套管柱井口提拉力计算方法

套管柱井口提拉力的大小，直接影响井内悬空段套管和井口装置的受力，对此，另内外已发表多篇论文，但考虑的因素都不够全面，也较为保守。分析表明，温度变化对套管柱提拉力的影响举足轻重，地基沉降不容忽视。     

高温气井套管性能变化对井口抬升高度的影响

井口抬升高度对高温气井管柱设计、固井设计以及地面管线设计等至关重要,但套管性能、自由段长度等因素对井口抬升高度影响显著。为阐明井口抬升机理,分析套管性能对井口抬升高度的影响,充分考虑温度对套管力学性能的影响,建立多因素作用下井口抬升高度预测模型,并分析受温度变化影响抬升高度的关键因素。利用文昌气田X井测试管柱实测数据分析不同情况下套管热膨胀系数和弹性模量对抬升高度的影响。结果表明:同时考虑热膨胀系数和弹性模量共同作用的预测模型对井口抬升高度影响最大,与现场实际最为接近,应作为工程分析的首选。研究结果对井口抬升高度预测及油气井安全生产具有重要的指导意义。     

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。     

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。     

深水钻井送入管柱的载荷计算与强度分析

在海底浅部地层导管段和表层套管段的深水钻井过程中,裸露在海水中的送入管柱承受各种复杂载荷,有失效的风险。基于Euler-Bernoulli梁理论,建立无隔水管环境下送入管柱的准静态载荷计算模型,应用加权余量法进行求解,分析海洋环境载荷、钻井船偏移运动及底部套管柱重力等因素对送入管柱受力、变形和强度安全的影响。结果表明:海流载荷对管柱横向变形作用显著,波浪载荷对管柱顶部弯矩有较大影响;底部套管柱重力是影响送入管柱强度设计的关键因素;在不同作业阶段,钻井船适当的负向偏移有助于导管垂直安装,而钻井船适当的正向偏移能有效减小管柱顶部弯矩;由于弯曲正应力造成Mises应力在管柱顶部和底部出现突增,可基于轴向复合应力进行送入管柱的强度设计,并给出了管柱结构优化方案。     

海上油气井油层套管井口装定载荷设计

综合考虑钻完井和投产采气过程未固井段套管强度和稳定性问题,提出一种海上油气井油层套管井口装定载荷设计方法,建立多层管柱耦合系统计算力学模型,确定钻完井过程套管轴向载荷计算方法,综合考虑温度场、压力场和压力端部效应给出投产采气后套管轴向载荷计算公式,并以中国南海某气田为例进行油层套管井口装定载荷设计。结果表明:套管强度不是限制海上油气井油层套管井口装定载荷设计的因素,投产采气过程底部油层套管的稳定性是油层套管井口装定载荷设计的重要因素;当设计极值产气量小于特定值时,油层套管井口装定载荷为油层套管未固井段重力,当设计极值产气量大于特定值时,随着设计极值产气量的增大,油层套管井口装定载荷增大,但增大的幅值逐渐减小。     

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 .     

考虑鼓胀与温差效应的水平井压裂套管失效机理

水平井体积压裂过程中油层套管柱受到重力、温差、鼓胀及弯曲等力学效应的影响,导致我国近些年水平井体积压裂过程中套管损坏案例不断增多。其损坏形式主要为高压重复挤注压裂液时自由段套管的鼓胀断裂和水泥封固段套管的挤压缩径,严重影响压裂施工和油气开采。为此,针对水平井水力压裂造成的鼓胀效应与温度效应对弯曲套管的力学影响,构建了水平段弯曲井眼压裂套管鼓胀-温度效应力学耦合模型,分析多种效应对油层套管强度的影响规律。同时,结合玛湖凹陷致密油FNHW**04水平井实例,分析体积压裂时油层套管受力及强度变化规律,揭示油层套管的失效机理,为玛湖凹陷致密油水平井套管强度设计和合理选型提供科学依据。     

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。     

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。     

鼠笼弹性支承的刚度计算及其影响因素的分析

为了更加准确地计算出鼠笼弹性支承的刚度值,基于鼠笼弹性支承受力特性、鼠笼的加工方法和理论公式的推导等,进行了鼠笼弹性支承刚度的计算和影响因素分析。首先,在现有计算公式的基础上,结合鼠笼的加工方法和几何关系对理论计算公式进行了进一步的推导;然后,结合实验测试分析了鼠笼半径对鼠笼弹性支承计算刚度值的影响;最后,对比了推导公式和现有公式的计算准确性。研究结果表明：鼠笼半径对鼠笼弹性支承计算刚度值的影响较小,同时推导公式比现有公式计算的结果更加准确。     

基于压力拱理论的STS管幕顶力

沈阳地铁九号线奥体中心站采用STS(steel tube slab)管幕法设计.基于压力拱理论，提出了根据管周土压力成因而分区域讨论的思路，推导了STS管幕法的顶管管周摩阻力公式.将理论计算结果和现场顶力观测数据进行了对比，得到较好的一致性.翼缘对顶力影响较大，不能采用简单叠加的方法，受“栓塞”作用影响，管侧土压力较小.利用现行国际设计规范计算了STS管幕顶力，由于现行规范未考虑翼缘板效应，规范计算结果比现场顶力观测数据偏小28%~40%.     

