基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

根据套管受到外挤载荷时的受力和变形特点,将套管变形分为弹性和塑性变形两个阶段,建立套管弹、塑性变形受力计算模型,利用能量平衡方程推导出套管抗挤强度计算公式,分析初始椭圆度、屈服强度和径厚比对套管抗挤强度的影响。通过对6根V140套管进行室内全尺寸试验和三维有限元数值模拟计算得到其抗挤毁强度,并与计算结果进行对比。结果表明:利用能量平衡方程推导的套管抗挤强度计算公式与试验、ISO/TR104002007(E)标准和有限元计算结果相比具有很高的精度,可以满足工程需求;初始椭圆度和径厚比越大,套管抗挤强度越小;屈服应力越大,套管抗挤强度越大。     

套管抗挤强度统计分析研究

针对美国石油协会的套管抗挤强度计算公式与实测套管挤毁压力差距较大的问题,利用统计学方法,详细分析了套管实物挤毁试验检测数据,得到了各因素影响套管抗挤强度的定量指标.研究表明,套管抗挤强度主要由径厚比决定;套管计算屈服外压和失稳外压等其他参数及其交互作用对套管的抗挤强度也有显著影响;套管外径和壁厚数据的变异系数比外径不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响更显著.最后给出了套管抗挤强度统计计算公式,为生产厂和用户提供了预测套管抗挤强度的简单实用的计算方法.     

射孔对套管抗挤强度影响

为了搞清不同射孔方式对套管强度的影响,确定合理的布孔方案,提高套管抗挤强度.以射孔管发生失稳的临界外载条件,利用变断面刚度的管体与变断面刚度的压杆有相似的挠曲微分方程,以及相同的边界,连续条件,利用杆管相似理论定量确定套管射孔后的抗挤强度的变化,并推导出不同射孔布孔方式下,射孔对套管抗挤强度影响的计算方法.根据以上公式计算套管抗挤强度与试验对比,相对误差最大为6.9%,最小为0.24%,采用该方法可以计算出生产套管的抗挤强度,绘制套管强度图版,从而根据油田地下的实际情况,优选不同钢级的套管和射孔布孔方式,这对指导生产具有重要意义.     

高温下高钢级套管柱设计中的强度折减系数

通过对高温条件下高钢级套管进行室内试验,得到了Q125、V140和V150套管屈服和抗拉强度值,并引入强度折减系数,回归出高温条件下相应强度折减系数计算公式.为了满足油田实际设计需要,给出了高钢级套管在150℃和200℃下的统一强度折减系数推荐值,并被中国石油天然气行业标准采纳,推广应用于高温下套管柱设计.根据试验结果及回归公式,对中国西部某深井套管柱进行了设计校核和安全评价.计算结果表明:本文试验结果和回归公式具有很好的通用性,可以满足现场工程需求;高钢级套管屈服强度和抗拉强度随温度增加而显著降低,且屈服强度降低幅度要大于抗拉强度,建议在高温井套管柱设计过程中要考虑温度对管材性能降低的影响.     

套管抗挤强度分析及计算

为提高套管挤毁压力预测精度,应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析,研究了外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响。分析结果表明,径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要因素,不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同位置组合进行了模拟分析。结果表明,数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时,套管的挤毁压力相差很大。最后提出了一个套管抗挤强度计算公式,计算简单,精度可满足工程要求。     

影响套管挤压强度的主要因素

对影响套管极限外压的主要因素：径厚比、变壁厚、初始椭圆率和材料机械性质等进行了分析和计算．阐述了套管抗挤设计中的若干基本概念，并从理论上解释了有关公式中的若干系数，对套管抗挤计算提出了一些建议；其理论分析和计算方法可供实际使用．     

影响套管挤压强度的主要因素

对影响套管极限外压的主要因素：径厚比、变壁厚、初始椭圆率和材料机械性质等进行了分析和计算机，阐述了套管抗挤设计中的若干基本概念，并从理论上解释了有关公式中的若干系数，对套管抗挤计算提出了一些建议，其理论分析和计算方法可供实际使用。     

油套管抗挤毁性能的初始后屈曲理论分析

抗挤毁性能是油套管的一项至关重要的性能指标。椭圆度和厚不均是存在于不同套管中的初始微小身体缺陷，运用Ｋｏｉｔｅｒ初始后屈服理论分析承受均匀外压力的长薄油套管的后屈曲性态及其缺陷敏感性，得出承受均匀外压力的长薄壁油磁管具有后屈曲稳定性的结论。     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程 ,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律 ,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明 ,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在 ,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较 ,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少 ,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下 ,孔眼面积增大 ,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于 2 0孔 /m时 ,无论采用何种布孔方式 ,除方形孔眼外 ,套管抗挤能力的降低均不会超过 4 % ;大于 2 0孔 /m时 ,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下,孔眼面积增大,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于20孔／m时,无论采用何种布孔方式,除方形孔眼外,套管抗挤能力的降低均不会超过4％;大于20孔／m时,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加。     

