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在注蒸汽吞吐井的井筒应力模型中引入井筒温度场,利用ANSYS软件对不同约束条件下井筒 的应力场进行了计算. 结果表明,最大热应力发生在套管内壁,超过了N80套管的弹性屈服 极限,最大热膨胀发生在温度过渡区. 当套管周围掏空时,热应变远大于材料的弹性极限应 变,是诱发热采井套管变形损坏的主要原因. 为此提出了相应的套管损坏防治措施,在油田 现场采用厚壁合金钢TP120TH套管完井,试验结果验证了防治措施的有效性.     

钻井-固井过程软泥岩井筒结构完整性分析

在建立套管-水泥环-软泥岩地层井筒结构力学模型的基础上,基于多物理过程数值方法,研究了钻固井过程中近井区地层与固井水泥环的塑性损伤形变与应力演化规律。结果表明:钻井成孔过程和渗流-应力耦合效应为软泥岩地层井筒结构失稳的重要机制,固井水泥硬化过程可进一步促进近井区地层的塑性损伤,但程度有限;固井过程中,水泥环内产生的环向拉应力与径向压应力是导致水泥环开裂失效的主要原因;采用低弹性模量、高泊松比固井水泥浆体系可改善固井水泥环受力形态,有利于维持井筒结构在后期生产作业过程中的完整性。     

固井工程中的流动问题

固井是油气井在建过程中的重要工程,一般分下套管和注水泥两个过程．本文结合作者近年来的研究,着重阐述了钻井液、前置液、水泥浆在环形空间中流动的流体力学问题,包括：高温高压下的水泥浆流变性、偏心环形空间中浆液的流动特性、钻井液-前置液和前置液-水泥浆界面的稳定性等,介绍了国内外学者对这些问题的研究进展,提出了今后应深入研究的问题．     

套管-水泥环-地层多层组合系统受力特性分析

以弹性力学为基础,对套管-水泥环-地层多层组合系统在理想固井状况下受非均匀地应力和均匀内压时的受载特性进行了分析;并依据接触条件和连续条件建立了相应的线性代数方程组,得到了套管-水泥环-地层多层组合系统应力分布的解析解;研究了水泥环厚度、弹性模量、泊松比、套管层数变化对最内层套管外壁径向应力分布规律的影响,并讨论了上述因素对最内层套管外壁径向应力最大值及应力分布非均匀系数的影响。结果表明:上述因素对最内层套管外壁径向应力的分布均有影响;对于具体问题,应综合考虑组合系统的几何、力学参数确定上述参数的最优值。本文研究可为复杂地层套管柱设计及多层复合材料的抗外挤问题提供参考。     

基于修正Burgers模型的泥岩层套管形变影响因素分析

地层含水饱和度的变化对于泥岩储层的蠕变特性有较大影响,尤其是注采过程中泥岩段套管产生形变从而导致套管损坏。本文在Burgers模型基础上加入含水饱和度元件,提高了瞬时蠕变阶段模型的精度,同时对实际油田某泥岩区块进行了比对,得出随含水饱和度增加,地层蠕变量增大,且瞬时蠕变阶段时间减小的结论,同时在蠕变条件下套管壁厚、水泥环弹性模量、地层含水饱和度均可大幅度影响套管变形,而套管尺寸对套管变形几乎无影响。本研究成果能够更加准确地计算地层不同含水量条件下泥岩蠕变的套管变形,对井筒的破坏进行有效的预防及控制。     

油页岩原位注热开采储层有效热解区变化规律分析

针对油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区变化规律不清,实际热解效果无法准确判断难题,采用数值模拟方法,以抚顺油页岩储层为研究对象,建立了油页岩原位注热开采热流固耦合力学模型,与前人结果对比,验证了模型可靠性。重点考察水力压裂裂缝通道短路问题,分析得到了油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区、储层有效热解区中地应力、注汽压力及沉降量随注热时间变化规律。结果表明,过热蒸汽沿水力压裂裂缝流动不会出现裂缝通道短路现象,过热蒸汽可通过水力压裂裂缝加速油页岩储层热解;采用过热蒸汽对流加热油页岩储层效率高,只需1年能使96%的油页岩储层达到热解所需温度;油页岩储层有效热解区中部形成应力集中区,最大地应力为21.6 MPa;热解后靠近注热井处岩层发生沉降,热解2年后最大沉降量达0.85 m。所得结论对现场油页岩原位注热开采有参考意义。     

