特殊螺纹套管接头连接性能的安全可靠性分析

建立套管接头内、外螺纹牙啮合物理力学模型,依据螺纹啮合对变形协调方程和单个螺纹牙轴向弹性变形分析,推导出套管接头螺纹牙承载分布不均性规律及其法向接触力计算方程组,并利用有限元计算结果验证了螺纹牙受力解析值的可参考性.结合弹性力学理论和API偏梯形螺纹计算准则,根据可靠度理论建立特殊螺纹套管接头三种连接失效形式的极限状态方程,利用Monte Carlo方法对服从正态分布的螺纹各项加工参数进行抽样,统计得出套管接头发生连接失效的概率及其相应可靠度.计算结果表明:特殊螺纹套管接头各连接失效形式的可靠度由大到小排序为螺纹跳扣>管体屈服>螺纹牙剪切>接头抗拉.     

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.     

基于尖点位移突变模型的多夹层盐穴储气库群间矿柱稳定性分析

考虑到盐穴储气库群问矿柱失稳破坏可以看成矿柱变形从连续逐渐变化到系统发生突变的过程，是一种典型的非线性突变问题．本文建立了盐穴储气库群间矿柱稳定性分析的尖点位移突变模型，克服了单纯采用有限单元强度折减法计算矿柱稳定性安全系数过程中不能精确量化失稳判别标准的缺点，大大提高了矿柱稳定性安全系数模拟计算精度．利用上述模型研究了埋深、内压、矿柱宽度、蠕变时间等因素对多夹层盐穴储气库群间矿柱稳定性影响规律，并实例计算得到国内某盐穴储气库Y一1和Y一2间矿柱的稳定性安全系数，给出相应作业参数推荐值．计算结果表明：尖点位移突变模型具有很好的实用性，能精确给出矿柱稳定性安全系数；矿柱安全系数随着埋深和运行时间增加而降低，随着内压和矿柱宽度增加而增加．由于Y-1，Y-2盐穴储气库为采卤形成的溶腔再利用，导致矿柱宽度过小，造成矿柱稳定安全系数低，受到内压、运行时间、内压差和采气降压速率影响较为显著，建议内压不低于7MPa，使用年限不大于5年，内压差不大于3MPa，采气速率不大于0．50MPaJday．     

服役海底管道钢疲劳可靠性试验与海底管道寿命预测

针对波浪力下海底管道悬空段的疲劳寿命问题,从某服役X60钢海底管道悬空段上取样进行拉-拉成组多级疲劳试验,获得服役X60钢海底管道试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其概率统计分布,利用参数假设检验法确定X60钢管道试件的疲劳寿命分布特征,由此外推出不同存活率下的疲劳对数寿命与等效循环应力之间的线性关系式.通过引入"疲劳极限复合修正系数"和"等价非对称循环度系数"对X60钢试件的P-S-N曲线进行修正,得出X60钢海底管道悬空段的疲劳寿命预测公式.结合试验结果分析表明:X60钢海底管道试件的疲劳寿命服从对数正态分布;疲劳对数寿命与等效循环应力之间近似为线性关系;海底管道疲劳寿命预测公式计算结果与试验数据吻合良好.     

水平隧道管道固定墩推力虚功原理解答及应用

建立进出洞口处设置固定墩的水平隧道管道超静定结构力学计算模型,在求解基本假设的前提下,提出隧道管道"驻点"的概念,同时考虑隧道管道弯头处节点位移变形协调条件,采用虚功原理对隧道管道固定墩推力进行理论分析,得出考虑管墩摩擦和不考虑管墩摩擦情况下的解析计算公式.应用此解析公式和4套管道有限元分析软件(Ansys,Autopipe,Algor,CaesarⅡ),对西气东输二线管道工程X80钢级、管径1 219 mm的隧道管道固定墩推力进行计算分析.结果表明,固定墩推力随着管径、壁厚的增加而增大,其关系近似呈线性;解析解和有限元计算结果吻合较好,其最大相对计算误差仅为4.2%,说明解析公式计算结果可以满足工程需要,验证了分析结果的正确性.     

