高压高产气井油管柱强度安全分析

随着越来越多的深层油气资源进行勘探开发,油气井管柱所处的工作环境也急剧恶化,尤其是高温、高压、高产井“三高”油气井。为研究高压高产气井油管柱强度安全,建立高压高产气井油管柱动力学模型,通过高压高产气井油管柱安全系数法和高压高产气井油管柱三轴应力法对高压高产气井油管柱强度进行校核,对高压高产气井油管柱基本应力和管柱尺寸对管柱应力的影响进行分析。结果表明：随着产量的增加,管柱的横向位移不断增大;在0～20 s内管柱(H300 m、H600 m,其中H为深度)的横向振动应力幅值比管柱(H1 660 m和H2 540 m)大,管柱横向应力振动幅值较大,随后振动应力趋于稳定;在0～10 s,管柱纵向应力振动幅值较大,且越靠近管柱下部管柱的纵向振动应力越大;管柱在井口位置处轴向力最大;大尺寸管柱有利于降低高速流体诱发管柱的振动问题。研究成果可为高压高产气井管柱设计提供理论指导。     

高产气井油管柱双重非线性流致振动模型研究

针对高产气井流体流动诱发油管柱振动引起的破坏问题,采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立油管柱纵横向耦合非线性流致振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,建立油套管非线性接触碰撞模型,并将其引入流致振动模型中,得到高产气井油管柱双重非线性流致振动模型。采用有限元法和Newmark-β法求解油管柱的双重非线性流致振动模型,与文献的实验数据和只考虑接触碰撞单非线性模型计算结果对比,验证了本文所建立的油管柱流致振动模型的正确性和优越性。根据现场高产气井参数,采用相似原理,开展了气井油管柱流致振动模拟试验,测得油管柱振动响应数据,与理论模型计算结果对比,再次验证了油管柱双重非线性流致振动模型的正确性。所建立的非线性流致振动模型可为高产气井油管柱安全设计提供有效的分析工具。     

特殊螺纹接头密封结构比对分析

油套管特殊螺纹密封结构形式是影响密封性能的关键因素之一.采用有限元分析方法对比两种不同的主密封结构形式--锥面/锥面和弧面/锥面在上扣、拉伸、弯曲及内压加拉伸载荷条件下的接触压力、接触长度及沿主密封面泄漏穿透长度的变化,得到不同型面组合的密封能力随载荷的变化规律.得出新的密封准则为:密封接触表面之间的有效接触长度大于0.5 mm,接触压力最大与最小值之差是内压的5.8倍以上,在有效接触压力及长度范围内接触表面塑性应变控制在材料屈服点应变范围内,可使密封结构达到抗黏扣和消除密封间隙的目的.实物试验结果与数值模拟吻合较好,表明建立的模型正确,采用的方法合理;有限元模拟结果显示拉伸载荷对密封性能的影响显著高于弯曲载荷的.     

基于特殊螺纹密封完整性的三轴设计系数研究

针对高温高压气井完井油管柱密封完整性问题,开展了基于88.90 mm×6.45 mm 110SS材料油管一种气密封特殊螺纹密封完整性分析的管柱三轴设计系数研究,研究中采用了API RP 5C5—2017国际标准螺纹性能试验评价方法,进行了高温和室温环境下A系全包络线载荷密封实验评价。基于气密封能判据,采用有限元模拟分析了不同VME（冯米塞斯等效应力）全包络线载荷2次循环工况的密封能和密封能倍数的变化规律并确定了危险载荷点。结果表明,通过API标准密封完整性实验评价的气密封特殊螺纹连接,需采用有限元进一步分析包络线载荷循环密封能及密封能倍数的变化规律,确定这种螺纹连接安全适用范围;同时开展了3种VME全包络线载荷2次循环后密封适用性分析,确定了高温和室温两种环境下螺纹安全适用包络线载荷范围及合理的三轴安全系数,并完成了1口高温高压气井完井油管柱安全分析和现场应用。提出的研究方法为管柱三轴设计安全系数的确定提供了有益指导。     

