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力能力，并用有限元方法和原尺寸套管的实际试验分别对该方法进行了验证。     

卡瓦内悬挂管柱承载能力的再分析

以往在国内外对卡瓦内悬挂管柱承载能力的研究中,出现了多种研究模型,但其求解方法均不同程度地存在一些问题和不足。鉴于求解方法对油井特别是深井和超深井的套管柱设计十分重要,对原有文献中存在的问题进行了剖析,并按原有模型进行了正确的计算。     

卡瓦内悬挂管柱的极限承载能力

随着油井的加深 ,作用在卡瓦和卡瓦内悬挂管柱上的载荷随之加大 ,成为制约深井油田安全生产的重要因素 .为确定卡瓦内管柱的承载能力 ,在分析美国 API及前苏联推荐公式的基础上 ,提出力学模型 ,并根据圆柱壳弯矩理论 ,用分析和求极值方法 ,找出了卡瓦内管柱的危险截面 ,得出了简单实用的卡瓦内悬挂管柱极限载荷计算公式 ,通过实例证明了该公式的准确性 .     

卡瓦内悬挂管柱的极限承载能力

随着油井的加深，作用在卡瓦和卡瓦内悬挂管柱上的载荷随之加大，成为制约深井油田安全生产的重要因素，为确定卡瓦内管柱的承载以，在分析美国API及前苏联推荐公式的基础上，提出力学模型，并根据圆柱壳弯矩理论，用分析和求极值方法，找出了卡瓦内管柱的危险截面，得出了简单实用的卡瓦内悬挂管柱极限载荷计算公式，通过实例证明了该公式的准确性。     

残余应力对石油套管承载能力的影响分析

在套管的生产过程中产生的残余应力将降低套管的屈服极限,进而降低了套管的承载能力.长期以来,这个问题一直没有引起人们的充分重视而加以克服.为此,根据弹性力学理论,建立了套管的力学模型,通过有限元分析和计算,得到了存在残余应力的情况下套管的承载能力.计算分析表明,残余应力在很大程度上影响着套管的承载能力,因此,为了提高套管的承载能力,应尽量降低管体的残余应力.     

残余应力对石油套管承载能力的影响分析

在套管的生产过程中产生的残余应力将降低套管的屈服极限，进而降低了套管的承载能力．长期以来，这个问题一直没有引起人们的充分重视而加以克服．为此，根据弹性力学理论，建立了套管的力学模型，通过有限元分析和计算，得到了存在残余应力的情况下套管的承载能力．计算分析表明，残余应力在很大程度上影响着套管的承载能力，因此，为了提高套管的承载能力，应尽量降低管体的残余应力。     

圆锥管螺纹过盈联接螺纹牙应力和变形计算方法

以圆锥管螺纹为研究对象,在弹性力学的基础上,结合组合厚壁圆筒理论,对圆锥管螺纹齿面过盈配合进行了理论分析,建立了一种新的解析模型,得到了圆锥管螺纹接触齿面上的径向接触应力和变形公式。并以API-P110SΦ88.9 mm圆锥套管螺纹为例,对螺纹牙的径向变形和径向应力进行了实例计算和有限元分析,通过将解析计算结果与有限元计算结果进行比较分析,证明所建立的计算模型具有较好的准确性,为精确计算圆锥管螺纹过盈联接的应力、变形提供了一种新的方法。     

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。     

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.     

煤层气开采中玻璃钢套管强度与变形量的计算

为探究煤层气开采中玻璃钢套管抗挤强度和变形量的计算方法和分布规律,采用理论推导、Matlab编程、ANSYS模拟相结合的方法,逐次对玻璃钢套管整体以及套管射孔、套管丝扣两个危险部位进行了理论模型建立与求解;然后通过Matlab数值计算使理论求解可视化,进而得到套管抗挤强度与变形量的理论结果和分布;最后利用ANSYS软件建立相同的模型,计算出套管抗挤强度与变形量的有限元解及其分布图.结果表明:理论结果与模拟结果遵循完全相同的分布规律且数值误差在允许范围之内,说明该计算方法的可行性.     

高温高压试油卡瓦封隔器与套管应力分析

高温高压深井试油过程中,必须确保封隔器定位与密封以防高压油气窜入油套环空,造成事故,而封隔器卡瓦咬入套管足够深度是防止封隔器移动的前提。然而,若卡瓦咬入套管过深,封隔器与套管之间的相互作用力过大,又将严重损伤套管。为深入了解试油封隔器与套管相互作用状况,为封隔器段套管坐封悬重的选择及卡瓦结构参数优化提供依据,根据卡瓦结构特点,将套管作为厚壁圆筒,求得套管内壁最大环向应力。     

非均匀外载荷对套管承载能力的影响分析

基于套管的受力分析,提出了在非均匀外载荷作用下套管应力分析的解析方法,以及简化的套管抗非均匀外载荷作用能力估算的新公式.以目前广泛应用的J55油套管(139.7 mm×8 mm)为例,分析了套管抗外载荷挤压能力随外载荷不均匀性的变化.结果表明,套管抗外载荷挤压能力随外载荷不均匀性的增加迅速降低.按照该公式计算的结果与应用有限元方法所得到的结果误差在15%以内,满足工程要求.说明本文提出的解析方法不仅简便、直观,而且可靠.     

