水平井钻磨组合管柱载荷计算方法与应用

随着水平井水平段长度的增加,水垂比变大,管柱下入困难。油田现场钻磨作业采用两种线重油管的组合管柱方式提高下入能力,但是针对组合管柱载荷计算问题尚无基础研究。根据水平井的井眼轨迹、管柱自重以及管柱在各井段受力特点等因素,考虑流体对管柱相互作用力,建立了钻磨组合管柱载荷计算模型;通过C#语言环境采用迭代法、插值法及分段判别计算法编程求解模型,开发了组合管柱载荷计算软件,通过导入井眼轨迹参数、输入作业参数、设计管柱结构,实现载荷计算。应用编制的软件可实现对井眼轨迹的绘制和水平井钻磨作业组合管柱的多种载荷计算,为水平井钻磨安全作业提供了一定的指导作用。     

多分支复杂结构井分采工艺技术研究

该文对4或5级完井的多分支复杂井进行了研究,介绍了两种适用于多分支井的工艺管柱,并分析了两种管柱的工艺管柱组成、原理及管柱的优缺点,该管柱的实施能有效延长油井开采寿命,提高多分支复杂结构井的利用效果.     

定向井中造斜段下凹管柱屈曲性能分析

在定向井的造斜段,由于井眼轨迹的下凹,位于其中的管柱在重力与井眼的约束下存在初始下凹弯曲。为了了解定向井造斜段管柱的屈曲性能,运用最小势能原理推导出定向井造斜段下凹管柱屈曲载荷计算公式,分析了井斜角、造斜段井眼曲率半径对管柱屈曲载荷的影响。算例分析结果表明,随井斜角的和井眼曲率的增大,管柱屈曲临界载荷增加,管柱的纵向稳定性提高。     

深水测试管柱力学行为研究进展及发展方向

深水测试管柱的力学行为对深水测试的成功有着重要的影响。以陆地管柱力学研究为基础,对深水测试管柱
的结构、工况、载荷以及研究现状进行了分析阐述。分析认为,国外深水测试技术成熟,深水测试管柱力学行为研究完
善;而国内则主要依靠国外技术服务公司进行深水油气田的测试工作。同时,针对中国深水测试的应用现状,对深水
测试管柱的力学行为研究进行了系统分析,指出应该建立考虑平台升沉和漂移、隔水管影响、产层高压流体、射孔冲击
载荷、温度耦合作用等因素的深水测试管柱动力学模型,分析整个管柱的力学行为,实现对深水测试管柱的优化设计,
提高深水测试管柱施工作业的安全可靠性。     

深水测试管柱接触非线性力学行为

针对深水测试管柱作业过程中的大位移和管柱接触问题,建立深水测试管柱管中管接触非线性耦合分析模型,依据深水测试海况环境和工艺参数施加载荷条件,研究深水测试管柱在典型作业工况下的力学性能和接触规律。研究表明:深水测试管柱的等效应力自上而下逐渐减小,加压射孔和关井回压属于深水测试管柱服役周期中的危险工况;测试管柱顶部位置、下挠性接头和扶正器邻近区域是深水测试管柱的强度弱点,在检测、维修时需要特别关注;深水测试管柱服役过程中与隔水管之间表现出随机接触的规律,测试管柱下挠性接头处接触载荷最大,是深水测试管柱的接触弱点;提高隔水管顶张力和下挠性接头转动刚度、控制浮式平台的作业范围有利于降低下挠性接头处的接触力,减小摩擦和磨损的发生。     

水平井完井管柱振动特性实验研究

为探索气体作用下完井管柱振动响应机理，开展了水平井完井管柱在开井工况下振动相似实验。实验采用PE管模拟完井管柱油管，采用透明的亚克力管模拟完井套管，并采用Froude相似准则进行尺寸缩放；基于应变片测试技术采集气体作用下完井管柱油管在水平和垂直方向的振动，并采用模态分析法分析了管柱应变、位移响应及振动模态。通过有限元分析管柱固有频率并与实验振动频率对比发现，管柱振动频率接近三阶固有频率，且会发生共振；实验管柱系统在弯曲段响应应力、位移量较大，振动较为剧烈；管柱在水平方向与垂直方向振动频率与模态一致，水平方向振动剧烈。     

青西油田酸压管柱失效原因分析及对策

本文通过对近几年青西油田酸压管柱的失效分析，认为因酸压管柱设计不合理、封隔器胶筒质量、密封圈质量等多种原因造成了酸压施工失败，可以通过提高井下工具技术性能、优化工艺管柱设计、严格执行井下作业规范、加强现场技术指导等工作，提高青西油田酸压管柱的安全可靠性。     

