考虑热固耦合作用的高温高压井井筒完整性分析

以高温高压井套管-水泥环-地层为研究对象,建立套管-水泥环-地层组合系统的热固耦合模型,结合边界条件和连续条件,得到相应的应力解析解,并与有限元结果进行对比,验证了解析方法的计算精度.通过分析热固耦合作用下的解析解和不考虑热载荷的解析解,发现热载荷对整体等效应力的影响较大.采用Mises、Drucker-Prager及Mohr-Coulomb屈服准则定义失效系数评价套管-水泥环-地层组合系统的井筒完整性.讨论了水泥环弹性模量、泊松比、非均匀地应力系数、地层温度、套管内压等参数对套管内壁、水泥环内壁及第一、二胶结面失效系数的影响.上述因素对套管内壁、水泥环内壁及第一、二胶结面失效系数均有影响;第一胶结面失效系数较高,对井筒完整性影响较大.     

不同缺陷对套管剩余强度影响分析

借助有限元软件ANSYS对套管在均匀、点状和裂缝腐蚀缺陷下的剩余强度进行了计算。结果表明:均匀腐蚀下套管剩余强度随壁厚减薄而近似线性降低;点状腐蚀套管剩余强度变化为降低—平稳—降低;裂缝腐蚀下套管内压和外压剩余强度变化与点状腐蚀趋势近似,而拉伸曲线只在开始时急剧下降,随后一直保持平稳;腐蚀后套管承载能力由大到小排序为:点状腐蚀、均匀腐蚀、缝隙腐蚀。     

水力锚对套管损伤数值模拟分析及结构优化

文章从水力锚结构和工作原理出发，利用ANSYS有限元分析软件，分析了水力锚在内压作用下对套管的接触问题，计算了锚爪弧面直径比套管内径大、小、相等3种情况下，其对套管接触应力与变形，优化出同一套管内径对套管伤害最小的锚爪弧面直径，对减少套管损坏、延长套管寿命具有重要的现实意义。     

基于风险矩阵和支持向量机的套管寿命预测

普通预测方法无法有效预测套管寿命,为此,建立了套管寿命预测模型。该模型基于支持向量机方法建立,通过对32个套管失效因素的影响等级及相应因素发生概率等级的定量分析,求得各因素对于套管失效影响的风险矩阵,并确定了油气井套管8种失效形式的危险性能指标。对60口非训练样本的套损井寿命进行预测,通过寿命预测值与现场实际寿命值的对比分析表明,该套管寿命预测方法对中长寿命油气井套管具有较高的预测精度。     

含水层型地下储气库天然气动态运移规律

根据含水层型地下储气库储层高度与面积相比很小的特点,建立了含水层型地下储气库天然气动态运移的积分平均模型。利用该模型计算了国内某拟建含水层型地下储气库天然气动态运移过程中注气点含气饱和度和压力随时间的变化规律,对比了本文模型与传统二维渗流和三维渗流数学模型的计算精度,研究了天然气动态运移过程中储层厚度、储层渗透率、注气速率和排水量等参数对注气点压力的影响。结果表明：本文建立的积分平均模型具有较高的计算精度,可以满足工程计算要求;注气点压力随着储层厚度、渗透率和排水量的增加呈非线性降低,随着注气速率的增加呈非线性增加。     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究(稿号5913修改稿)

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了海底管道的动力响应过程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响。结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形。     

煤层气水力压裂缝内变密度支撑剂运移规律

针对煤层气水力压裂有效支撑缝长过短且缝内铺砂浓度分布不均匀的问题,研究变密度支撑剂颗粒在裂缝内的运移规律。采用Pseudo Fluid模型考虑了裂缝内支撑剂颗粒之间的相互影响,借助Visual Studio 2012设计平台编制相应计算软件,并通过与现场监测值进行对比,校核了软件计算的准确性。讨论了压裂液黏度、裂缝壁面、排量和支撑剂密度等参数对缝内铺砂浓度和有效支撑缝长影响规律,分析了超低密度支撑剂在不同围压和温度工况下的破碎率。结果表明:坚果壳支撑剂在围压为69 MPa、环境温度为90℃工况下破碎率2%,满足现场需求;随着压裂液黏度、施工排量增加,裂缝支撑长度增加,缝内铺砂更加均匀;支撑剂颗粒直径增加使得裂缝支撑长度降低;采用变密度支撑剂较单一陶粒砂有效支撑半缝长增加了19.5 m,且铺砂效果更均匀。     

深井分层注水管柱受力变形计算方法改进

针对原高压注水受力分析计算模型的不足之处,提出以下几点改进建议:区分计算完全与部分弯曲管柱的缩短量;细分工作状态,计算温度分布;在多级分层注水中考虑封隔器胶筒摩擦力和配水器水嘴压力与水量损失;增加下入、洗井和停注过程,完整描述整个注水过程中管柱受力变形变化情况。最后,编制深井分层注水管柱受力分析软件进行实例计算。     

复杂结构井管柱力学模型及动态三维数字井筒

复杂结构井,尤其是煤层气多分支水平井的分支井眼多、井眼轨道局部弯曲段多的特点使得井内管柱作业时所受摩阻、扭矩较大,造成作业困难甚至复杂事故。将二维刚性模型、二维整体模型及三维刚性模型3种刚杆模型进行程序化,并基于能量平衡原理,结合软绳模型及狗腿平面的管柱刚性,推导出刚度力模型,从计算效率及精度上通过对比确定刚度力模型为推荐最优计算模型。基于但不局限于杆管模型,细化并实现动态数字化井筒技术:利用三次样条插值函数及最小二乘法数据拟合进行井眼实际测井数据平滑处理,建立复杂结构井的三维"数学井筒";采用量化色度分级方法,将管柱摩阻、偏磨、井壁破碎及井壁坍塌风险等指标进行等级划分,建立带有指标分级云图的"物理井筒";结合工程需求,考虑井下工具组合及VR处理技术,实现可直接为工程服务的"工程井筒"。"三步"数字井筒技术路线为数字井筒的全面实现提出了可行性方案,所开发的复杂结构井三维数字井筒动态可视化软件平台可为复杂结构井工程提供极大的便利。     

高压注水管柱受力分析

进行高压注水管柱受力分析的目的就是根据注水条件研究注水管柱在不同过程中的各类效应，以及这些效应对管柱产生的受力和变形规律，从而明确注水管柱的工作状态，保障注水管柱有效合理地工作。较详细地分析了高压注水管柱在锚定、坐封以及注水3个过程中的受力状态和变形情况，并分析了高压注水管柱在不同过程中受到的各种效应的影响，推导出注水管柱在不同过程中的应力及变形的计算公式，并给出了算例。