连续油管的工作能力计算

连续油管的刚度小，在随纵向压力载荷时易发生正弦形、螺旋形弯曲（失稳），因而难以随有效的压力载荷，讨论了连续油管在受压缩载荷时发生正弦和螺旋形弯曲的条件；建立了任意井眼轨迹时连续油管受力模型，提出了起升、下放作业时的力边界条件，从而可以确定连续油管的作业能力。它包括是否可以下达预定井底并以期望的作业力进行作业，确定连续油管各点的受力大小和方向以判断该作业是否安全。如果靠简单下放连续油管在井底不能实现预定作业力，则应使用加力器并在连续油管内部打压，采用迭代法求解，同时，给出了简单下放和下放打压的计算实例，结果与实际工作相吻合。     

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。     

连续油管作业过程中的张力与控制

连续油管作业过程中,经历了多次拉直和弯曲,产生弹性或塑性变形。应用力学分析方法求解连续油管在滚筒上缠绕或释放时,其截面弯矩、轴力、张力和滚筒扭矩,并应用实例计算,求证了滚筒恒扭矩驱动模式,连续油管在同一缠绕层半径时恒定张力模式。研究结论对连续管滚筒控制设计和工程应用有较好的指导意义。     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

缺陷对连续油管极限承载能力影响分析

针对含有缺陷连续油管作业过程中极易发生卡断或拉断等事故,根据现场使用后的连续油管缺陷情况,把缺陷形状归为方形、球形和椭球形三种缺陷,并开展拉伸内压复合载荷工况下连续油管承载能力的研究。对比分析不同尺寸不同形状下含缺陷连续油管应力分布规律,在此基础上绘制轴向载荷(n=N/N_0)与内压载荷(p=P/P_0)包络线,通过现场数据直接判断连续油管是否在安全工作范围。通过有限元计算结果与API5C5标准计算结果验证有限元法的有效性和精确性。在此基础上开发含缺陷连续油管安全评估软件,获得不同型号不同缺陷形状情况下轴向载荷与内压载荷的包络线,为油田现场连续油管安全施工提供保障。     

基于摩擦系数的连续油管钻桥塞力学特性研究

为明确摩擦系数对连续油管水平井最大钻塞深度的影响,对直井段采用软杆模型,弯曲井段采用刚杆模型,结合屈曲状态分析,设计了连续油管临界锁死判别准则,实现了不同摩擦系数情况下连续油管底部保持一定钻压的最大下入深度计算。研究结果表明:连续油管的屈曲一般发生在垂直井段。增加连续油管最大钻塞深度的有效办法是减小摩擦系数和减小底部钻压;同时会减小螺旋屈曲程度,但会一定程度上增加注入头载荷。研究内容和研究结果对连续油管钻塞作业提供一定的理论参考。     

低压深井连续油管气举工艺的应用

针对肯基亚克油田盐下石炭系油藏低压高产深井因地层压力保持度低导致停产的复产难题,分析了常规多级气举的下入深度技术受限原因,创新性的提出将连续油管速度管柱和气举技术结合应用于盐下油田井深超过4 000 m的采油井,效果良好,在国内外属首次使用,并获得了哈萨克斯坦国家专利（№1951 от 22,12,2016г）。理论上,连续油管下放越深,井底流压越低,较大的生产压差有利于地层出液可有效释放油井潜能,同时配合气举得到较好的排采效果。目前盐下注气管网压力到配气间114 atm,模拟计算得出连续油管悬挂深度>4 000 m,正好满足目的井层的排采需求,并通过连续油管入井试验得到了验证。此技术带压作业,不污染储层,同时解决了压井后产量恢复较难的问题,该技术的应用降低了井底流压,排出了井底及近井地带高含水积液,清除了近井地带堵塞,单井复产后增油效果良好,并可持续安全生产。该技术获得现场成功应用,4口井累积增产原油42 627 t,有效改善了因地层压力低或是常规气举无法复产等原因导致的停产井。该技术的成功应用获得了良好增油效果和经济效益,为油价持续不振的情况下降本增效提供了技术突破与保障。     