XXJ300/500液压蓄能修井机管柱起升速度特性分析

根据达朗伯原理 ,建立了XXJ30 0 / 5 0 0液压蓄能修井机在各力挡下起升管柱时的动力学方程式。通过求解动力学方程式 ,分析了各力挡下的管柱起升速度随管柱位移变化的动态特性。分析结果表明 ,XXJ30 0 / 5 0 0液压蓄能修井机在各力挡下所能起升的最大管柱重力不同 ;在各力挡下 ,随着管柱重力的减小和节流阀开口长度的增大 ,管柱起升速度增大。     

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。     

复杂力学环境中完井管柱屈曲行为及其防控措施

复杂力学环境中完井管柱由于处于超高温、高压的环境下,容易发生管柱屈曲,大大影响了管柱的服役寿命.基于弹塑性力学理论建立了实际井况下油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并在此基础上分析了复杂力学工况下管柱的屈曲形态、横向位移等,再针对加扶正器、优化产量以及伸缩管的设计等缓解管柱屈曲措施对管柱屈曲行为的影响程度开展了研究.结果 发现:在苛刻工况下,油管柱底部易发生较为复杂的屈曲,从井深5 500 ～7 300 m井段的油管柱产生了螺旋屈曲的构型,整段屈曲段长达2 400 m;本文工况下,伸缩短节数达到6个后,全井段油管柱的屈曲段长度和管柱弯曲应力的减小速率大幅降低,伸缩短节的个数对管柱屈曲及弯曲应力影响大幅减弱.对于复杂环境下气井工况而言,控制产量对管柱屈曲行为改善最为明显,其次为扶正器设计,为提高油管柱寿命及气井完整性提供了技术支撑.     

深水测试管柱-隔水管耦合涡激疲劳分析

在深水钻完井测试作业过程中,由于海流作用隔水管易发生涡激振动引起疲劳损伤,由隔水管涡激振动引起测试管柱疲劳损伤问题不容忽略。针对深水高压气井测试作业特点,考虑测试管柱和隔水管之间相互作用,建立测试管柱-隔水管耦合涡激振动模型,提出测试管柱-隔水管涡激疲劳分析方法。结合南海某深水高压气井,研究测试管柱-隔水管耦合系统涡激振动机理、疲劳损伤规律及影响因素。研究结果表明:测试管柱-隔水管耦合系统高流速下更易于发生多模态涡激振动,疲劳损伤沿水深方向呈现波动变化,顶部和下挠性接头附近疲劳损伤最为严重,其中测试管柱疲劳损伤约为0.2~0.25倍隔水管疲劳损伤,适当增大隔水管顶张力和测试管柱提升力可有效改善测试管柱-隔水管耦合系统涡激疲劳性能。     

油气井杆管柱力学在微米/纳米系统中的应用前景

油气井作业中的杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作,在各种力的作用下,处于十分复杂的变形和运动状态;油气井杆管柱力学已经初步形成系统,并在石油工程上得到了越来越广泛的应用。随着碳纳米管材料和微机械在现代应用科学领域的异军突起,在该领域中也遇到了类似的杆管柱强度和作业问题。本文基于对油气井杆管柱力学的认识和理解,从跨学科应用的角度出发,探索油气井杆管柱力学在微机械和碳纳米管领域的应用前景。     

油气井管柱的屈曲行为研究

基于管柱屈曲微分方程,分析了受多种形状井眼约束管柱屈曲及后屈曲行为,考虑了封隔器作为固支端对管柱屈曲的影响,给出了受井眼约束管柱在弯扭载荷作用下的正弦屈曲和螺旋屈曲的临界载荷,不同屈曲模态下管柱变形和载荷之间的关系,从而确定了管柱的后屈曲路径,管柱屈曲后的内力.所得结果可以作为相关设计的依据.     