高压高产含硫气井测试技术及应用

川东北海相气藏埋藏深、温度压力高、普遍含硫、平面及纵向产量变化大,测试工艺复杂,面临井下工具受限、井下事故复杂、井控及环境污染风险大等难题。在川东北高含硫气井测试实践与经验基础上,形成了高压高产含硫气井测试技术。形成了三类六套APR射孔—酸压—测试联作短期测试管柱;管柱力学分析、多级压力控制、国产抗硫及复合地面流程等测试配套工艺满足各类测试要求;以压井、防喷、防漏为主的测试应急方案及措施确保了作业安全。该技术在YB1-侧1,YB12,HB1-1D等井中成功应用,为该类气田勘探开发的顺利进行提供了技术支撑。     

碳酸盐岩高压高产气井异常产能资料解释方法

塔X01井是在塔中北坡缝洞型碳酸盐岩储层发现的第一口高产气井,由于特殊的储层特征,压力计难以下至储层中部,造成压力资料品质很差,影响了产能的准确评价。利用前人对气液两相垂直井筒压力研究成果,对异常资料进行甄别,形成生产数据计算并校正出井底压力方法,计算误差0.2%。基于Firoozabadi和Katz理论,建立了考虑高产时气体高速脉冲流动的碳酸盐岩高压高产气井产能方程,利用约束优化算法对其进行求解,并进行了实例应用,结果表明,该井无阻流量比常规方法计算小10%左右。获得的三项式产能方程及其求解方法,更符合研究区的矿场实际。     

深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全评价方法

深水高温高压气井普遍存在环空带压现象,而深水井通常采用水下井口,使得B、C环空无法进行泄压操作,从而导致井下油管柱承受高环空圈闭压力载荷,同时附加高温、腐蚀多因素耦合影响,使得油管柱存在失效风险。针对深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全问题,基于深水井特性,综合考虑热膨胀和鼓胀效应引起的环空温度、环空体积、流体体积以及环空压力变化的动态耦合作用,建立深水高温高压气井圈闭压力预测模型,同时,考虑高环空圈闭压力载荷,附加高温及腐蚀多因素耦合影响,建立深水高温高压气井油管柱安全评价方法,开展了环空圈闭压力多因素影响下油管柱安全评价,并对模型进行了验证。结果表明：考虑环空圈闭压力影响后,环空圈闭压力随服役时间逐渐降低幅度远小于地层压力降低幅度,管柱抗外挤安全系数随服役时间降低幅度增大。同时,管柱内外流体压差随井深增加而逐渐增大,在井底管柱更易发生失效风险;在井筒高温及腐蚀耦合影响下,管柱抗内压、抗外挤及抗拉安全系数均呈现出不同程度的降低,特别井底段管柱受苛刻高温及腐蚀环境,附加高环空圈闭压力,使其更易发生失效风险,在设计及实际生产过程中,应重点管柱井底管柱安全风险。     

基于Kriging模型的特殊螺纹油管和套管接头密封可靠性分析

以某型特殊螺纹接头为分析对象,建立该特殊螺纹密封可靠性功能函数,通过有限元方法对螺纹接头进行载荷包络线试验仿真,确定载荷包络线试验中螺纹接头密封失效的最危险载荷点。基于该最危险载荷点,通过随机化影响特殊螺纹密封性能的11个参量,利用Kriging代理模型对螺纹接头进行可靠性分析,确定其在载荷包络线试验中最危险载荷点下的密封可靠度。结果表明:基于Kriging模型的密封可靠性分析是评价特殊螺纹接头密封性能的一种有效方法,能够满足工程应用的需要,可用于特殊螺纹接头的设计、优化和选用。     

高温高产井油管屈曲对特殊螺纹性能的影响

为研究高温高产井中油管发生屈曲对特殊螺纹性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立了某特殊螺纹的三维有限元模型,结合实际屈曲工况,并综合考虑了温度、内压、轴向力等因素,得到了屈曲后油管特殊螺纹的应力分布以及密封结构上的接触压力分布。结果表明：屈曲后特殊螺纹环向上应力分布不均,表现为受压缩一侧Von Mises应力及接触压力明显大于受拉伸一侧,且正弦屈曲段相比于螺旋屈曲段接头环向上的应力集中更突出;屈曲后,受压一侧的台肩以及管体大端外螺纹第一扣处的Von Mises应力值超过了材料的屈服强度,结构发生塑性变形;受拉一侧的密封面以及台肩面上的接触压力为零,密封结构失去密封能力。     