川东北嘉四—五段地层岩石力学参数不确定性研究

针对川东北油气田嘉陵江组四?五段地层普遍出现的套管变形损坏现象,有必要对该地层段岩石力学性质进行统计分析。采用随机?模糊统计法对静态岩石力学参数样本数据进行粗差分析,并基于K?S假设检验方法,研究嘉陵江组四?五段地层的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和内聚力等岩石力学参数的概率分布特征,以确定各岩石力学参数最优的概率分布形式和概率密度函数。结果表明：嘉陵江组四-五段地层的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和内聚力都具有较强的离散性,且其大样本最优概率分布形式并不一致,分别为威布尔分布、威布尔分布、对数正态分布和对数正态分布。计算得到的岩石力学参数概率分布区间,能够更为准确地描述嘉陵江组四?五段地层的力学性质,研究结果为盐膏岩地层钻井设计及井壁稳定性研究等提供了数据支持。     

基于热力学试验和数值方法的非线性衬里材料性质

通过物理试验和数值试验对衬里材料热-力学性质进行研究。对工业上测定高温、内压作用下的大型衬里设备材料导热系数时不能有效模拟环境载荷及升保温控制的问题,设计实际可行的室内升保温试验,对衬里材料在设备高温运行状态下导热性质进行研究。通过力学试验研究衬里材料力学性质和强度破坏形式,讨论衬里材料力学性质随围压的变化规律。将物理试验参数下的耦合数值试验结果与规范对比。研究结果表明:室内升保温试验和力学试验可作为衬里材料传热特性和力学性质参数获取的方案,为数值试验模拟实际工况提供数据支持;当金属质量分数升高时,同等围压条件下的衬里材料抗压强度有明显提高;当金属质量分数一定时,衬里抗压强度随着围压的增大而提高;随着围压增大,衬里弹性模量和本构曲线的斜率都增大,应力极值也相应提高,且在达到应力峰值后,轴向应力平缓下降,径向应力则逐渐趋于平稳;衬里层整体内侧受压,外侧受拉,具有应力不对称特征。物理试验与数值试验相结合是研究衬里材料热-力学性质的有效方法。     

基于反射声波测井有限元方法的井旁裂缝分布特征

基于声波传播理论,利用声波有限元方法研究存在井旁裂缝情况下的反射波波形特征。以井眼为对称轴,对有声阻抗不连续界面的一侧进行二维轴对称有限元建模,分别建立井旁存在交叉裂缝和弧状裂缝的交叉裂缝反射界面计算模型和弧状裂缝反射界面有限元计算模型。通过对相同源距条件下不同接收点接收的波形数据进行处理,得到反射波波至时间等参数,进而判断出页岩储层井旁裂缝的分布规律。结果表明:反射波的波至时间随声源纵坐标变化而呈现的规律与井旁裂缝的形态表现出了很好的一致性,井旁存在交叉裂缝时,根据波至时间计算得到井旁裂缝倾角为10.13°和20.19°,与解析模型对比的误差率分别为1.31%和0.95%。井旁存在弧状裂缝时,由反射波波至时间得出反射界面的坐标,并与计算模型结果进行对比,得到裂缝中心位置与反射点坐标相对误差为1.70%。声波有限元方法可以有效地反演出井旁裂缝的位置和形态特征。     

基于三角模糊数的煤层气欠平衡钻井风险评估模型研究

煤层气欠平衡钻井过程中存在大量不确定性,具有高投入、高风险的特点。在进行煤层气欠平衡钻井风险识别的基础上,总结出钻井风险主要来源于煤岩特性、钻井液性能和井壁稳定性3类,建立钻井风险因素的递阶层次结构模型。并针对传统层次分析法确定因素权重具有很大主观性的缺点,引入模糊数学方法,提出基于三角模糊数的风险因素权重确定方法,并确定风险因素的隶属度,最终建立煤层气欠平衡钻井风险综合评估模型。该模型能客观、定量化地评价钻井风险,确定欠平衡钻井因素的各类风险值,为煤层气欠平衡钻井提供降低规避风险提供理论依据。     

流固耦合作用下含水层地下储气库天然气注采运移规律研究

针对地下储气库天然气注采运移过程中较少考虑应力场与渗流场相互耦合作用的不足,基于多孔介质弹性力学和渗流力学理论,建立了含水层型地下储气库天然气注采运移的流固耦合数学模型。首先通过对研究区块岩心开展三轴试验和应力敏感性试验得到储盖层的岩石力学参数和渗透率与有效应力的关系曲线,在此基础上建立了含水层地下储气库计算模型并对储气库天然气注采运移开展数值模拟研究,对比了耦合模型与传统渗流模型的计算精度;并重点讨论了储层渗透率、储层厚度、注入速率和排水量等参数对天然气运移规律的影响。计算结果表明:建立的流固耦合模型与传统渗流模型的计算结果具有较好的一致性,考虑流固耦合作用比非耦合作用下的储层压力增加1.04 MPa。含气饱和度随着储层渗透率和注入速率的增加而非线性增大,随着储层厚度的增大而非线性减小,随着排水量的增加影响不明显。