轴向压力对螺旋屈曲管柱强度安全性影响分析

为校核螺旋屈曲管柱的强度安全性,基于弹簧理论与第四强度理论,推导出螺旋屈曲状态下管柱内、外侧相当应力的计算公式,并以油田常用规格油套管为例,探讨了轴向压力对管柱内、外侧最大相当应力的影响。算例结果表明,螺旋屈曲管柱内侧最大相当应力恒大于外侧;管柱内、外侧最大相当应力随轴向压力的增大而增大。轴向压力由200KN增大至800KN时,管柱内、外侧最大相当应力分别增大170%和413.8%。研究弥补了传统管柱力学分析的不足,提供了螺旋屈曲管柱安全性研究新方法,同时也可为现场安全施工提供参考。     

海上油气井油层套管井口装定载荷设计

综合考虑钻完井和投产采气过程未固井段套管强度和稳定性问题,提出一种海上油气井油层套管井口装定载荷设计方法,建立多层管柱耦合系统计算力学模型,确定钻完井过程套管轴向载荷计算方法,综合考虑温度场、压力场和压力端部效应给出投产采气后套管轴向载荷计算公式,并以中国南海某气田为例进行油层套管井口装定载荷设计。结果表明:套管强度不是限制海上油气井油层套管井口装定载荷设计的因素,投产采气过程底部油层套管的稳定性是油层套管井口装定载荷设计的重要因素;当设计极值产气量小于特定值时,油层套管井口装定载荷为油层套管未固井段重力,当设计极值产气量大于特定值时,随着设计极值产气量的增大,油层套管井口装定载荷增大,但增大的幅值逐渐减小。     

纤维增强复合材料管约束矩形截面混凝土柱轴心受压强度预测模型

纤维增强复合材料(FRP)管约束下的矩形截面混凝土短柱在轴向受压条件下,由于FRP管与混凝土间的黏结使得FRP管同时受到拉、压双向受力状态;核心混凝土由于FRP管的约束而受到3向应力作用.以Tsai-Wu屈服准则为基础,进行FRP管双向受力分析,利用双剪强度准则对核心混凝土进行3向受力分析,推导轴心受压条件下FRP管约束矩形截面混凝土短柱的受压强度计算方法,为极限承载力的计算提供一种有效的方法和参考.     

冷弯中厚壁轴压方矩形钢管柱抗震可靠度分析

收集了Q235和Q345冷弯厚壁方矩管的材料不定性、几何不定性、稳定设计计算模式不定性以及短柱的承载力数据.在此基础上运用一次二阶矩法进行了抗震及非抗震设计可靠度分析.最终给出Q235和Q345冷弯厚壁型钢构件强度和稳定设计抗力分项系数以及承载力抗震调整系数建议值,为相关技术标准的修编提供了依据.     

铝合金薄壁管T型接头强度及变形特征

将6063铝合金薄壁矩形管焊接成2种类型的T型接头,对其进行弯矩和压缩试验,测定其载荷与变形的响应关系,分析其极限强度.建立有限元模型,研究接头极限强度及变形过程.结果表明,不等宽T型接头在弯矩载荷下,载荷与变形响应曲线上无峰值;等宽管T型接头在弯矩和压缩载荷下,先发生整体屈服,后达到峰值载荷;铝合金薄壁管T型接头强度设计时的极限承载能力应为接头整体屈服时的载荷,焊缝区和热影响区的软化对接头承载能力有比较大的影响.     

套管头结构有限元分析及评价

针对固井过程中套管头损坏现象,采用有限元软件建立套管头整体有限元模型,对套管头在不同工况条件下进行应力计算,得到套管头整体及各部件的应力分布状态,并依据给出的复杂应力评定标准对其进行强度评价,并计算出不同类型套管头的极限悬挂载荷,给出了不同套管柱套管头悬挂重量的最优载荷,为套管头在完井作业中能够安全可靠地工作提供了保证。     

GFRP管钢骨混凝土轴压短柱承载力研究

GFRP管钢骨混凝土组合柱是一种新型组合构件,由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合柱的力学性能,进行了5根GFRP管钢骨混凝土组合柱的轴压试验.通过编制程序,以配骨率、GFRP管壁厚度、混凝土强度为主要参数,计算了9个构件,得到其轴向荷载与应变关系曲线.结果表明:组合柱承载力随着配骨率的增加、GFRP管壁厚度的增加及混凝土强度的增加而提高,且变化幅度相对明显.分别采用简单叠加法和统一理论两种计算方法,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.