套管钻井中套管柱疲劳可靠性及相关力学特性研究

利用CAE仿真技术和可靠性疲劳实验方法,研究了套管钻井中的有关力学问题.分析了不同径厚比套管的受力状态、磨损套管剩余强度、套管柱的振动模态和疲劳可靠度.研究结果表明,径厚比越大,套管管体Mises应力越大,套管发生失稳的临界荷载越小.对于均匀磨损,随着磨损长度的增大,套管的剩余抗拉和抗扭强度逐渐变大,并达到一个极限值;对于非均匀磨损,其剩余抗拉强度与磨损长度之间的关系均近似服从指数分布.两种磨损状态下,套管柱剩余抗拉和抗扭强度都随磨损量的增加而降低;套管柱外径对套管横向振动固有频率的影响大于径厚比对其的影响,纵向固有频率主要取决于管柱长度.运用可靠性方法,基于概率分析设计了单轴和双轴疲劳可靠性试验,得到了套管柱的单轴和双轴概率疲劳特性,推导出套管钻井的P-S-N曲线方程.     

套管钻井中套管柱的瞬态动力学分析与研究

套管钻井中套管柱力学性能分析是进行钻井工程设计的一项重要研究工作。文章以ANSYS软件为基础,对套管柱组合在不同钻压、转速下的动力学问题进行了有限元建模及分析,获得了在不同钻井参数下的套管柱应力、应变以及接触应力等参数的变化规律,为在套管钻井作业中合理地选择钻井参数提供了理论依据。     

套管钻井中套管疲劳损伤模型研究

根据套管材料的疲劳应力寿命曲线推导出了套管构件的疲劳应力寿命曲线;结合疲劳损伤理论,通过定义套管疲劳损伤量和疲劳损伤强度2个基本参数,对套管疲劳损伤进行度量,建立了套管疲劳累积损伤计算模型。由现场套管钻井实例分析结果可知,位于井口的套管疲劳损伤程度最大;采用单因素分析法,当转速一定时,套管的疲劳损伤随着井深的增加而减小;当钻压固定不变时,套管的疲劳损伤随转速的增大而增大。该模型对于套管的疲劳损伤评估具有重要的指导意义。     

深水钻井钻柱疲劳寿命研究

深水钻井作业中平台的动力响应将使钻柱承受更多的交变载荷,钻柱疲劳寿命的计算过程更为复杂。应用数值模拟方法,通过Ansys-Workbench中的AQWA模块、瞬态动力学分析模块以及疲劳分析模块,提出了一种研究深水钻井中钻柱疲劳寿命问题的方法。通过实例计算,得到了某海洋环境下平台的运动响应,进而得到钻柱的疲劳极限寿命约102.61 d。计算结果表明,对于水深1 000 m的深水钻井作业,服役时间达到100 d的钻柱必须经过探伤检测,方能确定是否继续使用,且尤其应注意靠近水面部分的钻柱。     

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

套管钻井系统的设计与应用

简要介绍了套管钻井系统及其关键设备的结构和工作原理，对比了套管钻井与常规钻井的现场应用情况、安全性及经济性，阐述了设计套管钻井时在工程上的考虑因素，对套管的弯曲和疲劳破坏作了分析，介绍了套管钻井中井底钻具组合的下入与回收、固井等工艺过程。     

浅析套管钻井技术

按套管钻井技术中钻进工具和操作技术不同,套管钻井有3种不同的形式,即可回收钻具组合的套管钻井技术、尾管钻井技术和可破碎的钻头套管钻井技术。分析了套管钻井技术的优越性和套管钻井参数,并指出了应该注意的问题。套管钻井技术使钻井液水力参数得到明显改善,有利于井眼净化和当量钻井液密度控制。套管钻井可以简化钻井程序和井身结构、减少钻井事故、提高钻井效益、节约钻井成本。     

油井套管寿命的灰色预测

基于现场得到的油井套管大量统计数据，应用灰色理论中的ＧＭ（１，１）模型，对油井套管寿命进行预测。实例计算与对比表明，灰色ＧＭ（１，１）模型对油井套管的寿命预测具有较好的适用性。     

套管钻井——降低钻井成本的重要方法

套管钻井是一项边钻边下套管的新技术。在套管钻井中，用套管代替常规钻柱，将机械能量和液压能量传递给钻头。用接在套管柱下面的钻具组合取代接在常规钻柱下面的钻具组合。在套管柱留在井下的同时，用钢丝绳取出底部钻具组合，以更换钻头、泥浆马达、ＭＷＤ／ＬＷＤ和其他钻具。在现场试验期间，已在１０口井的部分井段应用了套管钻井技术。套管钻井系统仍在不断发展之中，但这些井已证明了套管钻井系统是可靠的。     

套管的挤压分析

采用弹塑性理论分析套管在外压作用下的应力和变形,所得公式适用于薄壁、中厚和厚壁套管,可以计算套管(圆管和椭圆管)的弹性极限外压、弹性失稳外压和弹塑性失稳外压.算例表明理论分析的结果与实验值吻合.特别是修正了文献1～7中所采用的压缩极限应力是拉伸极限应力1.1倍的假设.该理论分析为在复杂受载下套管的应力研究提供了基础.     