套管外压挤毁强度分析与计算

在对大量的套管全尺寸挤毁试验结果分析的基础上，提出套管外压失稳机理：实际工程中的套管截面不是理想圆，在外压作用下的非圆套管圆周方向上环向应力分布不均匀，有附加弯矩效应；随外压增加，在最大压缩环向应力处达到屈服；当屈服逸到一定程度时，材料由于强度承载力不足而失效，导致套管发生失稳挤毁。基于上述套管强度挤毁准则，分析了理想弹塑性套管在轴向载荷作用下的抗挤强度计算方法，得到较保守的套管挤毁压力计算公式。与试验结果对比表明：导出的计算公式偏差较小，计算精度满足工程要求，失稳强度准则是适用的。     

侧向载荷作用下的套管塑性破坏力学模型与计算分析

首次针对套管柱承受屈服页岩横向载荷展开研究,运用虚功原理建立了一个横向载荷均匀分布页岩剖面上的力学模型,得出在套管柱径向变形阶段,其横向承载强度迅速下降;对于轴向变形,其横向承载强度变化不大.本文通过计算实例,为优选套管方案提供了可靠的分析工具,增强屈服粘土层段套管柱承受横向载荷的能力,减小套管失效率,降低油田操作费用.     

脉冲辐照下三维多向碳纤维编织复合材料热激波的实验研究

在“闪光二号”脉冲电子束加速器上,采用自行研制的保护环式石英压电传感器,对三维多向碳纤维编织复合材料的热激波传播特性开展了实验研究。结果表明: (1)在电子束能注量为382J/cm2 ~953J/cm2范围内,三维编织复合材料的热激波应力峰值在 97~406MPa之间,只是相同能注量下Ly-12铝的 8%左右,这表明该材料具有良好的衰减热激波的性能; (2)三维编织复合材料中的热激波,其波速较低(大约为 2. 78~3. 45km/s),只是Ly-12铝的 0. 4倍左右,其波形上升时间也比Ly-12铝的大; (3)热激波强度和能注量间近似有线性关系,但烧蚀质量却随能注量增加而增加,当能注量足够高时,质量亏损面密度几乎以指数方式增加。     

预压下锆基块体非晶合金的热冲击变形与破坏

实验研究了不同预压载荷与加热速率下Zr51Ti5Ni10Cu25Al9块体非晶合金的失效温度和破坏规律, 发现预压力和温升率较低时, 随着温度的升高, 材料强度减小, 样品最后发生塑性变形; 预压力和温升率较高时样品则发生剪切断裂, 且发生剪切破坏时样品的温度高于其玻璃化转变温度.基于变温条件下的结构弛豫模型, 分析了块体非晶合金在快速加热条件下的变形过程,给出了材料发生屈服时的温度与温升率、预压力与屈服温度之间的相互关系, 并得出了实验结果的拟合关系式. 对回收样品断裂面进行分析, 发现了与恒温压缩断裂明显不同的断裂特征. 最后分析了预压载荷下快速加热过程中上述材料发生剪切破坏的临界条件.      

油井套管结构的最小成本设计

油井套管的最小成本设计是工程中关心的问题,本文提出了Fibonacci搜索法与相对差商法相结合的套管截面尺寸参数和扶正器布局问题的混合整数-离散变量优化方法,解决了多工况、多约束下套管结构的优化问题,已应用于工程实际。     

考虑水泥环完整性的油气井最大允许井口压力计算方法

在最大允许井口压力计算方法中考虑水泥环的完整性,以厚壁圆筒的弹塑性分析理论为基础,建立了套管-水泥环-地层组合体力学模型,将(内层)水泥环内壁发生破坏作为环空允许带压的限制条件。基于Drucker-Prager与拉伸破坏准则计算了某实例井各环空的最大允许井口压力,并将其结果与采用API RP 90标准推荐做法的计算结果进行了对比。计算结果表明:如果环空带压值增大,对于套管-水泥环-地层组合体而言,垂深最深与最浅处的水泥环内壁将最有可能率先发生破坏;采用本文方法的计算结果有可能会小于依据API RP 90标准的计算结果,依据API RP 90标准计算得到A、B环空的最大允许井口压力分别为17.04MPa和6.39MPa,而采用本文方法计算得到A、B环空的最大允许井口压力分别为15.1MPa和17.5MPa。     