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。     

基于涡流传感器的连续油管椭圆度在线检测技术研究

椭圆度是连续油管寿命评估的重要判据之一,椭圆度的检测技术是保证连续油管装备现场安全应用的基础。根据涡流测距技术的基本原理,提出采用涡流测距传感器周向均布检测连续油管外径的检测方法,设计研制了椭圆度检测装置样机。根据检测装置的结构特点,提出了新的椭圆度测量算法并编制相应的测量软件。通过样机精度检测实验及现场在线检测实验表明,连续油管椭圆度在线检测装置检测效率可达1 m/s,椭圆度测量灵敏度达1%。为连续油管椭圆度检测提出了一种行之有效的方法,具有良好的工程实用价值。     

计算膨胀管膨胀力的新方程

膨胀管技术的关键在于膨胀管的选材、螺纹联接以及膨胀机构;膨胀力是设计、验算膨胀工具强度的重要依据。在考虑钢材的性能,井眼中的管柱空间形状、膨胀工艺、膨胀芯头的锥角以及膨胀芯头与套管内壁的润滑状况等因素对膨胀力影响的基础上,结合管柱塑性性能和塑性变形理论,采用主应力法得出了计算膨胀力的解析方程,并进行了实验模拟。实验数据和理论计算结果吻合较好,证明该膨胀力计算公式是可靠的,可以应用到工程中解决实际问题。     

钢管压扁矫正过程的计算机模拟

套管生产中，矫直工序决定了套管的形状精度和残余应力，对套管抗挤强度有很大影响．应用有限元分析软件Marc，建立了斜辊钢管矫直机的压扁矫正模型，并对矫直过程进行深入分析．基于试验测量的应力一塑性应变数据，推导了σ-εp关系式，编写了子程序以描述钢管材料的塑性变形特性．对不同压扁量进行数值模拟，比较了现有的压扁量计算理论．建立了钢管压扁矫正的三维模型，计算得到了与二维模型近似的结果．     

射孔套管应力集中系数有限元分析

建立了射孔套管的有限元力学模型,对不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数进行了有限元分析。旨在讨论非线性材料弹塑性范围内多孔情况下,对孔眼的应力集中系数及对管体抗挤强度的影响,为射孔套管应力集中及强度影响提供了详尽的数据,并给出了优化射孔方案。     

基于Mindlin理论新型阶梯环型变幅器弯曲振动特性研究

阶梯型辐射体具有辐射面积大、辐射效率高等优点,在大功率超声领域被广泛应用。在高频大功率声辐射条件下,薄盘的机械强度明显不足;因此应考虑用厚板。从声学工程力学应用角度研究,基于Mindlin理论推导了新型阶梯环形变幅器自由边界条件下的弯曲振动频率方程;并对频率方程进行数值求解和有限元模拟及实验测试;同时还研究了各结构参数及材料对变幅器频率的影响。结果表明,自由边界条件下,有限元模拟结果与厚板理论计算结果都比较接近实验测试结果,误差较小。当其他参数一定时,在厚板范围内,前三阶频率随圆盘基底厚度、圆盘厚度的增加而增加;随内半径和外径的增加减小;随阶梯半径的增大而增大。所取材料的前三阶有限元模拟频率与厚板理论计算结果误差较小,其中45号钢频率最大,而铜频率最小,铝频率居中,研究结论对大功率阶梯型辐射体及辐射器的设计和应用提供理论参考和频率调试依据。     

砂土中直埋穿管光缆爆炸破坏效应研究

研究直埋穿管光缆的爆炸毁伤机理和易损性,针对直径60 mm钢管内穿GYTA33型铠装光缆,设计并开展了55 kg柱状TNT裸药砂土中近距离爆炸破坏原型试验. 试验结果表明,比例爆距为0.316 m/kg时,该型穿管光缆在钢管出现明显弯曲及压缩变形时通信功能完好,比例爆距0.263 m/kg时通信出现中断,该型穿管光缆在砂土中的临界破坏比例爆距在0.263～0.316 m/kg之间;围绕试验结果开展了数值计算,分析了穿管光缆破坏过程机理. 研究表明,近距离爆炸荷载下,钢管会发生局部弯曲和径向压缩变形,钢管变形初期产生严重压缩变形破坏时对管内光缆的高速冲压作用是其破坏的主要原因.