套管内液力补贴作业所需轴向力分析

套管内衬波纹管液力补贴作业过程中,挤胀波纹管时上提胀头所需的轴向力是一个十分有意义的参数。在分析挤胀波纹管受力的基础上,采用大变形弹塑有限元分析方法,结合实际数据进行计算。结果表明:当波纹管外径104mm,内径70mm,壁厚3.17mm,刚性胀头锥角30度时,对常用低碳钢材料.套管补贴所需轴向力不超过40kN;液力补贴工具刚性胀头锥角设计时取25~35度为宜;波纹管壁厚、外径和波纹条数的变化,对所需轴向力有较大影响。     

川东地区井下套管损坏的原因分析及对策

本文就近年来在钻井施工中遇到的４口井发套管损坏的问题进行了原因分析，提出了防止井下套管损坏对策。     

影响膨胀节疲劳寿命因素的统计分析

运用统计学的方法对影响膨胀节疲劳寿命的因素进行了分析和研究，证实了ＥＪＭ标准对多层膨胀节的应力计算，对非轴向位移的当量化处理以及对压力应力的影响系数方法都是恰当的。热处理对疲劳寿命无显著影响。指出了单波和多波膨胀节采用一个疲劳寿命预测公式是恰当的。     

套管偏磨曲率对其抗挤毁强度影响的有限元分析

随着油田开采的不断深入,应用于深井、超深井的套管经常发生偏磨现象。套管偏磨降低了其使用性能,尤其降低了其抗挤毁能力,使石油套管经常因偏磨而损坏,严重影响了原油的正常生产。文章主要运用有限元软件,研究了不同钻杆直径造成的套管偏磨对套管抗挤毁能力的影响。结果表明,随着钻杆直径增大,偏磨区域增大,但偏磨区域曲率变小。其综合影响是偏磨“月牙形”的曲率对套管的挤毁能力影响很小,而偏磨深度对套管的挤毁压力影响很大,因此实际钻井时,钻杆直径对套管抗挤强度的影响可以给以较少的考虑。     

出砂套管受力有限元分析

油气井开采过程中.生产层段由于出砂将在套管外部附近形成空洞,破坏了套管的受力环境,套管外部失去支撑.由于上覆地层压力的作用,使套管在轴向压力作用下产生屈曲变形.本文用弹塑性有限元法建立了出砂段套管屈曲变形的有限元力学模型.根据此模型,分析了某出砂引起套损后,套管的形态;特定上覆层栽荷下,发生屈曲的自由套管段长度.这些结...     

钻柱拖扭阻力的计算分析

考虑钻柱主要部分的刚度，对水平井乃至其它井中的整个钻柱的拖扭阻力，进行深入分析，提出了系统的计算模型、方法及其功能与适用范围，并对起下钻及钻进时的大钩载荷、摩阻、水平段长度设计、井身优化等问题，进行了计算分析。     

哈萨克斯坦北布扎奇油田侧钻短半径水平井钻完井技术

应用套管开窗侧钻短半径水平井技术对老井进行改造,可有效开发老井未受控面积内的储油和死角残余油,恢复并提高单井产量和最终采收率。2004-2005年CNPC在哈萨克斯坦北布扎奇油田浅层稠油油藏成功实施NB31、NB30两口套管开窗侧钻短半径水平井,投产后均获得高产能。针对这2口侧钻短半径水平井,从井身结构优化、剖面优选、套管开窗工艺、浅稠油层高造斜率的实现、大弯角螺杆钻具与井口的相容性分析、短半径水平井套管柱下入摩阻分析及完井工艺等几方面进行了介绍,为今后该项技术在北布扎奇油田及国内油田的推广应用提供了经验。     

小井眼钻柱瞬态动力学研究及应用

考虑小井眼细长钻柱沿井深和井眼圆周方向的随机接触碰撞,建立了钻柱瞬态动力学模型。运用动力间隙元不仅能合理描述钻柱与井壁的接触碰撞过程,还能考虑井壁变形和泥饼的能量吸收,并用Newmark法求解钻柱动力学平衡方程。通过钻井全尺寸模型装置上的钻柱动力学试验,对理论计算结果进行了验证,也为钻头干扰力确定提供了依据。经大庆油田14口小井眼井应用表明,由钻柱动力学分析所设计的钻柱结构没有发生井下断钻具事故,防斜性能也比较好,机械钻速得到明显提高。