封隔器管柱屈曲变形及约束载荷分析

目前的封隔器管柱屈曲分析没有考虑靠近封隔器段非螺旋屈曲段管柱,没有给出非螺旋屈曲段管柱的变形表达式和封隔器对管柱的约束载荷。鉴于此,取管柱微元体进行受力分析,根据平衡条件和小挠度梁屈曲理论,得到了紧靠封隔器段平面屈曲管柱及螺旋屈曲管柱的屈曲变形微分方程;根据屈曲变形微分方程,利用边界条件得到了紧靠封隔器的平面屈曲管柱的挠度,推导出了封隔器对管柱的约束力和约束弯矩,可供管柱强度校核及封隔器胶筒设计参考。     

基于耦合载荷作用下的圆柱壳动态屈曲研究

研究了弹塑性圆柱壳在径向均布压力和扭转冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题,并采用ANSYS有限元方法对承受耦合载荷的圆柱壳进行了非线性屈曲模拟的计算。给出了圆柱壳在承受耦合载荷作用下的屈曲模态,分析比较了径向内、外压对圆柱壳扭转屈曲的影响。     

内外液压作用下套管柱屈曲载荷的级数解

关于油井套管柱的屈曲问题虽已经有一些研究文献，但深入系统地研究该问题的文献并不多，由于其微分方程求解困难。各文献并没有给出一致的套管临界屈曲载荷，并且给出的结果普遍偏高，文章首次将套管和内，外部液体一起考虑，建立微分方程，并用无穷级数法求解，得到了比较准确的临界屈曲载荷，论述了管柱内，外壁侧向液压对管柱发生屈曲的影响，对于开口管柱，当其处于微弯状态时，内、外壁同压力上起管柱任一截面的弯矩等于作用于底端的轴向力和沿轴线均匀分布的液柱重力所产生的弯矩。其结果可供油井设计和施工参考。     

油气井管柱屈曲研究现状与展望

对20世纪50年代后期以来有关油气井管柱屈曲方面的文献进行系统检索,在分析、研究这些文献的基础上,从弯曲力、临界屈曲、后屈曲平衡等方面介绍了在管柱屈曲领域的最新研究成果和应用现状,指出了今后油气井管柱屈曲的重点发展方向.     

水平钻柱屈曲载荷的分析计算

文章把水平钻柱看作位于弹性支撑上的两端铰接的轴心受压杆件,利用平衡法对水平井眼中钻柱所能承受的临界载荷进行了分析计算,推导出了水平井眼中钻柱临界压力的计算公式。研究表明,水平钻柱所能承受的临界载荷与屈曲时的半波数有关。而半波数则与钻柱长度、几何参数,材料性质及地层弹性系数有关。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

深水工况下套管柱载荷分析

深水钻井施工风险高,成本高昂,需要研究科学的套管设计方法,以避免或减少因设计不合理而造成的井下事故与复杂情况。目前套管柱强度设计方法缺乏对深水钻井工艺条件的考虑,因此有必要进行深水套管柱载荷分布的研究,以弥补现有设计方法的不足。考虑深水作业过程中隔水管解脱、钻井液漏失、套管试压和固井等复杂工况,针对不同的工况,给出了套管内压、外挤及轴向等套管载荷的计算方法,并对国内一口深水井进行了实例分析。分析结果表明,原有的套管柱强度设计方法不能满足深水套管柱设计的要求,考虑深水特殊作业工况是正确选择套管柱的前提。该套管载荷的分析计算方法可用于陆地及浅海钻井套管柱设计。     

斜直井内钻柱非线性屈曲的数值研究

斜直井内计重柔性钻柱的非线性屈曲属于强非线性问题研究的范畴。鉴于Newton-Raphson法一般只对弱非线性有效,难以满足工程实际对计算精度及可靠性的要求,用圆柱坐标系表示的钻柱屈曲四阶非线性平衡微分方程可以用微分求积单元法直接进行数值求解,结合DQ单元,用弧长法构建了增量迭代法。用两个工程实例验证了方法的有效性。数值结果表明, DQ单元法克服了有限单元法在处理钻柱自重方面的困难,提高了解的精度。基于DQ单元的弧长迭代法,方法简单,易于实施,收敛性好,能准确地捕捉到螺旋屈曲的临界载荷。因此,可方便地用于求解斜直井内钻柱的非线性屈曲问题。     

深水钻井作业管柱纵向振动载荷分析

深水钻井作业过程中,管柱在平台升沉振动的作用下产生纵向振动载荷,影响管柱的强度安全。以深水下表层套管作业管柱为例,建立了具有复杂结构的深水作业管柱纵向振动力学模型,并利用振动力学理论分析了管柱的纵向自由振动特性及纵向受迫振动载荷。分析结果表明,在平台升沉振动的作用下,作业管柱的纵向振动以第1阶振型为主;管柱顶端截面上的纵向振动载荷最大,是作业管柱上的危险截面;当钻井平台的升沉振动周期接近作业管柱的固有周期时,将产生极大的纵向振动载荷;当表层套管下入深度较大时,采用壁厚大的钻杆作为送入管柱能有效降低管柱纵向振动所产生的轴向应力。该项研究结果可为深水钻柱和送入管柱的设计提供依据。     

水平井管柱屈曲研究中的争议

在水平井管柱屈曲临界力和屈曲后管柱与井壁的接触力这两方面研究中存在着不同的结论。本文对理论和试验的不同结论进行了分析，指出产生这种不同结论的原因，一是推导方法不同，二是试验条件不规范。认为有关这方面的研究有必要在理论、试验和现场三者结合下，建立科学计算方法，以便得到更正确的结论。     

