80两种材料套管样品在不同接触力、不同转速、不同介质条件下的大量摩擦磨损实验,获得了大量磨损实验数据,开展了大斜度井套管磨损过程有限元分析,探讨了磨损主要影响因素与磨损量之间的关系,为大斜度井套管磨损预测提供了参考方法和实验数据。(3)在现有套管磨损计算模型理论基础上,充分考虑了钻柱工具接头的重要影响,基于接触力、磨损体积和滑移距离的计算方法和磨损系数的取值方法,建立了大斜度井套管磨损预测模型,提出了套管磨损量计算方法和磨损方位判断方法,分析了套管磨损后剩余强度计算方法,形成了大斜度井套管磨损预测技术。(4)开发了大斜度井套管磨损预测的实用软件,该软件综合考虑了旋转钻进、滑动钻进、起下钻和倒划眼等各种作业工况对套管的磨损,能直接调用实际钻井参数和钻井日志,快速准确地计算出任意井深下全井段钻柱轴向力、接触力和扭矩,预测全井段套管磨损程度并分析其剩余强度。该技术和软件已通过现场应用验证,具有很好的可行性和准确性。
[Abstract]:This paper was completed with the aid of the national "12th Five-Year Plan" project, "A large inclined well bore drill string Mechanics Application Research Project, Huanghua Depression Beach Development demonstration Project, Bohai Bay Basin," (No.: 2011ZX05050). This article is part of the research content of this project. This paper analyzes and summarizes the reasons, mechanism, influencing factors, prediction model and software development of casing wear, and discusses the contact force and rotational speed through the casing wear experiment. The influence of friction medium, casing material, wear time and other factors on casing wear is studied. A large number of experimental data are obtained to calculate the friction coefficient and wear coefficient. The finite element numerical simulation analysis of casing wear process in high inclination wells is carried out. Based on the previous studies, a 3D casing wear calculation model considering the role of tool joints is established for large inclination wells. The residual strength of casing after wear is analyzed, the casing wear prediction is realized and a prediction software is developed. The main research contents and results are as follows: 1) the data of 125 wells with serious casing wear are investigated and collected. Casing wear will inevitably occur during drilling and completion of high-angle wells. First, the casing wear in the second stage and the section with a large rate of change in all angles will be more serious, with abrasive wear and adhesion wear. Cutting wear and fatigue wear are the main types of casing wear. A large number of friction and wear experiments were carried out for casing samples of P110 and N80 materials under different contact forces, different rotational speeds and different media conditions. A large number of experimental data were obtained, and finite element analysis of casing wear process in large deviated wells was carried out. The relationship between the main factors of wear and wear quantity is discussed, which provides a reference method and experimental data for casing wear prediction in large inclination wells based on the existing casing wear calculation model. Based on the calculation method of contact force, wear volume and slip distance and the value method of wear coefficient, a casing wear prediction model with high inclination is established. The calculation method of casing wear quantity and the method of judging wear bearing are put forward, and the calculation method of residual strength after casing wear is analyzed, and the casing wear prediction technology of high inclination well is formed. The practical software for casing wear prediction in high inclination well is developed. The software synthetically considers the wear and tear of casing under various operating conditions such as rotary drilling, sliding drilling, down drilling and reverse drilling, and can directly call the actual drilling parameters and drilling log. The axial force, contact force and torque of drill string are calculated quickly and accurately, and the wear degree of casing is predicted and its residual strength is analyzed. The technology and software have been verified by field application. Good feasibility and accuracy.
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE931.2
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,本文编号:1536950
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