磨损对套管接头拉伸与内压强度的影响

采用弹塑性有限元方法 ,建立了套管接头磨损拉伸与抗内压的有限元力学模型。对套管接头处内壁不同磨损量时的抗内压强度和抗拉强度进行了计算分析 ,得出了磨损量与套管接头抗内压系数的定量数据和磨损量与套管接头抗拉系数的定量数据。同时 ,在不同磨损量下 ,分析了套管接头内VonMises应力和套管接头内的变形 ,所得出的抗内压强度系数kp和抗拉强度系数kt为磨损套管柱的强度设计和校核提供了定量的理论数据。     

非API尺寸套管偏梯形螺纹接头设计

基于油田现场工况设计了φ206.38 mm×15.8 mmC110非API尺寸套管管体及非API偏梯形螺纹接头.对套管管体强度、螺纹接头连接强度和密封性能进行了计算分析.根据力学模型并利用有限元仿真分析方法,对螺纹接头在上扣、内压及拉伸条件下的受力进行了分析.最后对设计的螺纹接头的连接强度和密封性能进行了实物验证.结果...     

复杂载荷作用下套管特殊螺纹 接头密封性能有限元分析

为了探究一体化管柱套管特殊螺纹接头在复杂载荷作用下的密封性能,以徐深9-平4井完井管柱的某套管气密封螺纹为例,进行其受力变形的有限元分析。结果表明,轴向拉力及外压作用均会导致接头密封性能下降; 轴向压力与内压在一定程度上会提升接头的密封性能; 弯矩作用会导致接头应力分布产生不对称性,接头受拉侧最后一齿易产生应力集中。分析结果可为套管特殊螺纹接头的应用提供参考。     

柔性接头研制与应用

柔性接头是最新研制的一种钻井井下工具。文中介绍了柔性接头的结构、技术规范和性能特点，建立了以其组合的新型防斜钻具组合力学分析模型，分析了工具于井下的受力状态。在大庆油田易斜区快速防斜钻井现场试验表明，柔性接头的结构简单，钻压和扭矩传递机构设计合理，高压动密封性能良好。以其组合的新型防斜钻具组合，在大倾角硬地层深探井和调整井钻井区块使用，防斜效果明显，机械钻速高。柔性接头的研制成功为易斜区快速防斜钻井提供了一种新的钻具组合类型。该柔性接头已申报国家实用新型专利。     

枯竭油气藏地下储气库套管柱水泥环强度分析

在储气库技术研究中,对套管柱的受力情况进行研究十分重要。利用解析法建立地下储气库套管柱力学模型,分别分析套管柱在内压及外挤载荷、温度载荷和轴向载荷作用下的环向、轴向和径向应力,将各种载荷引起的应力及位移叠加,计算套管柱的受力情况,并通过实例来分析水泥环特性对套管受力及水泥环三向应力的影响。结果表明,套管在注气工况下受力较大,套管应力随水泥环弹性模量的增大而逐渐减小,当水泥环弹性模量增大到一定值时套管应力减小不明显,而水泥环的受力却不断增大;水泥环弹性模量太大时会增加水泥环的各向应力。     

高压注水下套管蠕变损坏的机理研究

油田注水开发以后,由于泥岩吸水蠕变,使非均匀地应力作用于水泥环和套管而导致水泥环和套管发生径向缩径变形。通过建立套管—水泥环—泥岩围岩蠕变力学模型,定量计算和分析了井壁泥岩蠕变载荷分布和变化规律,水泥环和套管外壁径向和环向载荷分布规律,揭示了套管外壁环向载荷分布规律是引起套管变形损坏的直接原因;套管外壁径向载荷与地应力分布规律、套管变形趋势相反说明水泥环在套管抵抗非均匀载荷时起到改变受力边界的作用。通过对套管损坏机理的研究,提出预防高压注水泥岩层的套管损坏主要从防止注入水窜入软弱的泥岩夹层和提高油层附近泥岩层段套管强度两方面入手,为后续套管损坏防治工作提供借鉴。     

非均匀地应力下套管受力影响因素研究

在非均匀载荷作用下套管易挤毁失效,特别是在软岩层段中该问题尤其突出。为此,文中建立了非均匀地应力下、考虑水泥环界面不同接触状态的软岩层、水泥环和套管组合体力学模型,应用弹性力学半逆解法推导了水泥环和套管的应力、位移表达式,采用数值方法进行了求解。以某地区软岩层为例,研究了水泥环界面接触状态、地层力学参数、水泥环力学参数及几何参数、套管几何参数对套管受力的影响规律。研究表明,当界面完全接触时,套管受力最佳;当界面光滑接触时,套管受力最恶劣;在水泥环界面良好接触的条件下,提高水泥环力学性能、增加套管壁厚能改善套管受力。该模型及其力学分析程序可为非均匀地应力下固井工程设计提供参考。     

