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在油气井测试过程中，为了保证测试安全，必须准确掌握油管的轴向力与变形情况。测试油管下部因受压会发生螺旋屈曲，并与套管接触产生摩擦力。屈曲后油管进一步变形时，油管轴向力与变形的关系非常复杂。常规计算方法没有考虑摩擦力对变形的影响，其结果不适用于高温高压井测试管柱安全分析。文章经过把塑性力学应力一应变关系与油管轴向力一变形关系进行对比，提出了用塑性力学增量理论的思想，来计算油管轴向力与变形的增量计算模型。通过现场应用，证明了这种计算方法的科学性和实用性。     

诱发扭矩下连续管螺旋屈曲研究

连续管在受到首端压力时会发生屈曲,并在随后的行进过程中产生诱发扭矩,诱发扭矩可能影响油管形态进而影响实际钻井和完井过程,研究诱发扭矩对连续管在井眼中行进非常必要。在假设连续管初始形态为正弦形态、受外部载荷作用后由正弦屈曲变成螺旋屈曲形态的基础上,推导了水平井中考虑诱发扭矩影响后的连续管螺旋屈曲新公式,并通过计算和分析钢丝屈曲试验数据发现,考虑诱发扭矩影响后微分方程结果退化后与只考虑轴向载荷的相关文献的结果一致,表明诱发扭矩对连续管螺旋屈曲行进无影响。分析了试验中螺旋反转次数和理论上螺旋反转次数不同的原因。研究结果对于理解管柱井下力学行为、改善管柱轴力传递具有一定的参考意义。     

动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究

为探究动态载荷作用下地下储气库(UGS)受压段管柱非线性屈曲特性,根据储气库井筒结构特点,建立了柔性约束下UGS管柱非线性屈曲力学模型,采用慢动力法阶跃式施加管柱外载荷,并结合考虑接触的管柱屈曲动力学方程,分析了动态载荷作用下管柱的非线性屈曲特性。以UGS-ZY11井现场数据为例,通过ABAQUS模拟计算进行对比研究,并分析储库产量和管径等因素对管柱非线性屈曲的影响,从而获得动态载荷作用下管柱屈曲演变过程和套管接触压力分布特点。研究结果表明:对于同一生产条件,动态载荷作用下管柱中和点到封隔器处的管柱处于连续非均匀的屈曲状态;管柱受力变形初始阶段,环空压力对其与套管壁接触存在“软约束”;随着储库产量和管径的增加,管柱屈曲变形过渡时间越短,管柱越容易发生螺旋变形;动态载荷作用下诱发管柱振动,导致径向位移较小的油管柱与套管壁发生接触,将加剧油套管损伤失效破坏,在管柱安全生产设计和运行时应做出相应的安全措施。研究结果为深入开展动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究提供了一种新的思路和方法。     

连续油管在海洋垂直立管中作业的轴向力传递

由于刚度较低,连续油管在进行海洋垂直式立管清管作业时可能会发生屈曲,从而导致其顶部提供的轴向载荷将不能全部传递到底部,影响正常作业。通过数值模拟,研究了连续油管在海洋垂直式立管中作业时的轴向力传递特性。研究结果表明:当立管长度一定时,连续油管轴向载荷传递效率将会随着连续油管与立管之间的环空间隙的增大而减小;当连续油管与立管之间的环空间隙一定时,连续油管轴向载荷传递效率将会随着立管长度的增大而减小。该研究成果将会对连续油管进行海洋垂直式立管清管作业提供重要理论依据。     

确定斜井起下管柱摩擦力的三维力学模型

考虑斜井中井斜角和方位角的变化．建立管柱受力平衡方程。导出了斜井中起下油管柱时摩擦阻力和轴向载荷分析的三维力学模型．给出了油管下入或者起出时油管与套管之间摩擦阻力的计算方法。实例计算分析表明．斜井中．油管与套管之间的摩擦阻力在轴向载荷中占较大比重。因此．正确地确定油管与套管之间的摩擦阻力是计算斜井轴向载荷的关键。     