连续油管注入头管-块配合研究

连续油管注入头是连续管作业设备中操控连续油管下入和上提的重要装置,连续油管和摩擦块配合直接影响连续油管的工作性能与寿命,也决定着两者之间的夹持可靠性,直接影响到连续油管作业设备的安全。从连续油管作业设备中摩擦块与连续油管之间的接触工况入手,以11/2英寸连续油管设备注入头为对象,研究管-块接触时的受力状态,借助有限元分析软件,建立有限元分析模型并进行模型的参数化设计,通过对不同组合的管-块配合模型进行分析,求得连续油管-摩擦块之间的最优配合。     

连续油管作业的数字孪生及其下入性

连续油管是油气行业的重要工具,实际作业下入过程的存在与传动理论分析结果差异较大,倒是现场作业面临多次下入,造成连续油管的安全隐患。针对其下入性问题,提出了连续油管的数字化模型,建立了下入过程的接触状态算法、载荷分析物理模型,对下入的全过程进行同步孪生,实现了对下入连续油管实时计算的管柱承载状态与强度校核,以及对连续油管下入性的全过程分析。结果表明：连续油管下入过程中的接触状态随下入深度实时变化,管径比和摩擦系数是下入过程自锁判定的显著影响因素。本研究所提出的分析方法可有效服务于连续油管现场作业以及实时作业安全评估,并为连续油管的使用寿命分析提供重要依据。     

校正力对宽板弯曲回弹影响规律的研究

为了简单有效地控制高强度钢的回弹,研究了校正力对板料弯曲回弹的影响.根据校正弯曲受力特点,在考虑了应力-应变分布、受力边界条件、刚塑性材料模型和梅西屈服准则的基础上,建立了校正弯曲下的回弹预测模型,确立了校正力和回弹之间的对应关系.进一步采用自制的1t伺服压力机进行了试验,结果表明：增大校正力能有效降低回弹,回弹预测值和试验值一致,校正弯曲回弹预测模型能够提供较为真实的近似解;合理设置校正力可以有效控制和稳定回弹,为高强钢的回弹控制提供了简单有效的措施;回弹预测模型建立了校正弯曲力和回弹之间的定量关系,为模具及工艺参数的设置提供了可靠的依据.     

连续管疲劳试验装置研制和实物试验研究

为了能比较真实地模拟连续管在实际作业工况条件下,即在弯曲和内压联合作用下的疲劳寿命,研制出了一套专门用来进行连续管低周疲劳寿命的实物试验装备。该装置可以在0￣70MPa的内压条件下测试直径范围为12.7￣88.9mm的连续管的疲劳寿命。通过对直径和壁厚为38.1mm×3.2mm的CT-80连续管进行初步实物试验,获得了连续管疲劳寿命(循环次数)与内压的关系曲线、连续管循环次数与胀径关系的曲线、连续管循环次数与椭圆度的关系曲线以及连续管循环次数与壁厚的关系曲线。实物试验结果与国际先进的软件预测结果一致。     

微小井眼电机驱动连续管牵引器系统结构设计

微小井眼连续油管(CT)井下作业技术在钻井、测井、修井、完井、气举采油等方面优势突出,在中国应用前景广泛;但因微小井眼直径小,CT在井眼中不旋转,井下遇阻严重,送进困难,严重影响该项钻井技术的应用与推广。针对国内外牵引器的研究现状,设计了一种微小井眼井下电机驱动的CT牵引器,该牵引器主要包括上牵引器系统、六方中心滑管、下牵引器系统,直接利用四个伺服电机驱动与控制牵引器牵引井下CT进行顺利下入和取出,减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性和利用循环液压阀来控制管路的复杂性,节省了液压管路的空间,使作业过程能正常循环井底液体,可适用于小井眼井下牵引作业,稳定性好、牵引灵活,牵引速度快,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难等技术难题,增加了CT在井下能延伸长度,将促进我国微小井眼CT井下作业技术发展。     

基于摩擦阻力系数的卡瓦闸板对连续油管夹持特性影响分析

针对连续油管作业过程中卡瓦闸板防喷器对其夹持时造成的划伤、缩颈并降低其使用寿命的问题,提出连续油管与卡瓦闸板之间摩擦阻力系数对其相互作用的影响。建立了卡瓦闸板夹持连续油管三维物理模型,基于弹塑性力学理论建立起其计算模型,以Ramberg-Osgood弹塑性模型为基础,采用数值模拟的手段分析了多种工况下不同摩擦阻力系数对连续油管最大Mises应力、轴向位移以及接触应力的影响。研究表明:适当增加摩擦阻力系数有利于减小连续油管上的应力集中,也有助于限制轴向位移避免划伤连续油管和造成卡瓦闸板崩齿,同时提高卡瓦闸板对连续油管的夹持效果。最终以屈服强度为指标,结合连续油管轴向位移量趋势变化给出摩擦阻力系数安全区间为0.4～0.6,旨在为连续油管安全作业提供参考。     