径向夹持载荷作用下海洋柔性管骨架层的静力特性研究

骨架层径向压缩失效是海洋柔性管的主要失效形式之一。为了分析海洋柔性管骨架层在径向夹持载荷作用下的力学特性,基于ABAQUS建立了考虑材料非线性的骨架层数值模拟模型,得到了层间相互作用和压块数量对骨架层径向压缩时力学特性的影响。计算发现:当施加相同载荷时,考虑骨架层层间滑动将增大骨架层径向压缩位移;压块数量是骨架层径向压缩特性的重要影响因素,压块数量越多,骨架层径向压缩刚度越大,许可径向压缩力越大,但许可径向压缩位移越小;压块数量超过4个时,压块数量对骨架层径向压缩特性的影响逐渐减小。研究结果表明,给出的数值方法能有效计算柔性管通过不同压块数量的张紧器时,柔性管不发生过度变形的最大加载位移和最大夹持力。      

双层组合套管受均匀或非均匀载荷作用的强度分析

利用EPF软件对双层组合套管进行弹塑性有限元仿真分析,其结果与西德克劳塞尔技术大学M.Brkowsky等的试验结果完全一致,证明本文的弹塑性有限元力学模型、基本假设及弹塑性增量理论的应用是正确的。因此可利用EPF软件对任何组合形式下的套管,在计算机上进行均匀或非均匀载荷作用的模拟试验来取代实际试验过程,减少实验设备的投资及实际试验的一些困难。利用EPF软件已成功地为华北油田荆丘地区提供了套管的组合形式,并建立了强度分析及径向位移变化的数学模型。本文首次对组合套管受非均匀载荷作用进行定量研究,为组合套管强度分析奠定了理论基础。     

非API规格偏梯形螺纹接头套管连接强度计算

通过对塔里木油田250.83 mm套管使用情况调研,发现目前使用的250.83 mm套管采用API 244.48 mm偏梯形螺纹接头,其连接强度远低于管体。设计了与250.83 mm套管管体匹配的250.83 mm非API规格偏梯形螺纹套管接头。通过力学计算和有限元分析,证实250.83 mm管体配250.83 mm非API规格偏梯形螺纹接头套管比现有250.83 mm管体配API 244.48 mm标准偏梯形螺纹接头的套管连接强度大幅度提高。通过对API标准套管接头连接强度公式进行分析,得出了既可满足API套管连接强度计算,又可满足非API标准套管接头连接强度计算的公式。     

不同套管-井眼组合下旋转套管速度分析研究

旋转套管可以有效提高水泥浆顶替效率，从而提高固井质量。根据旋转套管理论模型及粘性不可压缩液体的运动方程。推导出了不同套管井眼组合条件下套管旋转产生的径向速度分布计算公式，并计算了在不同套管一井眼组合条件下旋转套管时流体径向速度分布。结果表明，环空间隙越小，其因旋转引起的速度下降沿径向衰减速度越平缓，旋转套管效果越好，证明旋转套管对提高小间隙固井质量意义更大。     

斜井潜油电泵扶正设计与冲蚀模拟

潜油电泵机组用于斜井采油时,横向力分量使电泵机组变形将改变其与套管的配合间隙甚至产生接触摩擦。鉴于此,建立了潜油电泵机组有限元模型,获得井斜度对电泵机组径向位移的影响规律。对扶正后电机外壳与套管间流场进行流体仿真分析,得到电机外壳井液速度分布规律,计算了不同含砂体积分数井液对电机外壳的冲蚀率,并预测电机使用寿命。研究结果表明:无扶正状态下电泵外壳最大径向位移随倾斜角度增大呈线性增长;设置扶正器后,最大流速有所下降,但随电泵倾角的增加而增大;井液含砂体积分数对电机壳体表面冲蚀率和寿命的影响呈线性关系。所得结论可为斜井环境中不同井斜度、多种管径配套尺寸的扶正方案及冲蚀寿命评估提供参考。     

双变径摆轮抽油机运动学计算的一种有效方法

双变径摆轮抽油机是一种摆轮采用变径技术的无游梁式抽油机。进行运动学计算时，由于大小两个摆轮采用变径技术，而且相位不同，悬点位移、速度、加速度与曲柄转角之间的关系很难用数学式直接表达出来。针对这一问题，给出了双变径摆轮抽油机运动学计算的一种简单有效的方法：假设柔性件的长度不变，利用数值计算的方法进行求解。第一步，求出小摆轮转角与曲柄转角之间的数值对应关系；第二步，求出悬点位移与大摆轮转角之间的数值对应关系。由于大小两摆轮为同一个构件，悬点位移与曲柄转角之间的数值对应关系可由以上两步联立求出，进而利用差分法可求出悬点速度和加速度与曲柄转角的关系。     