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。     

大庆油田高温深井试气井下管柱力学分析及应用

针对大庆油田深井高温、高压裂压力及测试、压裂管柱的特点,在轴向屈曲分析的基础上,综合考虑井况、井身结构、管柱组合、施工顺序,以及考虑库仑摩擦力,考虑井口和封隔器的约束及其对轴向变形、轴向力的影响,给出了试气井下管柱载荷、变形、应力计算方法与公式,编制了井下管柱力学分析软件.据此,可以分析各试气工序下管柱的屈曲状态、载荷、变形、应力及强度安全性,并指导管柱组合和施工参数选择.     

管柱的屈曲特性及其对定向井中轴向力传递的影响

为了研究水平直井段和弯曲井眼内管柱的屈曲及后屈曲特性 ,Tulsa大学建立了一套试验装置。他们就研究有静态内压及无静态内压条件下的轴向力传递问题进行了试验。同时还研究了屈曲现象的不同阶段及其与轴向力、管柱直径 ( in和 in)和管柱端部支撑条件的关系。试验结果表明 ,屈曲载荷与管柱直径及管柱端部支撑条件密切相关。静态内压对管柱的屈曲特性影响不大。本文还对近期建立的用来预测倾斜、弯曲及水平井眼内管柱屈曲特性的数学模型进行了简要回顾。新近开发的计算机模拟程序中使用了这些理论。理论分析结果证实了该计算机模拟程序的适用性和有效性 ,使用它可以更好地理解和解决油田生产中出现的各种与管柱屈曲有关的问题     

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。     

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。     

同心双管柱受力分析及变形计算

在油气井冲砂、排酸等井下作业中,同心双管柱具有广阔的应用前景。根据流体力学、弹性力学等理论建立了同心双管柱的力学、数学模型,比较全面地考虑了同心双管柱作业时受到的各种作用因素,推导出同心双管柱变形量的计算方法。计算结果表明,同心双管柱在压差、浮重、摩擦力、温差和膨胀综合作用下发生变形,对其使用和安全性能产生影响;在实际工程中,由于套管和管柱的摩擦作用以及井斜角的影响,同心双管柱的实际变形量要小于理论计算值;当外油管缩短内油管伸长达到一定值时,内油管发生屈曲变形,需要做管柱的变形补偿设计。     

两层压裂井下管柱力学分析及其应用

不动管柱两层压裂技术是环保施工、提高劳动效率的新型工艺。为保证该工艺的科学有效实施,对井下管柱及各种压裂工具进行了屈曲分析、变形分析、轴向受力分析、应力与强度分析,确定管串的危险截面为井口和封隔器上截面,并编制了应用软件。通过输入油井的井眼轨迹、井身结构、油管柱组成、摩擦系数、油管内流体性能、温度、注入方式、井口油管内压力、锚定状态等各项参数,给出了井口与井下封隔器处的内外压、轴力、应力强度、安全系数及轴向变形情况。在实际井上进行了应用,有效地指导了压裂管柱设计及工具的选型,从而保证了压裂施工的顺利进行。     

斜井抽油杆扶正器安放间距三维计算

在斜井抽油杆上合理布置扶正器可减缓抽油杆与油管的相互磨损，延长油井免修期，降低生产成本。采用力学分析的方法，结合井眼轨迹数据，由下到上逐跨计算了抽油杆柱的扶正器间距和轴向力。假定抽油杆柱上只有扶正器处与油管接触，通过反复试算确定了两相邻扶正器之间的合适间距、上扶正器处的轴向力和侧向力。研究结果表明，相邻两扶正器的间距取决于上述轴向力、侧向力、井眼几何尺寸、杆抗弯刚度和杆与管间隙的大小。抽油杆柱最下端作用力的大小取决于液体压强、柱塞重量、摩擦力、液体阻力和惯性。而侧向力的大小取决于井眼见何尺寸、轴向力和抽油杆重量。计算实例及现场应用均表明三维计算方法是可行的。     

