大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力,导出了套管柱在大位移井中三维力学模型,该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响,通过对模型的求解,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力,为大位移进下套管作业提供了力学参考,该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择,用该软件在两实例加以验证,预测结果与实测结果吻合料好。     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析 ,推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型 ,并用VB语言编写了相应的计算程序 ,用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过30 0 0m的大位移井埕北 2 1-平 1井 ,用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻 ,并与实测值进行了对比 ,计算结果与实测结果吻合较好。     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析，推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型，并用Ⅶ语言编写了相应的计算程序，用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过3000m的大位移井——埕北21-平1井，用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻，并与实测值进行了对比，计算结果与实测结果吻合较好。     

水平井下套管摩阻分析计算

通过分析带扶正器套管柱的受力与变形,导出了套管柱在水平井中的摩阻计算模型。模型考虑了管柱单元体的刚性效应及套管扶正器的影响,同时对实测井斜数据进行平滑和插值处理。在克拉玛依油田的试验水平井HW701中用该模型开发的软件预测了完井套管柱下入的摩阻力和井口载荷,预测结果与实测结果吻合较好。     

套管磨损的研究进展

套管磨损在深井、超深井、大位移井和水平井的钻井和修井期间是一个不容忽视的问题,引起套管柱磨损的因素很多,本文着重概述了钻杆柱的旋转及起下钻、井壁狗腿严重度和泥浆成分等几种主要影响因素;指出套管磨损的主要形式是月牙型磨损,介绍了月牙型磨损对套管的抗挤毁、抗内压强度的影响,并提出了两种磨损预测公式以及减少套管磨损的措施．     

套管磨损的研究进展

套管磨损在深井，超深井，大位移井和水平井的钻井和修井期间是一个不容忽视的问题，引起套管柱磨损的因素很多，本文着重概述了钻杆柱的旋转及起下钻，井壁狗腿严重度和泥浆成分等几种主要影响因素；指出套管磨损的主要形式是月型磨损，介绍了月牙型磨损对套管的抗挤毁，抗内压强度的影响，并提出了两种磨损预测公式以及减少套管磨损的措施。     

套管-水泥-地层系统水泥层应力分析

为分析套管-水泥-地层油气井系统压裂过程中水泥层的受力状态,根据系统中各结构层接触面上的位移连续条件以及弹性力学理论基础,得到了水泥层两界面的应力状态表达式;在有限元仿真软件中建立了井筒组合体力学模型,分析模型组合体在不同系统内压、水泥层材料参数以及施工误差等因素影响下水泥层的受力状态.结果表明内外载荷、水泥层材料参数以及偏心等因素都会对水泥层的受力产生一定影响.     

油基泥浆中P110套管磨损机理和耐磨性能

固井后的技术套管与旋转的钻杆接头在一定正压力下接触导致不同程度的磨损,磨损后套管抗挤毁和抗内压强度降低,威胁油气井的安全。为计算井下套管磨损深度和磨损套管的剩余强度,确定减少套管磨损的有效措施,在油基泥浆中进行了P110套管的磨损实验,测量了不同磨损时间、转速和正压力下套管的磨损效率和摩擦系数。通过套管磨损表面形貌分析,确定了套管磨损机理。油基泥浆中P110套管的磨损效率和正压力和转速成正比,磨损效率在2~4×10-131/Pa之间。各转速下套管表面的磨损机理基本相同,黏着磨损、犁沟和疲劳磨损同时发生。正压力对套管表面磨损机理的影响有较大,低接触力下套管表面磨粒和犁沟磨损同时存在,高正压力下主要发生黏着和犁沟磨损。不同转速和正压力作用下,P110套管主要发生了黏着磨损,采用基于粘着磨损机理的磨损效率模型预测井下套管的磨损程度是可行的。     

用序列模糊综合评判来预测套管损坏

对井下套管的情况进行判断,进而对井下套管是否会失效或损坏进行预测是非常困难的。这种困难来自于许多方面,诸如井眼周围地下情况的不明确,套管受力难以确定,复杂的失效机理,许多因素具有模糊性,套管损坏原因与结果之间的模糊关系等等。在对这些困难进行分析的基础上,本文建立起了能够处理这种模糊关系的数学模型,提出了序列模糊综合评判方法,该方法可以根据给定井及区块的数据对井下套管状态进行预测,为套管寿命预测研究开辟了一种新的途径。     