环空加砂压裂管柱流体压降分析及现场应用

连续油管(CT)水力喷射压裂技术是提高低渗透油藏开发效率的一种重要手段。选择压裂作业连续油管时需要考虑连续油管及套管的强度及尺寸,不仅要保证压裂施工作业过程中管柱结构安全可靠,而且还要保证压裂施工中高压力、大排量要求。环空喷射压裂作业就是为了满足现场施工大排量而采取的一种有效措施,然而,增大环空排量会增加环空流体摩阻压降,摩阻压降又会直接影响地面设备选择、以及井下压裂作业成功与否。因此,针对连续油管水力喷射压裂环空流的流动特点,通过理论分析及现场数据回归的方法开展连续油管环空喷砂压裂环空流体压降分析,主要研究内容包括:连续油管偏心、流体流变参数对压裂液环空流压降规律研究。分析结果表明:连续油管偏心降低了环空流体摩阻压降,且影响明显;流变指数及压裂管柱尺寸增加,油套环空流体摩阻压降增加;压裂液环空流压降为清水压降的36%,根据校正Gallego F理论模型可以准确预测压裂液环空流压降梯度变化规律。研究成果可为连续油管环空压裂施工及设计提供理论指导。     

连续油管注入器液压系统

连续油管作业可节省大量的上卸扣时间,并能减少能量消耗,因此应用范围不断扩大．连续油管作业设备的核心是注入器,根据注入器的主要功能,提出一种新的注入器液压系统,并对其组成、工作原理和性能特点进行了详细的分析．该液压系统的主驱动回路与辅助驱动回路分开,主驱动回路主要满足负载特性的要求,辅助驱动回路主要保证灵活的操作性能,这样便于系统的调试和维护．在主驱动回路中采用闭式容积调速和节流调速相结合的控制方式,分别满足载荷扭矩为正和为负的负载特性要求．这种控制方式特别适用于大功率系统．分析表明：新的液压系统既满足负载和操作要求,又节能可靠,是一种理想的连续油管注入器液压系统．     

连续油管带筛管双重管柱岩屑运移模型研究

连续油管带筛管喷射侧钻多分支井钻完井一体化是一种新型的多分支井钻井方法,针对本技术连续油管和筛管所形成的双重管柱,开展岩屑运移试验研究,采用Monte Carlo方法预测岩屑颗粒进入割缝筛管与连续油管之间环空的情况,并计算环空中被岩屑颗粒堵塞的临界参数。结果表明:双重管柱岩屑运移存在悬浮层、跃移层、静止岩屑层以及筛管与连续油管之间的砂堵层。由于具有更小的环空过流面积,双重管柱的岩屑运移能力比常规连续油管钻井高。试验条件下,砂堵层不发生堵塞的临界条件是:当缝宽介于岩屑颗粒之间时,泵排量高于0.98 L/s,或机械钻速小于40.09 km/h,缝宽比岩屑粒径越大,临界机械钻速越小;当缝宽大于岩屑颗粒直径时,泵排量高于0.88 L/s或机械钻速小于5.74 km/h。     

连续管注入头与滚筒液压系统的耦合动力学

连续管作业时,连续管上的张力与滚筒和注入头的运动状态有关。利用有限元研究了在滚筒和导向器之间连续管的张力与松弛度之间的关系,并拟合成函数关系式。然后建立了连续管注入头与滚筒液压系统的耦合动力学模型。研究发现：在匀速运动时,滚筒液压系统的溢流压力能控制连续管上张力的大小;但运动状态快速变化时,张力会产生波动。波动的幅度和波动的频率与滚筒及滚筒上卷绕的连续管的转动惯量有关：当滚筒上卷绕大部分连续管时,快速操纵连续管注入和起升速度手柄将造成较大张力波动,引起张力过小或过载;当滚筒上卷绕很少连续管时,快速操纵连续管注入和起升速度手柄将产生某个频率的张力振动,极有可能引起连续管的共振。