油页岩原位加热井下温度场及热应力研究

油页岩原位加热开采工艺技术已被广泛应用.在加热期间,井下高温造成套管、水泥环、地层组合体发生热膨胀,使套管产生较大的热应力和热位移,从而可能使其发生变形损坏.文中使用Comsol Multi-Physics软件对油页岩原位加热井井筒至地层的温度分布进行模拟,并分析规律;同时,基于弹性力学和热力学理论,推导耦合系统的热应力、热位移的理论计算公式,分析热应力、热位移径向分布规律,以及开展应力影响参数探讨.研究认为,油页岩原位加热井下温度分布服从指数衰减规律;组合体最大VonMises应力出现在套管内壁,随着井径向距离的增加,应力值大幅度降低;径向热位移随井径向距离增加先增大后减小,最大值出现在地层中;径向热应力先增大后减小,最大值出现在套管外壁上;理想的固井水泥环应为“高强度、低弹性”;实际热采工程中,应保证套管抗屈服强度下,使用低弹性模量的套管材料,以降低热应力.     

XTQ-20型液动套管钳的研制

针对目前生产的套管钳无对扣扶正作用、无背钳、下套管作业辅助工作多、工作时效低以及难以满足专业化下套管作业需要等问题，研制出XN－20型液动套管钳。新型套管钳主要由主铅和背错两部分组成，具有背钳、对扣扶正和扭矩测量功能，主钳与背钳采用浮动式连接，背钳通过同步机械爬坡实现变力夹紧。现场试验证明，该套管钳主铅与背钳连接部分平稳可靠，支撑轮无卡阻现象，背钳夹紧可靠，测扭矩系统精度高，随动性好，锥体运转平稳，各项性能指标均达到设计要求，大大提高了作业时效和套管柱螺纹联接质量。     

套管扶正器的正确安放间距研究

在不同形状的井眼中,套管柱的受力变形计算模式是不一样的。如在变方位的弯曲井眼中,两扶正器间的套管段由于所受重力和轴向载荷不再位于一个平面内,因此将发生非平面弯曲挠曲变形,同时套管扶正器所承受的侧向压缩力也将发生相应变化。此外,扶正器的正确安放间距应当由控制套管弯曲变形和扶正器压缩变形所引起的套管总偏心距不超过某一规定值来确定,而不能仅按这两种变形中的某一种变形来确定。本文较全面地考虑了上述问题,采用瑞利—里兹能量法计算套管的弯曲变形,按扶正器承受的实际侧向力计算其压缩变形,在变方位的弯曲井眼中采用两平面弯曲变形方法研究实际发生的空间非平面弯曲变形,最后以位移的几何迭加原理求出套管在各种井眼中将发生的最大偏心距表达式,控制最大偏心距不超过许可偏心距(文中取等于许可偏心距[c]),建立了斜直、等方位弯曲和变方位弯曲井眼中的一整套套管扶正器安放间距计算公式。通过计算并绘出斜直井眼和变方位变井斜弯曲井眼的两组套管扶正器间距曲线。     

基于赫巴流变模式的旋转套管顶替效率计算

旋转套管是提高固井顶替效率的重要措施。为了定量计算注水泥时旋转套管的顶替效率,使用微元分析法,对旋转套管时水泥浆驱替钻井液状态进行了受力分析,建立了顶替界面达到平衡时的顶替效率计算模型,可以计算出不同旋转套管转速时的不同周向角顶替效率。计算表明,当旋转套管转速大于10 r/min时,会有效减小近井壁钻井液滞留层厚度,适当提高稠度系数,流性指数在0.4～0.7之间时,旋转套管能使顶替效率显著提升。      

实体膨胀管膨胀工具优化分析

为了使膨胀管技术在国内得到大范围应用,采用三维弹塑性接触问题有限元法着重研究膨胀工具的锥角、定径长在膨胀过程中变形力以及残余应力的变化规律。采用ANSYS10.0建立膨胀管模型以及膨胀锥三维实体模型,单元类型选择Solid95,网格划分采用映射网格。研究结果表明,在膨胀锥锥角保持不变的情况下,膨胀锥定径长对膨胀后套管的残余应力没有太大影响,但对套管膨胀所需要的膨胀力有较大影响;膨胀锥锥角对套管最大残余应力没有影响,但对膨胀力的影响十分明显,当膨胀力的径向分力大于材料的抗拉强度时,材料将发生破坏。     

φ244.5 mm套管偏梯形螺纹接头有限元分析

根据φ244.5mm（95/8英寸）套管偏梯形螺纹接头的实际工作情况,建立了预紧力、轴力、内外压力、弯矩和扭矩等载荷工况的力学模型,并依据力学模型建立了该接头的有限元网格模型.采用弹塑性接触问题的有限元分析方法分析了上扣、下套管、旋转套管3种典型工况下该接头的接触压力分布、应力分布和应变分布,可以揭示螺纹接头接触区和牙齿的弹塑性行为,对工程应用有重要的指导作用.研究表明：偏梯形螺纹接头的前3个牙齿和最后3个牙齿的应力和接触压力都很大,螺纹连接在这些部位后很容易发生粘扣.