大位移井顶替效率最优的套管居中度设计方法

在实际井眼中,由于存在重力效应,造成套管偏心的形式有两种:一是套管贴向下井壁的整体偏心;二是扶正器间的套管屈曲变形产生的局部偏心。这两种偏心都极大地影响套管的居中度,在大位移井中体现得更为明显。在分析SY/T 5334—1996中居中度标准由来的基础上,得出目前国内采用套管居中度标准的局限性,引入最优顶替效率情况下的极限偏心距理论,建立极限偏心距条件下的套管居中度计算模型,并分析各因素对套管居中度的影响规律,提出利用极限偏心距理论和国标对大位移井套管居中度进行综合优化设计的思想,提高大位移井的套管居中度,满足水泥浆的顶替效率需求。结果表明:适当提高水泥浆动切力、降低钻井液动切力及提高水泥浆与钻井液的密度差的方法可以弥补井斜角对套管居中度的要求,但在90°的水平井段改变密度差的方法不适用。     

深水井精细控压下套管研究

深水窄压力窗口地层给下套管带来了巨大挑战,下套管时产生的波动压力将导致井筒压力超过压力窗口上限而出现井漏,大大增加了作业时间,采用传统方法下套管时为了防止波动压力过大而超过安全压力窗口只能降低下套管速度,这样虽然在一定程度上减小漏失风险但增大了作业成本,且这种方式不一定有效。因此,针对深水窄安全压力窗口地层下套管漏失风险问题,基于动态波动压力建立了深水窄安全压力窗口井筒压力控制模型;并在此基础上提出深水精细控压下套管方法。利用建立的模型分析井筒压力影响因素发现,井筒压力随着套管下入深度、最大下入速度、钻井液密度以及钻井液的屈服值、黏度的增大而增大。计算表明,深水精细控压下套管不但降低了漏失风险,还缩短了作业时间,降低了作业成本。     

窄安全压力窗口地层精细控压下套管技术研究

针对窄安全压力窗口地层下套管存在高漏失风险的问题,以瞬态波动压力为基础,建立了窄安全压力窗口地层下套管过程井筒压力控制模型,进而提出了精细控压下套管方法。利用瞬态波动压力模型进行了下套管过程波动压力敏感性分析,结果表明,套管下放速度越大、套管下入深度越深、钻井液密度越大、环空间隙越小,下套管引起的井底波动压力越大。精细控压下套管实例应用表明,该方法既能保证套管下放速度,又能有效避免窄安全压力窗口地层下套管漏失的发生。此外,通过实例对比精细控压下套管与常规下套管发现,套管下放到井底附近,采用常规方法下套管时套管下放最大速度调节范围非常窄,很难将井筒压力维持在安全压力窗口内。     

深井小尺寸套管下入遇阻时最大下放力的确定

深井小尺寸套管下入遇阻时,随着下放力的增加,将产生失稳弯曲。由于弯曲会造成套管与井壁的接触,会造成摩擦力增加,抵消了部分下放力,使作用在卡点处的有效下放力减少。根据经典的管柱弯曲理论和相关实验研究结果,可以建立深井小尺寸套管下入遇阻时最大下放力的计算模型。通过规律分析和实例验证,表明计算模型是比较合理性的,对比结果较吻合,为实际施工中发生下入遇阻情况、实施下压套管措施时,在保证安全有效的前提下,确定最大下放力提供了较合理的参考依据。     

侧钻开窗过程中铣鞋受力分析

在侧钻开窗过程中,选择动力钻具、确定钻压和转速等参数的重要依据是铣鞋在开窗过程中的受力状态。建立套管-铣鞋的相互作用模型,并编制计算程序对铣鞋受力情况进行分析,获取不同施工参数(如钻压、切入角度和转速)对开窗铣鞋的受力和钻进速度的影响;并进行多组套管开窗实验验证所建立套管相互作用模型以及仿真结果的正确性。结果表明:在整个开窗过程中,随着铣鞋铣入套管的深度加深,侧向力逐渐变小,变为0后反向增加;钻压越大铣鞋上的扭矩和钻进速度越大;切入角度越大铣鞋上的侧向力和扭矩越大。     

