关于套管柱三轴抗挤强度设计问题的讨论

重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题,即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式,以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式,对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。     

关于套管柱三轴抗挤强度设计问题的讨论

重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题，即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式，以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式，对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。     

石油套管钻井中套管柱疲劳寿命实验研究

根据相似原理,在对比例试件进行多轴疲劳实验的基础上,采用Von Mises等效应力准则进行等效转换和修正,获得了石油套管管体疲劳寿命的预测模型;按照API SPEC STD 5B标准,将J55钢圆棒材料加工为偏梯形螺纹的牙型缺口试件,通过多轴疲劳实验和回归分析,获得了基于应力和应变的两参数和三参数模型以及类Manson-Coffin模型,可用来预测套管钻井螺纹接头的疲劳寿命;同时,还获得了预测误差在20%以内的石油套管钻井中套管柱疲劳寿命的预测方法。     

高压高产气井油管柱强度安全分析

随着越来越多的深层油气资源进行勘探开发,油气井管柱所处的工作环境也急剧恶化,尤其是高温、高压、高产井"三高"油气井.为研究高压高产气井油管柱强度安全,建立高压高产气井油管柱动力学模型,通过高压高产气井油管柱安全系数法和高压高产气井油管柱三轴应力法对高压高产气井油管柱强度进行校核,对高压高产气井油管柱基本应力和管柱尺寸对...     

带封隔器的注泡沫管柱受力分析及强度校核

采用聚合物强化泡沫驱油时,井口压力的大小会影响管内流体压力分布,进而影响管柱受力情况。分析不同井口压力下管柱三轴受力情况,对管柱进行强度校核,可以避免压力过大而破坏管柱和引发事故。当前还没有一套比较完整的带封隔器注泡沫管柱受力分析和强度校核的数学模型。在质量、能量和动量守恒定律的基础上,考虑泡沫流体压力、温度和密度的相互关系和封隔器上下不同受力规律,建立了管柱受力模型,对管柱进行了三轴应力强度校核。实例井检验结果表明:随井深增加,管柱所受泡沫流体的内压力增大;且井深越大,趋势越明显;随井口压力的增大,管柱内压力、封隔器以下外挤力相应增大,管柱三轴抗外挤强度减小,其他受力和强度值变化较小。此模型还可以对不同泡沫质量、泡沫种类及钢级等情况下的管柱进行受力分析和校核,为油田管柱的优选提供理论指导。     

套管柱强度设计计算

本文对套管三轴应力设计原理进行了讨论,推导了三轴应力强度公式,对套管柱的受力情况进行了全面分析;同时提出了以等安全系数法为基础的改进等安全系数法,该方法在外载考虑上比等安全系数法更全面合理,设计步骤有所改进。以提出的方法为基础,结合现场实际,在微机上开发了相应的商品化软件,在现场获得了广泛使用。     

套管三抽应力设计原理和方法

木文对套管三轴应力设计原理和方法进行了讨论,对套管往所受外载进行了详细分析和讨论,根据三轴应力强度公式和外载条件对三轴应力设计进行了分析和推导,编制了三轴应力设计软件,计算结果衣明.,三轴设计既安全又经济,共有实用价值,可供现场设计人员参考     

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的三维力学模型 .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 ,为大位移井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 .用该软件对两实例加以验证 ,预测结果与实测结果吻合较好 .     

深井套管抗挤强度分析及计算

根据弯曲梁理论,建立了套管柱受非均布外挤压力作用的力学模型;并应用解超静定问题的正则方程和力法准则对该力学模型进行求解,得到了在非均布外挤压力作用下套管圆周上的弯矩、剪力、轴力、应力和位移的分布规律。计算表明,在非均布外挤压力作用下,套管抗挤毁强度大大降低。该力学模型不仅可以解释深井套管挤毁机理,而且可以改进深井套管抗挤强度设计。     

FRP管-混凝土-钢管复合套管约束性能有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管复合套管的约束性能,采用修正的Hognestad表达式来描述混凝土单轴受压应力-应变关系,利用ABAQUS软件对FRP约束混凝土短柱轴压试验进行有限元模拟,并与试验结果进行了比较,表明有限元模型通过精确定义材料参数、单元模型、表面作用、边界条件,可准确描述FRP约束混凝土短柱力学性能.在此基础之上,分析了FRP管-混凝土-钢管复合套管中3种材料厚度变化对管约束性能的影响.结果表明,在复合套管的约束作用下,核心混凝土的轴向应力-应变曲线呈现双线性的特点,复合管中的钢管主要影响第一线性段,而FRP管和混凝土主要影响第二线性段.该结论为今后进行该类组合柱的研究提供了参考.     

