论非均匀壁厚圆管的临界外压计算

长期以来,不均匀壁厚圆管的临界外压计算问题一直争议很大。这是由于非均匀壁厚圆管受外压变形,相当于一个端部铰支且具有变抗弯刚度的压杆,所建方程是一个二阶变系数微分方程,难以求解。以前的研究者们借助于能量法和变分法求得临界外压的表达式,避开直解该微分方程。但采用这些方法时,必须假设变形的屈曲形状函数。问题的焦点就在于,采用的是均匀对称变形时的屈曲形状函数和均匀变形时的边界条件,不能真正代表实际变形形状。因此,导出的非均匀壁厚圆管临界外压计算公式的计算结果误差很大,得出的结论与实际不符。分析了以前学者们在解决此问题时存在的问题,利用力学模型中的几个端点值,转变系数微分方程为常系数微分方程,然后采用几何平均处理方法求得该变系数微分方程的近似解,导出了非均匀壁厚圆管临界外压近似公式,并进行了实例计算分析,认为该导出式符合现场实际结果。     

应用三角级数计算不均匀壁厚圆管临界外压——兼评“不均匀壁厚圆管的临界外压计算”一文中临界外压计算公式

套管的临界外压是套管抗挤设计的基础。不均匀壁厚是套管最常见的缺陷。长期以来,不均匀壁厚圆管的临界外压计算方法一直有争议。本文应用三角级数作为变形曲线,论证了这一问题在多自由度情况下的解答计算表明,逼近方法可行,所得近似公式的精确度良好,这进一步证实了《套管强度计算与设计》一书中所给出的公式,以及不均匀壁厚圆管的内外圆偏心增大时,临界外压将增大的结论是正确的文章指出,"不均匀壁厚圆管的临界外压计算"一文只用1个自由度的变形曲线,无论是应用变分原理或以弯矩作为应变能计算依据,所得的精度都较差,因而结论是不可靠的。     

应用三角级数计算不均匀壁厚圆管临界外压——兼评“不均匀壁厚圆管的临界外压计算”一文中临界外压计算公式

套管的临界外压是套管抗挤设计的基础。不均匀壁厚是套管最常见的缺陷。长期以来,不均匀壁厚圆管的临界外压计算方法一直有争议。本文应用三角级数作为变形曲线,论证了这一问题在多自由度情况下的解答计算表明,逼近方法可行, 所得近似公式的精确度良好,这进一步证实了《套管强度计算与设计》一书中所给出的公式,以及不均匀壁厚圆管的内外圆偏心增大时,临界外压将增大的结论是正确的文章指出,“不均匀壁厚圆管的临界外压计算“一文只用1个自由度的变形曲线,无论是应用变分原理或以弯矩作为应变能计算依据,所得的精度都较差,因而结论是不可靠的。     

不均匀壁厚圆管的临界外压计算——兼评《套管强度计算与设计》一书中临界外压公式的问题

抗挤能力的计算是套管设计的一项重要内容均匀壁厚的圆管,在弹性范围内的临界外压计算,已有比较成熟的理论但实际上,套管并不是理想的圆柱管壳。它往往存在初始椭圆度和壁厚不均度两种缺陷,这些缺陷对套管的抗外挤能力是有影响的。不同的临界外压计算方法,对这些缺陷的影响处理方法也是不一样的。本文用变分原理求出了变壁厚圆管临界外压的计算公式,并详细分析了《套管强度计算与设计》一书中用能量法推导临界外压公式过程中存在的问题这是由于用近似的屈曲形状函数,又不恰当地用位移的二阶导数来计算应变能造成的,若用位移表达式来计算应变能,就可得到与本文介绍的一样的公式了。     