液压作用下套管柱临界屈曲载荷计算的能量法

推导了内外液压作用下套管柱微弯时的能量平衡公式,并计算了其屈曲临界载荷计算公式。得到的结果低于目前已发表的结果。内外液压对套管稳定性的影响相当于在套管底端作用一个附加的轴向力和一个沿轴线均布的线载荷。对含有内压的两端封堵的细长管柱,内压对临界屈曲载荷没有影响。结果可供油井设计及作业参考。     

NONLINEAR DYNAMICS RESPONSE OF CASING PIPE UNDER COMBINED WAVE-CURRENT

IntroductionThe casing pipes are widely used for drilling wells in the ocean. As depth of waterreaches100m or more than100m, the relative stiffness of a casing pipe is reduced and thenatural frequency of a casing pipe may be close to shedding frequency of…     

MECHANICAL MODEL OF CASING CUTTING IN DEEPWATER

针对深水套管切割力学模型单一、切割泵冲选择困难等问题, 利用长杆铣削模型, 建立了深水套管切割力学模型, 计算出钻柱切割扭矩和切割允许的最大泵冲, 得出了切割扭矩占井口驱动扭矩的比例与作业水深之间的关系, 对深水弃井作业中套管割断判断指标的形成具有指导意义. 结合南海某两口井套管切割的现场数据, 验证了模型的正确性, 其计算结果可以为深水弃井作业中合理的泵冲参数选择提供理论参考, 为深水弃井作业提供技术保证, 进一步提高切割效率, 具有很好的应用价值.     

Bifurcation analysis of fan casing under rotating air flow excitation

A fan casing model of cantilever circular thin shell is constructed based on the geometric characteristics of the thin-walled structure of aero-engine fan casing. According to Donnelly＇s shell theory and Hamilton＇s principle, the dynamic equations axe established. The dynamic behaviors are investigated by a multiple-scale method. The effects of casing geometric parameters and motion parameters on the natural frequency of the system are studied. The transition sets and bifurcation diagrams of the system are obtained through a singularity analysis of the bifurcation equation, showing that various modes of the system such as the bifurcation and hysteresis will appear in different parameter regions. In accordance with the multiple relationship of the fan speed and stator vibration frequency, the fan speed interval with the casing vibration sudden jump is calculated. The dynamic reasons of casing cracks are investigated. The possibility of casing cracking hysteresis interval is analyzed. The results show that cracking is more likely to appear in the hysteresis interval. The research of this paper provides a theoretical basis for fan casing design and system parameter optimization.     

取换套修井管柱防卡力学分析与计算

通过取换套修井中套铣管柱的力学分析，建立了考虑压差和粘吸作用下套铣管柱的防卡力学模型．依此计算了管柱在不同井深下防卡的最长静止时间，并分析了影响管柱阻卡的主要因素．     

THERMAL SHOCK PROTECTION BASED ON MICROTUBE AND MICROPOST ARRAY SURFACE

针对核电站核泵主轴、管道系统等高温环境下工作的部件受冷却水热冲击而容易出现裂纹的问题,提出通过表面微结构设计,利用水低热扩散率的特性,在被热冲击表面产生隔热水膜,从而降低瞬态热冲击过程中表层结构的热应力,防止结构热疲劳损伤. 针对这一设想,采用有限元与无限元相结合的办法,解决热应力分析的多尺度问题. 利用COMSOL多场耦合分析软件,对瞬态热冲击条件下,表面微结构的温度场与热应力分布进行分析,研究了冲击时间、微结构几何参数和流体黏性底层厚度等对微结构表面热冲击防护能力的影响. 研究发现,表面微柱或微管结构对降低短时间冷水冲击产生的表面热应力具有显著效果,同时在微结构与基底之间存在最优过渡曲面使表面热应力最小化.