气井井筒完整性影响因素与控制技术调研报告.docx

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气井井筒完整性影响因素与控制技术

调研报告

目录

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21071塑性地层蠕变规律及对井筒的影响 3

102981.1塑性地层蠕变分析 4

309971.2塑性岩层套管损坏形态分析 5

20952管柱振动对管柱的安全影响 6

228672.1管柱动力学现状 7

82572.2管柱冲蚀损伤研究现状 8

151912.3三高气井管柱力学研究存在的问题 8

321663油套管特殊螺纹接头国产化 8

47213.1特殊螺纹接头的特点 9

157703.2国内油套管特殊螺纹接头发展现状 9

188023.3国产特殊螺纹接头存在的问题 10

246084气井防砂控砂技术 11

17604.1高压充填防砂 11

179104.2纤维控砂返出 12

214145井筒完整性评价与控制技术 13

232785.1完整性研究现状 13

165095.2气井完整性研究 14

144115.3井眼完整性评估 15

182715.4保证井筒完整性的措施 15

9944参考文献 17

国外在1977年率先提出完整性管理，将完整性管理理念作为一个系统工程来研究。近年来在世界范围又重新强调井的完整性问题，国外制定了《钻井和生产作业时的油气井完整性》等系列标准，依据井筒完整性的设计、选择和结构等技术要求，对油层套管、完井管柱和井口装置等井筒阻挡层进行设计。国内也越来越关注气井井筒完整性问题，在井筒设计中已经开始运用完整性的技术思路。然而国内气井完整性设计及管理技术处于起步阶段，是今后气井完井测试工作的一个攻关重点。

为全面调研气井井筒完整性技术相关资料，在调研前期资料检索过程中尽可能全面地进行检索，设立的检索主题词范围较广，包括超蠕变、管柱振动、防砂、控砂、完整性等，分别在SPE、PA、EI、CNKI等数据库检索，共检索到相关文献463条，综合研究分析后筛选出符合条件的中英文文献86条。检索到的文献资料涵盖蠕变分析、套管损坏形态分析、特殊螺纹接头、井筒完整性等内容。

1塑性地层蠕变规律及对井筒的影响

塑性岩层是指与周围岩层相比相对较软、塑性较大、在地应力作用下容易发生塑性蠕变甚至滑移的岩层。塑性岩层主要包括泥岩、页岩和盐岩等。塑性岩层导致套管损坏主要是塑性岩层的塑性流动和滑移。当埋藏到一定深度或上覆地层达到一定厚度时，塑性岩层在上覆地层的载荷压力或地应力作用下发生塑性蠕变，塑性蠕变的岩层就会对处在其中的套管发生挤压、剪切、拉伸等力的作用，当这种挤压力大于套管抗挤毁强度或拉伸极限时，套管就会发生缩径、弯曲变形甚至错断。

另外，当塑性岩层具有一定倾角时，高压注水串入塑性岩层的破碎带，会引起岩层间相对滑移，滑移的岩层对套管产生侧向挤压，这种侧向压力会加剧套管发生挤压变形甚至错断的变形量，最终导致油井的停产甚至报废，造成很大的经济损失。国内外大量套管损坏统计资料表明，很大一部分油井套管损坏发生在塑性岩层中。

1.1塑性地层蠕变分析

钻井工程中，一般认为盐岩地层的水平地应力是均匀的，且等于上覆岩层压力，因而套管可能受到的最大外挤压力不会超过上覆岩层压力，只是套管外挤压力的变化速率受到盐岩的蠕变特性、所处的应力状态、温度以及盐层厚度和倾角的影响。然而复合盐层套管损坏的资料分析表明，按上覆岩层压力设计的套管不能满足复合盐层套管抗外挤强度要求。

盐岩岩心因其强度低而无法进行卡塞尔效应试验，即使可以试验，由于盐岩在低应力条件下易发生流变，从理论上也很难计算出地应力的大小；利用现代岩土工程反演理论确定盐岩蠕变参数的方法目前在石油工程中还没有得到广泛应用。采用宏观蠕变力学模型对盐岩蠕变地层套管载荷进行分析，其分析结果会受到所选取蠕变模型的影响。

为此，有作业者建立了盐岩及其上、下泥岩的数值分析模型，在通过试验获得泥岩水平地应力基础上，采用反演的方法得到盐岩地层的水平地应力；根据霍德分析研究盐岩稳态蠕变速率的数学模型，采用数值分析方法，得到了盐层套管支护的井壁围岩蠕变规律和盐层套管外挤压力的分布特性及变化规律，为盐岩地层完井套管的安全设计提供了理论依据。

大量研究表明，盐岩所处的温度压力不同，其蠕变机制也不同，因而反映其蠕变特性的蠕变方程也有所不同，在深度不超过6000m、较高应力和较低温度下盐岩的蠕变以晶格的位错滑移为主。盐层地应力及其蠕变特性确定以后，采用有限元法对套管支护的复合盐层井壁围岩进行蠕变分析。

复合盐岩地层套管的外挤压力是动态变化的，特别是在山前构造以及地应力非均匀性较大的盐层，仅以管外液柱压力或上覆岩层压力进行套管设计是不安全的，而严格以非均匀地应力进行套管设计有时又是不经济的。所以