不均匀壁厚圆管的临界外压计算——兼评《套管强度计算与设计》一书中临界外压公式的问题

抗挤能力的计算是套管设计的一项重要内容均匀壁厚的圆管,在弹性范围内的临界外压计算,已有比较成熟的理论但实际上,套管并不是理想的圆柱管壳。它往往存在初始椭圆度和壁厚不均度两种缺陷,这些缺陷对套管的抗外挤能力是有影响的。不同的临界外压计算方法,对这些缺陷的影响处理方法也是不一样的。本文用变分原理求出了变壁厚圆管临界外压的计算公式,并详细分析了《套管强度计算与设计》一书中用能量法推导临界外压公式过程中存在的问题这是由于用近似的屈曲形状函数,又不恰当地用位移的二阶导数来计算应变能造成的,若用位移表达式来计算应变能,就可得到与本文介绍的一样的公式了。     

壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响

采用有限元法分析了壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响。分析研究结果表明(1)壁厚不均的膨胀套管膨胀后壁厚不均度增大;(2)壁厚不均的膨胀套管膨胀后各部位壁厚均减小,最薄侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈上升趋势,而最厚侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈下降趋势;(3)壁厚不均度对膨胀套管自由端面轴向总位移影响很小;(4)膨胀套管壁厚不均度小于0.2时,所需最大膨胀力变化不大;壁厚不均度大于0.20时,所需最大膨胀力迅速降低;(5)壁厚不均度对膨胀套管膨胀后的残余应力影响很小。     

球形封头外压失稳计算方法评述

阐述球形封头在外压下发生弹性失稳，临界压力的几种计算方法，并与实验结果进行对比。并对现行标准ＧＢ１５０中外压球形球头临界压力的计算方法提出了看法。     

《试论套管挤压理论中的几个问题》(三)——再论不均壁厚圆管壳的弹性稳定及其在不均壁厚椭圆套管挤压计算中的应用

笔者曾在文献中讨论过一种变壁圆柱管壳的弹性稳定问题,并将结果应用于不均壁厚椭圆套管的挤压计算。后来文献不同意笔者的结论。笔者以为有必要再作深入的探讨,以便检验其结论的可靠性和精确性。下面将根据能量原理的一般形式导出变壁厚圆柱壳体总位能函数,并应用三角级数来表示屈曲形状函数,以便得到变壁厚的圆柱壳体更精确的临界外压。     

承压设备圆柱形简体壁厚计算方法的选择

对承受内压的圆柱形筒体在不同工况下壁厚的计算方法是不一样的，因此根据强度设计的基础理论，对一些常用方法进行分析、比较，然后根据实际情况，选择合适的公式来计算筒体壁厚，以确保受压筒体在工作状况下安全、有效地运行。     

壁厚椭圆度缺陷对膨胀套管性能的影响

套管的椭圆度缺陷对套管的强度等性能有显著的影响。利用有限元法建立了考虑壁厚不均缺陷的膨胀套管的非线性接触力学模型，进行了有限元模拟分析，得到了套管椭圆度在膨胀前后的变化规律及其对膨胀后套管力学性能的影响，为膨胀套管的设计和进一步研究提供了一定的理论依据。     

膨胀管壁厚计算研究

膨胀管技术是在井下以机械或液压的方法使管材永久变形、完成油气井建井的技术。它不仅使井身结构产生变形，还大大降低油气井建井成本。管体膨胀后的壁厚是计算抗挤强度的关键要素，根据金属材料冷变形的原理，在对管柱膨胀进行力学分析的基础上，结合金属材料冷变形的体积不变原理，应用管子膨胀时的应力-应变关系推导出膨胀管壁厚变化的计算公式，同时编制了壁厚变化的计算软件。实验数据和计算结果的对比验证了该计算公式是可靠的。     

缩短附塔大管道支架计算选型时长的研究

通过分析附塔大管道支架人工计算选型的过程和方法,得出参数多、人工计算量大且要反复验算是导致附塔大管道支架计算选型难、耗时长的主要原因。通过编写计算程序改变附塔大管道支架计算选型现状,并以实例检验其应用效果。实践证明,通过编写的计算程序,缩短了附塔大管道支架计算选型的时长,克服了人工计算效率低且易出错的问题,为附塔大管道支架计算选型提供了快速且有效的计算工具。     