出砂量对射孔套管力学性能的分析计算

油井生产中地层出砂会严重影响射孔套管的力学性能,造成套管损坏。建立射孔套管在出砂层段的三维力学有限元模型,应用Ansys有限元软件分析该出砂层段射孔套管力学性能。研究认为,在出砂地层射孔套管力学性能变化较大,表现为射孔处套管的抗挤强度减小,套管最大应力在射孔处产生。均匀载荷下,套管应力与地层中出砂高度成抛物线关系,生产中应减小或增加出砂量达到远离出砂高度临界值,以减小套管应力。非均匀载荷下,随着出砂量增加,产生的空洞高度增加,套管的应力逐渐减小。因此,在非均匀载荷下,应提高出砂量以增加空洞高度,达到提高套管的抗挤强度,延长套管使用期限。     

微环隙带压对套管可靠性的影响

页岩气开发目前仍存在诸多问题,水平井分段体积压裂中套管失效是其中之一.基于弹塑性力学原理和平面应变问题求解方法,应用ABAQUS软件建立了微环隙带压下套管受力和位移的有限元计算模型.应用该模型进行了算例分析和现场验证,并分析了施工压力、套管的几何及物理参数等可控因素对套管可靠性的影响.研究表明,套管本身强度足以应对正常设计方案中的受力情况,然而微环隙带压等特殊事件会导致套管失效.另外,套管压力和微环隙压力共同对套管可靠性产生影响,两者差值越小套管可靠性越高.而对于套管的弹性模量和壁厚来说,数值越大,套管可靠性越高.结合模型和影响因素分析,建立了一套工作流程作为控制方法,使得在压裂设计阶段,可以对现有设计方案进行优选及改进,从而能够在存在微环隙带压的恶劣情况的实际作业中,保护套管的可靠性.     

套管柱三轴应力校核软件的设计与实现

为了顺利、安全地进行石油开采,针对套管三轴应力受力特征,开发了一种套管柱三轴应力校核软件.提出了软件开发的思路、技术要求以及结构框架.使用该软件可对套管柱进行三维应力校核,达到合理设计之目的.最后给出符合要求的三轴抗外挤安全系数、三轴抗内压安全系数、三轴抗拉安全系数.现场测试结果表明,该软件能够实现检验石油套管三维应力强度的目的.     

套管连接螺纹的受力分析与改善措施

套管在轴向拉力作用下，连接螺纹的各牙受力很不均匀，从而严重制约了套管接头的承载能力．针对套管螺纹的结构特点，建立了连接螺纹在轴向拉力作用下的力学模型，分析了各牙螺纹的受力和变形特点．在此基础上，给出了改善套管螺纹受力分布的具体方法，并从便于进行螺纹加工的角度出发，提出了外螺纹螺距不变，内螺纹变螺距的近似方案，最后用有限元法验证了这种方案的可行性．为改进套管螺纹设计，提高套管螺纹连接质量提供了依据．     

航空发动机模拟机匣混合仿真与振动特性分析

为实现高效率、高精度的航空发动机模拟机匣的动力学建模和振动特性分析,利用LMS Virtual Lab混合仿真软件,建立了基于试验模型与有限元模型的模拟机匣混合模型。在此基础上,进行了基于混合模型的模拟机匣模态计算与分析。为了验证使用混合模型进行模拟机匣振动特性分析的准确性,对模拟机匣进行了模态试验。将混合模型计算结果和模拟机匣的模态试验结果进行对比。结果表明除振型一致外,各阶模态频率接近,误差不超过1.5%。由此说明建立的模拟机匣混合模型能较好地反映实际结构的振动特性。基于LMS Virtual Lab的混合仿真方法可靠、有效,可用于工程上大型复杂结构振动特性的计算与分析。