油管柱在套管中的屈曲行为试验研究

油管柱在套管中的屈曲行为对油气生产有重要影响。依据相似理论,采用1:10的比例尺以缩小的油管、套管模型进行了3组试验,安装分别为:①油管和套管上下同心; ②油管上部偏心2.5 mm; ③油管上下都朝同一个方向偏心2.5 mm。每次试验时都在油管的一端连续施加轴向载荷,测试油管另一端的轴向载荷。分析不同条件下摩擦力的变化,研究结果表明:管柱受压屈曲会导致摩擦力增大; 管柱相对套管的偏心对轴向力的分布影响很小; 证明了管柱力学分析理论中轴向力计算时油管与套管同心的假设是合理的。     

摩擦对垂直井眼中管柱屈曲变形的影响

考虑在有摩擦力存在的情况下,应用Lubinski解导出了垂直井眼中管柱轴向力所满足的微分方程,积分得出了管柱轴向力的公式,并进一步得出了管柱在压缩力作用下缩短和因屈曲缩短的公式。根据不同的边界情况分析了这些公式,指出摩擦力对管柱的屈曲变形影响很大,尤其在高温油气生产时顶部或底部温度加载时,轴向力迅速增加,这是造成封隔器和井口破坏的原因之一。导出的公式简单易用,为试井工程设计提供了快速计算方法。     

垂直井眼中管柱屈曲精确解的应用

管柱在垂直井眼中的屈曲方程可以归结为一个非线性方程,Mitchell得出了该方程的精确解。在此基础上,分析和计算了方程解的性状、管柱与井壁的接触力曲线,以及管柱的缩短情况。分析表明,与传统Lubinski解相比,在精确解中管柱的轴线是由左旋和右旋相互交替的曲线;管柱和井眼的接触力在左右旋交界点最大;管柱每段螺旋长度越长,轴向载荷下变形越大。     

盐穴地下储气库水溶造腔管柱的动力稳定性试验研究

针对建设盐穴地下储气库在实施单井油垫法水溶造腔过程中经常出现的造腔管柱破损和失稳问题,开展了水溶造腔管柱的动力稳定性试验研究,结合现场调研和理论分析结果,揭示出管柱抗弯刚度、悬伸长度及过流面积等是影响管柱动力稳定性的关键参数。据此设计出悬臂管动力失稳物理模型试验装置,开展了水溶造腔管柱磨损和动力失稳的试验研究。试验中观察到5种力学响应现象:(1)水锤现象;(2)静力屈曲;(3)混沌运动;(4)"类悬臂管"受迫振动;(5)不同端部条件影响现象。试验结果表明,引起水溶造腔管柱液—固耦合失稳现象的主要原因包括:(1)造腔水流的波动性易引起水锤和受迫振动现象,超长的受限空间悬臂结构管柱易"放大"这种现象;(2)过大的造腔注水流量可能引起造腔管柱发生静力屈曲或混沌运动;(3)造腔管柱结构和力学特性对造腔管柱系统的稳定性和安全性有着重要影响。     

高压射孔测试管柱力学行为仿真

在高压深井中,测试管柱的损坏成为油气井测试失败的主要原因之一。管柱在下端受压会发生螺旋屈曲,受力变形比较复杂,难以应用理论公式直接进行准确的计算,无法正确反映井下复杂的实际情况。采用ABAQUS有限元分析软件建立中和点以下测试管柱三维仿真模型,综合考虑管柱轴向力、井壁摩擦力、内外压、管柱自身重力等影响因素,对其在不同危险工况下进行管柱力学行为模拟。形成了一套基于ABAQUS软件下研究测试管柱变形的分析方法,并在某地区A井的应用中取得了良好的效果。此方法能够真实地反映测试管柱的变形规律,可对深井勘探现场测试工作提供系统的技术指导。     

大位移水平井完井管柱力学分析研究

采用管柱动力学的原理和方法建立了可用于大位移水平井生产、作业管柱的设计与校核方法;编制了井下管柱力学分析软件.在大港油田大位移水平井(张海502FH井)现场试验效果表明,该项技术能较为准确地预测管柱起下过程的井口的动态载荷和管柱受力剖面,确定不同的管柱组合在特定的井筒中的最大下入深度,可以用来设计、校核大位移水平井的生产与作业管柱.     

基于流函数理论的波浪非线性及洋流作用下动力特性研究

为了更好地模拟实际波浪的非线性和洋流的影响,该文介绍了一种适用范围广,边界条件拟合好,可考虑洋流作用的非线性波浪理论——流函数波浪理论。将流函数波浪理论计算得到的部分结果与线性波理论计算得到的相关结果进行比较,结果表明流函数波浪理论能够很好地考虑波浪的非线性;初步探讨了流函数波浪理论在考虑洋流作用方面的优势;最后推导了流函数波浪理论在海底的随时空分布的渡压力公式,比较了非线性波浪荷载与线性波浪荷载。     

套管柱在高压工艺条件下的受力及保护浅析

分析了套管柱在高压工艺条件下的受力状况，并给出了计算公式。实施压裂、酸化或注水而形成的高压差和高温差，会使井口处套管和水泥面处套管的受力发生突变。在采用环室或光油管压裂、酸化或注水时，套管处于直接承压状态，其中井口处套管受压力效应、温度效应和重力的综合影响；水泥面处套管则受到附加轴向载荷的作用。通过实际井例进行了计算和验证。在此基础上，提出了采用封隔器管柱保护套管的途径。此外，还对封隔器管柱作了受力分析。