页岩水化对其力学性质和井壁稳定性的影响

在对新疆油田呼图壁地区防塌钻井液配方进行优选的基础上,进一步研究了钻井液引起的水化与泥页岩力学性质和井壁稳定性的关系。试验和计算结果表明,泥页岩水化后由于抗压强度降低,粘聚力下降,因而对钻井液安全密度窗口有显著的影响。以呼002井泥页岩为例,水化后坍塌压力所对应的钻井液密度值提高了0.23g/cm3,破裂压力所对应的钻井液密度值降低了0.15g/cm3。在相同的试验条件下,泥页岩水化程度与钻井液类型有关。在所使用的3种防塌钻井液中,KCI两性离子聚磺钻井液对泥页岩的抑制作用为最好.     

高压注水对砂岩层段套管的影响

通过对高压注水时砂岩的垂向形变特征和拉应力作用下套管强度性能的理论研究和计算，得出了高压注水对砂岩层段套管损坏的机理。以大庆榆树林油田砂岩段的套损情况为例，计算了注水压力、套管应力及套管强度之间的关系。     

自增强设备最佳超应变度研究

基于疲劳强度理论,引入等效相当应力幅参量,对高压与超高压设备自增强处理时的最佳超应变度进行了理论分析与有限元计算.最佳的超应变度应使设备内表面有最低且内外壁面尽可能接近的等效相当应力幅,此时设备将有最长的疲劳寿命.     

预测实际环空中压降的方法

在小眼井和连续油管作业的窄环空中，要求更加准确地计算摩擦压降，影响窄环空中摩擦压降的关键因素为歪空尺寸变化，钻柱的旋转和振动，本文介绍偏心度为井深函数的实际环空中压降计算的理论模型和便于现场使用的简化计算方法。     

稳定性对水泥浆过渡时间的影响研究

为了探索稳定性对水泥浆过渡时间的影响规律,采用静胶凝强度/超声波抗压强度分析仪、高温高压油井水泥浆凝结仪和高温高压稠化仪研究了水泥浆在相同条件下的静、动态凝结特性。研究表明,浆体稳定性越好,水泥水化速度越快,初凝和终凝时间、初终凝过渡时间、静胶凝强度过渡时间越短,水泥浆凝固后体积收缩率越小;水泥浆的高温高压稠化过渡时间短并不代表静胶凝强度过渡时间短,动态条件下的稠化过渡时间与静态条件下的静胶凝强度过渡时间并不等价。     

硬脆性泥页岩水化稳定性研究

文章在分析泥页岩水化失稳基本结构的基础上，抽象出硬脆性泥页岩的物理模型，然后依据抽象出的物理模型，考虑钻井液滤液与页岩之间可能进行的各种物理化学反应，综合各种运移驱动力对滤液各组分运移的影响，以多孔介质传导（能量与物质）、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为依据，建立起泥浆滤液在裂缝性泥页岩地层中的渗透运移规律及由此产生的水化应力和造成的地层强度变化的规律，最后落脚到应力、应变张量和破坏强度准则，形成了泥页岩水化稳定性的裂缝-孔隙双重介质分析模型系统。     

水平气井井壁稳定性研究

文章以均质各向同性和线-弹性模型为依据，在某气田地应力、岩石强度等参数研究的基础上，应用Mohr―Coulomb强度判别准则，就不同地应力环境、不同孔弹性系数以及压力衰竭对水平井井壁稳定性的影响进行了研究。结果表明,应力非均匀性越强，井壁越不稳定；孔弹性系数对井壁稳定性的影响也很明显，由于地应力和孔隙压力的作用在一定时期内是相对稳定的，而有效应力大小与孔弹性系数值有关，不同的孔弹性系数值会使有效应力的大小关系发生变化，从而可能使得井壁稳定性分析结果不同，甚至截然相反；随着地层压力的降低，作用在最大剪切应力平面上的剪切应力显著增加，井壁越容易发生剪切垮塌。因此，在气井井壁稳定性分析过程中，准确确定原地应力的大小、方向和慎重地选取孔弹性系数值以及考虑压力衰竭的影响具有重要意义。