温度和机械载荷联合作用下油田超深井中硬质涂层膨胀锥与套管的屈服挤毁压强及试验验证

在充分考虑温度载荷、机械载荷、硬质涂层膨胀锥硬度、套管硬度对膨胀锥与套管之间屈服挤毁压强影响的基础上,根据分形理论和接触力学推导出膨胀锥与套管之间屈服挤毁压强的计算公式.数值分析表明:膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强随最终温度、分形粗糙度、线膨胀系数、硬质涂层膨胀锥布氏硬度、中间主应力系数、套管壁厚的增大而增大;当分形维数从1增大时,膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强随分形维数的增大而减小;当分形维数增大到接近于2时,膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强随分形维数的增大而增大;随拉压强度比的增大,膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强减小.屈服挤毁压强的计算值与试验测试值之间的相对误差为-8.9253%～-0.9901%.     

水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响分析

利用弹性力学解析及有限元方法，分别研究了均匀地应力和非均匀地应力条件下水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响规律。研究结果表明，增加水泥环弹性模量对套管外挤载荷有一定的减缓作用，但效果远没有降低水泥环弹性模量明显。理想水泥环的性能应该是高强度、低刚度。在固井作业时，对软地层推荐采用弹性模量大的水泥，对硬地层推荐采用弹性模量小的水泥。     

套管弯曲强度与极限转角研究

以弹塑性理论和极限分析理论为基础，对弯曲井段内套管的抗弯强度进行了研究，给出了套管强度和极限转角的计算公式．分析表明，套管的Ⅰ级极限转角βⅠ可作为套管选材的依据，并由此提出了套管设计的极限转角准则：Ｙｍａｘ＜βⅠ．结合长庆油田塞平—１水平井固井工艺设计，对多种套管的极限转角进行了实例计算，并采用极限转角准则，对其弯曲井段内的技术套管和油层套管进行了选材，为套管串结构设计提供了理论依据．还对所选套管进行了弯曲强度校核     

套管井中仪器偏心对超声回波的影响

根据声波在介质中的传播理论和换能器的声学特性，对在套管井中仪器处于不同偏心情况下的超声回波进行了模拟，研究了偏心对超声回波的影响，并进行了实验验证。数字模拟和实验结果表明：仪器偏心不仅会引起回波信号幅度的变化，而且会导致频谱的改变，当偏心大于４ｍｍ时，对回波的影响比较明显；为了保证套管井测井资料的可靠性，仪器偏心应小于３．５ｍｍ。     

分支定界法优化设计石油套管柱

在套管柱设计领域中引进了分支定界法优化理论．阐述了分支定界优化设计石油套管的基本思想．并简单介绍了利用该方法开发出的一套套管柱优化设计软件．与常规设计法相比，用该优化软件设计出的套管柱，用最低费用套管优化组合设计能节约费用２３．６４％，重量降低０．２４％．用最轻重量套管优化组合设计可节约费用１８．５５％，重量降低１９．１１％．     

多射孔对套管-水泥环结构强度的影响

结合油井试采工程实际问题,研究了圆形和椭圆形两种形状的多个射孔对套管-水泥环结构强度的影响.给出了外压作用下的双层长圆柱壳结构开任意形状的单个贯穿孔问题的理论解,并用有限元软件ANSYS分别对具有圆形及椭圆形两种形状的单个射孔及多个射孔的套管-水泥环结构在受横向均布外压作用下的孔边应力进行了数值计算.计算结果表明,开单孔情况套管的最大应力的数值解与理论解很接近,每米分布40个圆形射孔情况下的套管-水泥环结构强度比每米分布八个椭圆形射孔情况提高20%以上,因而较为合理.     

一体化核反应堆套管管束式换热器设计与试验

建立了套管管束式换热器的计算模型,以便进行该种换热器热工水力学设计计算和结构优化。利用该模型,研究了一体化核反应堆自然循环和强迫循环两种工况下该换热器的比表面、传热系数、体积比功率等特性,确定了优化方向。以自然循环工况下,管心距为15.8~16.4 mm时,该换热器特性最优的分析结果为依据。加工了19根传热管组件的实验本体,在清华大学核能与新能源技术研究院进行了相关的热工水力学试验。试验所得传热系数,阻力降在未引入任何经验常数的情况下,分别与计算结果偏差小于5%、10%。     

圆形钢套管加固方形混凝土柱轴心受压性能

为研究圆形钢套管加固混凝土柱的基本力学性能,进行了1根未加固的普通钢筋混凝土柱和10根圆形钢套管加固的混凝土短柱在不同加固钢套管厚度及初始轴压比下轴心受压试验,初始轴力通过对未加固试件施加后张预应力来进行模拟;在试验研究的基础上,根据应变协调原则对加固后构件轴压承载力进行了数值分析.研究结果表明,加固构件的承载力随着钢套管厚度的增加而增加,初始轴压比的变化对加固后构件的承载力影响不显著,且理论分析结果与试验结果吻合较好.     

优质热采井用石油套管的研制

根据热采井套管损坏的机理，研制了一种适合于注蒸汽开采稠油的优质套管——WSP-105H．介绍了该套管的设计思想：研制耐热钢种，提高套管材料本身的抗高温性能；研制适合于热采井套管的螺纹结构，有效地释放高温产生的热应力．在此基础上，阐述了该套管的研制过程．最后通过有限元模拟的方法，研究了这种套管在热采工况下的适用性。并通过全尺寸模拟试验进行了验证．结果表明，该套管适合于热采井．     

钢包保护套管中弥散微小气泡的生成机理

向钢包保护套管中吹入惰性气体,利用套管中湍急的注流,可将气体离散为弥散微小气泡.通过计算套管中注流的能量分散强度,得出了套管中弥散微小气泡的最大尺寸,并采用伯努利方程分析了套管中注流的压力分布.理论计算结果与文献报道及实验室水模实验结果一致.