射孔参数对热采井套管抗热应力能力影响分析

热力采油使得套管承受较高水平的热应力,增加套管损坏风险,从而降低套管使用寿命。针对射孔参数对热采井射孔套管抗热应力能力的影响规律研究较少。利用有限元软件建立三维套管模型,结合基于应变的设计方法评价热采井射孔套管的抗热应力能力。结果表明,在安全内外压作用下,射孔排包含射孔数目较多且射孔直径较小的射孔参数可增强射孔套管的抗热应力能力;多轮次蒸汽吞吐过程对套管受热变形具有累加效应,保证强度安全前提下选择使得射孔排包含射孔数目较多的射孔参数组合可使得套管满足热应力安全性。研究结果从射孔参数对套管抗热应力能力的影响角度出发,为热采井实际射孔参数方案优选提供了参考。     

一种新型绕煤层固井井下装置的研制

针对煤层气井常规套管完井时水泥浆污染煤层的问题,提出一套绕煤层固井技术方案,设计研制一种新型结构的绕煤层固井井下装置;测试整套装置的耐压性,计算水泥浆通过该装置时的局部流体压耗。测试及计算结果表明:该装置可承受28 MPa的管内压力,额外增加的循环压耗约为2.2 MPa,可以满足施工需要;下入套管时,把多组装置连接在套管串上对应煤层的位置,即可实现水泥浆仅封固非煤层段,避免水泥浆和煤层的接触,从而避免水泥浆对煤层的污染,为煤层气井及油气井低压层段提供一种新的完井手段。     

水泥浆胶凝期间套管柱受力和形变规律

套管柱注水泥结束后 ,由于水化热的作用使水泥浆在胶凝过程中产生升温现象 ,并随之失重。温度、压力的共同作用会使套管柱发生很大的形变。随着水泥的固化 ,这种形变也会被固结在水泥封固段内 ,影响其使用性能。在调研大量资料的基础上 ,利用数值计算方法得到了水泥胶凝过程中温度变化的动态数据。对某油田实测数据进行了统计分析 ,得出了水泥浆失重时的压力计算公式。根据有限元理论 ,推导出套管段长度与温度、压力、水泥及套管表面剪切应力之间的关系式。在此基础上 ,计算得到了水泥浆胶凝过程中套管的动态变化。     

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。     

深水井环空圈闭压力管理方案研究

除油套环空外,深水油气井套管环空圈闭压力无法释放,易造成套管挤毁等事故发生,需对环空圈闭压力进行管理,保障油气井生产安全。计算深水井在温度差下的环空圈闭压力,优化分析适用于深水的环空圈闭压力防治方法,结合管柱强度校核标准,建立深水井套管柱强度校核方法,最终形成环空圈闭压力管理设计方法。对于深水油气井,适用的圈闭压力防治方法为A环空压力释放、通过地层进行压力释放和套管外安装可压缩泡沫;考虑环空圈闭压力时,套管柱强度优选应同时采用平衡法和非平衡法进行套管强度校核;综合考虑防治方法和油套管强度校核结果,最终确定A环空圈闭压力控制范围,深水井环空圈闭压力管理方案研究对深水油气井安全高效开发提供技术支持。     

波动压力约束条件下套管与井眼之间环空间隙的研究

利用一维不稳定流动的基本方程,对套管与井眼环空间隙不同时的波动压力进行了计算,绘出了环空间隙与最大井底波动压力之间的关系曲线。根据此曲线及地层破裂压力的最大极限值,可以确定某种尺寸套管与并眼之间间隙的最小值。研究结果表明,在套管与并眼间隙相同的条件下,套管尺寸越大,井底最大波动压力也越大。从控制井底最大波动压力的角度考虑,在确定套管与井眼之间的环空间隙时,大尺寸套管应采用较大的间隙。从波动压力因素方面考虑,由浅井条件所确定的套管与井眼之间的环空间隙同样适合于深井条件。     

提拉-释放法套管下入机理

提拉-释放法是钻井现场下套管遇阻时最常用且易用的增加套管下入能力的方法,但其应用主要是凭经验操作,缺乏机理分析和必要的理论指导。根据提拉-释放后一段水平井眼中套管柱的运动机理和实际井眼中套管柱的运动机理本质上相同这一认识,建立提拉-释放法套管下入机理分析模型,阐明该方法的套管下入机理,以此为基础研究套管长度、摩阻系数、轴向压力、无因次提拉力和管柱释放方式等因素对套管下入能力的影响。结果表明:提拉-释放法进行套管下入是利用提拉-释放过程产生的应力波减小摩阻,即使在原始轴向压力小于总摩阻的情况下仍然可以推动套管柱前进;套管长度、摩阻系数与提拉-释放法套管下入的单次轴向位移呈负相关,轴向压力、无因次提拉力与提拉-释放法套管下入的单次轴向位移呈正相关,快速释放管柱时的单次轴向位移明显更大。