膨胀尾管悬挂器膨胀力有限元计算与试验研究

膨胀尾管悬挂器通过膨胀锥在本体内运动使其发生径向变形,依靠变形后本体与上层套管间的摩擦力,使膨胀悬挂器固定于上层套管实现尾管坐挂功能。膨胀力是膨胀锥驱动本体变形的关键、也是膨胀尾管悬挂器设计、现场施工的重要参数。采用LS-DYNA对影响膨胀力的多种因素进行研究,得到膨胀锥角、膨胀锥与本体间摩擦、膨胀本体结构对膨胀力的影响规律,并通过膨胀试验、金相观察进行验证分析。数据表明该方法能够较为准确的计算本体膨胀所需要的膨胀力及膨胀变形过程中本体的应力、应变。     

膨胀悬挂器本体管材性能研究

要膨胀悬挂器通过膨胀金属本体与上层套管形成摩擦力悬挂尾管,本体管材的选取对悬挂器膨胀、悬挂性能参数有直接影响,为此采用有限元方法对本体膨胀过程进行计算,得到本体膨胀前后结构参数变化及膨胀力大小,并通过与膨胀试验得到的数据进行对比分析,验证了计算的可靠性。为确定本体膨胀前后强度变化,分别选取膨胀前、膨胀后样块进行拉伸试验,得到材料屈服、抗拉强度。数据表明的所选用的管材在膨胀后屈服强度、抗拉强度分别增大72.6%、7.94%。通过研究掌握了膨胀管材膨胀前后的力学、结构性能参数变化,为悬挂器结构设计、现场作业提供了参考依据。     

膨胀尾管悬挂器地面试验研究

膨胀尾管悬挂器通过膨胀金属本体与上层套管形成摩擦力悬挂尾管,现场作业时采用泵车加压使悬挂器产生推力驱动本体膨胀。研制过程中进行地面膨胀试验时,由于管串长度较短造成泵压增加过快导致瞬间高压产生,存在安全风险。针对该问题提出了膨胀悬挂器地面试验方法并优化管串结构,采用安全阀防止高泵压产生保护泥浆泵,管串压力升高到设定值时安全阀泄流孔能够打开泄压,试验表明该管串能够安全完成悬挂器地面膨胀试验,为后续研究提供支持。     

膨胀悬挂器力学性能分析及试验研究

采用解析方法、有限元方法对影响悬挂器膨胀力的关键技术因素进行研究,得到了膨胀锥结构、本体材料等因素对膨胀力的影响规律。针对膨胀悬挂器实际工作状态,对膨胀本体在上层套管内膨胀进行了计算与试验研究,得到膨胀力、悬挂力与本体结构的关系。试验表明所采用的计算、试验方法能够较为精确的计算本体发生塑性变形所需要的膨胀力及膨胀后形成的悬挂力,研究成果为提高膨胀尾管悬挂器性能与整体结构优化设计提供了依据。     

膨胀管实体膨胀锥受力分析与膨胀试验验证

膨胀管技术主要应用在油气田开发领域,膨胀锥是膨胀管技术主要工具之一,在工作时受到极大的界面应力,因此膨胀锥表面过快磨损是制约膨胀管技术发展的主要问题之一。为探究膨胀过程中膨胀锥体表面受力和应力分布,结合弹塑性理论推导膨胀锥接触应力和摩擦力计算模型,采用有限元方法模拟膨胀管膨胀过程,研究膨胀锥表面应力、接触摩擦应力和膨胀推力变化情况,并通过膨胀试验验证了有限元模拟结果的合理性。结果表明：影响膨胀锥接触应力和摩擦力的主要因素是膨胀管屈服强度和膨胀锥锥角;膨胀锥的最大等效应力集中在大径圆角处,最大摩擦应力集中在膨胀锥小径和大径处;膨胀锥膨胀区只有部分与膨胀管内壁接触,膨胀锥小径处受拉应力,大径处受压应力,最大接触压应力集中在大径处。     

用于封隔不稳定地层的膨胀管技术研究与应用

在地层十分复杂的深井以及超深井的钻井过程中,如果井内的套管下入层次不断增多的话,就会缩减井眼直径,有可能导致最终不能钻入到目的层位.文中建立了实体膨胀管胀形力学模型,通过有限差分法对模型进行求解,并进行了仿真计算.仿真结果表明实体膨胀管膨胀率越高,所需的膨胀力就越大;实体膨胀管屈服强度越高,套管膨胀所需的膨胀力就越大.现场应用表明,文中建立的有限元模型是合理的,有限元分析结果可以为现场实体膨胀管施工提供一定的指导作用.     

旋转尾管悬挂器轴承密封圈的有限元分析及结构优化*

采用有限元分析软件ANSYS对旋转尾管悬挂器轴承的密封结构进行有限元分析,并进行参数及结构优化。应用ANSYS的PDS模块分析密封圈的几何尺寸对最大接触应力和最大等效应力的影响,得到对最大接触应力和最大等效应力影响最为灵敏的共同参数为唇夹角、密封圈宽度、密封圈长度、密封圈根部长度。应用ANSYS的优化设计模块对4个共同参数进行优化,得到优化序列。优化后密封圈与挡圈的最大接触应力增大了44%,最大等效应力降低了29.1%。     

尾管悬挂器在南堡油田定向井中的应用分析

研究复杂井况下尾管悬挂工艺,提高尾管悬挂器应用成功率。介绍冀东油田南堡区块常用液压尾管悬挂器的主要结构原理和应用该型悬挂器的南堡油田定向井的典型井况特点,结合该型悬挂器的结构原理和南堡油田定向井典型井况特点,分析南堡油田应用该型悬挂器的风险,并针对这些风险提出相应的技术措施。对2007—2018年间南堡油田应用该型悬挂器的情况进行总体技术分析和总结,得出这些技术措施对该井况具有适应性并具有推广意义。     

尾管悬挂固井中钻杆接头伸长量计算模型建立

尾管悬挂固井作业过程中,钻杆受到多种载荷联合作用产生轴向变形;若注水泥施工步骤前的钻杆上提距离过短,会导致钻杆和尾管悬挂器在后续作业时重新扣合,使得起钻时悬挂器无法顺利脱手造成卡钻。通过对直井尾管固井施工过程中钻杆受载情况的分析,并基于钻杆接头与钻杆本体存在结构差异这一特点,提出了一种综合考虑结构场、温度场、压力场等因素的钻杆接头最大伸长量工程计算模型。运用该模型可以对尾管固井过程中钻杆的伸长量进行更加准确的分析计算,尽量减少卡钻事故。通过分析得知,静止状态下钻杆的轴向伸长量是最大的;对钻杆接头伸长量影响最大的因素是温度场,影响最小的因素是压力场,且温度对钻杆接头的影响要比对同尺寸的管柱的影响略小。     

悬挂器旋转机构设计与试验研究

膨胀悬挂器通过旋转机构带动尾管转动提高固井质量、解决尾管入井遇阻问题,旋转机构需要传递大扭矩、具有高可靠性,是膨胀悬挂器研制的关键和技术难点。采用键槽传动机构实现旋转,通过扭矩套筒上的传动键与尾管套筒内壁的键槽配合传动扭矩,使用3D打印技术验证了机构的可行性,并利用ABAQUS有限元软件对旋转机构的强度进行了计算,得到扭矩应力关系曲线。在此基础上研制出旋转机构,通过扭矩测试试验和现场应用验证了其可靠性,数据表明所研制的旋转机构扭矩达到15000N·m,能够满足现场使用要求。