试论“积木”式打捞多层防砂管柱工艺

打捞井下多层防砂筛管是一项高难度高风险作业。多层防砂管柱组合主要包括顶部封隔器总成、各层隔离封隔器总成、大尺寸密封筒、防砂筛盲管、以及必要的连接变扣。本文针对不同防砂管柱类型,依次自上而下分层切割、回收封隔器、套铣防砂管柱、打捞出各层防砂管柱,这一系列打捞技术形成了＂积木＂打捞工艺。类似于将井下防砂管柱这个搭好成型的＂积木＂重新拆分,化整为零,依次从井筒内打捞出地面。根据油田十年来100多井次防砂管柱的打捞实践,证实了＂积木＂打捞工艺大大提高了大修作业实效,降低了作业风险,具有很强的现场指导意义。     

油管柱的受力与变形

随着深井技术和压裂工艺的日益发展,对油管柱的要求便越来越高。本文结合矿场实际,系统地阐述管柱的抗拉强度及组合,管柱在井内的自由伸长及封隔器管柱的受力与变形等管柱在几种常见情况下,受力与变形分析及计算方法,并列举应用实例,以供参考。最后还简要地介绍了管柱不致产生永久性螺旋弯曲的条件。     

压裂管柱力学分析理论与应用

油层压裂是重要的增产措施;压裂管柱在管内外压力、轴向力、弯矩、扭矩、温度等因素的作用下,有时会引起屈服、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈曲,造成较大的经济损失;对压裂管柱进行系统的力学分析有十分重要的意义.首先介绍了压裂作业的分类、操作过程和涉及的管柱力学问题;其次,建立了压裂的不同过程中管柱温度分布的数学模型;接着,介绍了管柱内和环空压力的计算方法;建立了下入过程的管柱力学分析的数学模型;针对不同类型的封隔器,分别建立了坐封过程管柱力学分析的数学模型;针对不同的压裂方法,分别建立了注入过程中管柱力学分析的数学模型,并考虑了伸缩短节的作用;建立了解封和起出过程中管柱力学分析的数学模型;给出了强度校核方法.用差分法进行求解后,编制了计算软件,在长庆油田和西北油田分公司得到了成功的应用.     

铁钻工冲扣钳钳牙参数敏感性分析

以钳牙花型与当量摩擦系数的关系为切入点,基于接触力学及摩擦学原理,对钳牙与管柱接头外壁接触进行受力分析,建立了钳牙牙型角、牙顶倒角半径、管柱外径及咬痕深度与当量摩擦系数的关系式;对钳牙及管柱强度,以及钳牙齿磨损原因进行了分析。在摩擦力矩满足上卸扣要求、不损伤管柱等约束条件下,利用正交设计分析了钳牙齿与管柱外壁接触时4个因素对当量摩擦系数的影响程度。结果表明:钳牙牙型角对当量摩擦系数影响最大,而牙顶倒角半径的影响几乎可以忽略不计。为使咬痕深度小于1 mm,对于常用直径系列管柱,钳牙牙型角的最佳取值为80°～100°。     

尤拉屯高产气井完井管柱振动损伤研究

针对尤拉屯气田典型管柱在生产过程中高速气流诱发的振动问题,展开了管柱振动损伤研究,研究中采用了大型有限元分析软件ANSYS建立高产气井带封隔器油管柱振动的有限元模型。利用该模型对管柱进行了振动分析,分析结果表明:离封隔器越远振动位移、速度和加速度的幅值越大。详细地研究了全井段油管柱的轴向应力变化、屈曲损伤和中和点变化,同时分析了不同位置和不同产量下,屈曲管柱与套管柱的接触压力随时间的变化关系,为管柱摩擦磨损损伤机理的深入研究提供了定量的数据。最后对管柱进行了疲劳寿命预测,为管柱振动损伤预防措施的提出提供了理论基础。     

卡瓦内悬挂管柱弹性承载能力与计算

在油井特别是深井和超深井的套管柱设计中,对卡瓦内悬挂管柱承载能力进行分析是十分重要的。提出了一种解析计算方法,将管柱视为薄壳,分别按照第三强度理论和第四强度理论计算了卡瓦内管柱的弹性承载能力,并用有限元方法和原尺寸套管的实物试验分别对该方法进行了验证。结果表明,解析计算结果与有限元计算结果和实测结果比较吻合,这种解析方法可以作为卡瓦内管柱弹性承载能力的计算公式。     

高压气井多封隔器完井管柱力学研究

带多封隔器的完井管柱是Norsok D010规范推荐的高温高压气井完井管柱中的重要类型,但是多封隔器完井管柱结构在井下工况中的受力和变形较单一结构管柱更为复杂,并且多封隔器之间局部的圈闭压力可能导致管柱损坏。为此,针对多封隔器管柱结构特点,建立了考虑端面效应、热胀冷缩效应、形变效应、螺旋和正弦屈曲效应影响的管柱变形和受力计算模型,并结合现场实际工况开展了实例计算。计算结果表明,封隔器在井筒中的位置以及井筒温度压力对整个管柱的受力和变形影响较大,在多封隔器复合管柱设计和安全评价时需要考虑多封隔器对管柱力学行为的影响。