斜坡上封闭水平板波浪总上托力试验研究

波浪对平板的总上托力是海岸码头结构设计的重要依据．为此,通过系列模型试验对斜坡上封闭水平板下波浪总上托力进行了研究．结果表明,平板下最大总上托力并不总是与最大冲击压强同步发生．因此,依据这一试验结果对波浪总上托力产生机理和影响因素进行了详细分析,提出了斜坡封闭水平板波浪最大总上托力的计算公式．大量试验资料表明,该公式与试验值有着较好的一致性．     

边坡加固工程中抗滑桩间距的确定

考虑抗滑桩桩间土拱效应,以桩侧与边坡土体间的摩阻力及黏着力承担滑坡推力的静力平衡条件和土拱跨中与拱脚处截面的强度条件共同控制,建立了抗滑桩间距的计算公式.该公式适当考虑了滑坡推力分布的影响.工程实例表明,该抗滑桩间距计算公式的计算结果较为合理,具有一定的工程应用价值.     

冷轧薄板轧制变形区长度计算

本文视轧机工作辊为半无限体,用其表面压力、切力的位移公式求解工作辊在轧制变形区内的弹性压扁;依据变形区的四个边界条件,采用离散数值积分法,计算出塑性变形区及其出、入口弹性变形区的长度;根据金属在变形区内的流动速度,确定纵、横向摩擦力的方向。将计算结果与有关文献的计算结果进行比较,本文的计算方法能确切地反映轧制变形区长度沿横向的分布规律。这为正确计算轧制压力的横向分布以及辊系变形提供了理论依据。     

曲线路段涵长及洞口斜交角的计算

在涵长基本公式的基础上,详细分析了公式中各参数在曲线路段中的计算方法．分析中发现,涵长与洞口斜交角有关,提出了用迭代法计算洞口斜交角的方法和相关公式．在分析缓和曲线路段涵长计算方法中,给出了路基内外边缘线和涵轴线方程．通过解析法计算了各所需参数,与直线路段相比曲线路段涵长计算工作量较大,宜采用计算机辅助计算．提出的曲线路段涵长公式为电算编程提供了依据．     

大跨度公铁斜拉桥的几何非线性效应

考虑几何非线性效应,计算大跨度公铁斜拉桥承载能力和正常使用极限状态下的结构变形和内力. 采用分步迭代调索方法计算成桥索力,建立迭代修正Ernst公式,在索力计算和结构内力计算中考虑垂度效应, 研究拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应对斜拉桥极限状态时内力的影响. 研究结果表明,几何非线性对大跨度公铁斜拉桥的内力影响比较显著,线性计算结果与非线性计算结果相比偏不安全,在公铁斜拉桥结构设计中,必须计入几何非线性的影响. 各种非线性因素中斜拉索的垂度效应最为显著,其影响效应随外荷载的增大而变大.     

考虑水流力作用的锚链力计算方法

为了研究水流对锚链力的影响,对锚链悬链段采用了质点-弹簧模型,考虑锚链受到的水流力和弹性变形的影响因素,将各点的静力平衡方程相互叠加,建立了锚链力方程并进行了算例的计算。在流速较大时,使用经典悬链线方程计算锚链力的误差较大;当水深超过15m后,3种轻质锚链的锚链力误差均超过5%。研究表明,在锚链力、锚链悬链段形态和水平投影长度方面,锚链力方程的计算结果较经典悬链线方程的偏大,且计算结果受流速和水深的影响。     

超静定结构位移计算

超静定结构位移计算通常是将其转化成静定结构进行分析。位移计算公式中含有结构中产生的内力项。论述了结构只承受温度改变作用或支座移动作用时,直接对超青静定结构进行分析的情况,所得位移计算公式中不含有结构中产生的内力,在形式上与静定结构时完全一样。表明,超静定结构承受温度作用或支座移动作用时,结构的位移仅仅依赖于温度作用的分布情况或支座移动状况,与其产生的内力无关。本文还对超静定结构刚刚达到极限荷载状态     

输水隧道管片环弯矩调整系数试验与分析

由管片错缝拼装的隧道衬砌圆环中,接头部分的挠曲刚度小于与之邻接的管片的挠曲刚度,接头部分承受的弯矩不同于管片承受的弯矩.目前,考虑接头的影响主要通过弯矩调整系数ξ来实现.但是弯矩调整系数ξ还没有通用公式,一般需要通过足尺试验来确定.由于时间和成本问题,所有隧道工程都做足尺试验不现实,故工程中经常需要借鉴类似工程的经验,这必然带来很大的随意性.以上海市青草沙输水隧道工程为依托,进行输水隧道管片弯矩调整系数的足尺试验,改变作用在管片上的径向力P和轴向力F,得到了弯矩调整系数ξ和弯矩M、轴向力F、一环管片长度L的关系公式,对隧道衬砌设计有一定参考价值.