含水与沉没度对杆管偏磨的影响研究

通过对抽油机井最小载荷随含水和沉没度变化规律及杆管摩擦磨损规律的实验研究,找出了含水、沉没度对杆管偏磨的影响规律。高含水抽油机井在低沉没度条件下运行时,抽油泵因严重供液不足而产生液击,会加剧抽油杆柱振动,降低抽油机悬点最小载荷,从而减少抽油杆柱的轴向分布力与杆管产生偏磨的临界轴向压力,加大了下冲程时抽油杆柱下部受压段的长度,容易造成抽油杆柱屈曲而导致杆管偏磨。高含水是导致杆管偏磨速度加快的主要原因。     

液压加固补贴对破漏套管的仿真研究

针对胜利油田长距离套管损坏井连续破漏及管体刺漏等套管失效工况,以∅139.7 mm×7.72 mm的N80套管为例,借助于ABAQUS有限元软件建立了破漏套管经液压加固补贴后的有限元模型,并对套管组合体模型的承载极限进行了定量分析。研究结果表明:破漏套管表面裂缝的存在对套管组合体承受外挤工况的影响较大,而对组合体承受轴向拉力、轴向压力以及内压等工况的影响甚微;当破漏套管最小裂缝宽度小于2.5 mm时,经液压加固补贴后的组合体在轴向拉力、轴向压力、内压以及外挤等4种载荷工况下的承载极限均高于无损套管的承载极限,满足现场工况要求;而当最小裂缝宽度大于6.5 mm时,补贴后的套管组合体承受的极限外挤载荷小于63.4 MPa,抵抗极限外挤的能力有所降低;通过更改补贴管材质,可明显提高补贴组合体在内压及外挤工况下的极限承载能力。研究结果对现场施工作业具有一定的指导作用。     

高温高压超深气井油管柱屈曲行为研究

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并以塔里木油田某超深井为例,针对管柱屈曲行为开展了油管柱屈曲形态与其横向位移、油管—套管接触压力分析。结果表明:(1)所建立的高温高压深井超深井油管柱屈曲分析有限元模型可以对油管柱屈曲形态进行全井段分析,复杂力学工况下的油管柱中和点到封隔器处的油管柱处于非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲;(2)油管柱底部轴向压力为205 k N时,油管柱接触段的顶部和底部分别发生正弦屈曲、螺旋屈曲自锁现象,该自锁现象可能导致油管柱处于永久性的屈曲状态。结论认为,所建立的模型可用于分析油管—套管屈曲过程中的屈曲形态、接触压力及其摩擦力,为油管柱屈曲形态、摩擦损伤失效分析及预防措施制定等提供了方法和依据。还提出了延长管柱使用寿命的措施建议:油管柱坐封前在井口施加适当的提拉力、增加底部油管柱结构尺寸、提高井口油压或适当降低产量等。     

油气井管柱冲击动力问题研究概况和发展趋势

钻采作业中经常遇到管柱冲击动力问题。具体工况包括：①射孔和爆炸松扣解卡时,炸药爆炸引发的管柱冲击振动;②用震击器解卡时,突然泄流和震击力引发的管柱冲击振动;③钻柱、套管柱、油管柱、抽油杆柱断脱或刹车不灵或操作失误,导致管柱沿井筒向下滑落冲击井底或泵阀,以及管柱下放时突然遇阻的情况。对文献的相关研究进展进行了评述,并介绍了油气井管柱力学三原理、油气井管柱动力学基本方程、油气井管柱的屈曲和拉力扭矩分析、钻柱动力学、直杆和薄壁管在轴向冲击作用下的应力和变形、以及有限元力学仿真的研究进展;最后,对管柱冲击动力研究的力学模型、数学模型、求解方法和预期结果等提出了建议。