高压气井带压排出溢流工艺技术研究

针对高压气井常规处理溢流的不足,该文提出一种带压排出溢流技术,立足于漂移流动原理,创建高压气井带回压井筒气液两相流动计算模型,且以数值法解答模型。结合仿真算例模拟带压排出溢流时井口压力受到井深、钻井排量、溢流量等参数的影响,根据模拟的上述参数结果,制定钻进过程中带套压排出溢流程序。     

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。     

多级离心泵高压、磨损环密封和级间短密封的动力学分析

多级离心泵高压磨损环密封和级间短密封的动力学分析是参考文献[1],基于Hirs的扰动润滑方程的基础上,利用紊流整体流动理论,考虑了惯性项的影响,运用Hirs的紊流运滑方程。对短密封动特性系数等进行了详细地推导,并研制出计算程序。对短密封动特性系数等进行精确地计算,并对美国航天飞机主发动机(SSME)的高压氢透平泵HPFT级间密封动特性系数进行了计算,计算结果和Childs教授的结果完全相同。对于产给水泵和日本离心泵密封不同参数,也进行了大量地计算。     

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。     

化工高压设备静压干气密封特性研究

干气密封最突出的优点是可以在密封端面间建立刚度较高的气膜,在密封受到外界干扰时可以自动调节端面间隙,自动补偿干扰所造成的偏差,使密封面保持长期稳定的非接触状态。因为不接触,所以带来一系列的好处,如无磨损、能耗低、维修少、寿命长,再加上高精度的加工、静力和动力学的技术校订最佳工况点等等,就使泄漏量极低甚至可以忽略不计,和普通的机械密封相比省去一套昂贵的密封油系统,避免了工艺气体和密封油的互相污染。     

不同密封材料在高压动密封中的研究

落锤式准动标定装置是一种能力产生类似于半正统压力脉冲的压力发生器,可模拟枪炮膛内压力,进行电测压力传感器和塑性测压器的高压准动态校准,该装置的技术关键是压力发生器的密封性能,该文对国内正在研制的新型落锤动樯装置的密封部分进行了分析,选择了铅和测压油（一种混合油）作间隙密封的密封介质,并在２００～７００ＭＰａ的高压下进行了实验,结果表明,铅的耐高压和密封性能较好,采用铅环填料密封优于测压测垫片式密封     

硫化机高压柱塞油缸密封问题的研究

在液压传动中，柱塞与缸体的配合一般采用（Ｄ４／Ｄｃ４）Ｈ８／Ｆ９的间隙配合。但对大直径的液压缸来讲，其产生的间隙便会增加，导致严重泄漏，即影响硫化机的性能，又浪费液压油，本工作结合生产实际从理论上讨论了液压介质泄漏量Ｑ与间隙δ以及压力Ｐ之间的关系；分析了Ｖ型密封圈在应用上的缺点，找出了解决上述问题的办法。     

基于ABAQUS的特殊螺纹接头优选

为解决油气井生产作业过程中油管螺纹接头发生断裂和密封失效等问题,通过数值模拟和新的气密封评价方法研究了两种螺纹接头在上扣、轴向拉伸、轴向压缩工况下的连接强度以及复合载荷工况下的密封性能。结果表明：接头上扣后,B型螺纹接头连接可靠性更高;在极限载荷1 200 kN拉伸和压缩载荷下,两种螺纹接头应力分布差异较小,但部分螺纹接触面发生了明显的应力集中现象;两种螺纹接头的全螺纹长、半螺纹长以及密封面与台肩处的气体密封性能存在差异,二者全螺纹段都具有良好的密封性能,能满足密封要求,但密封面和台肩处存在泄漏风险,会影响油管接头的安全使用。B型螺纹接头连接强度和密封性能优于A型螺纹接头,在实际生产中更加安全可靠。     

油田高压注水泵机械密封新技术

通过对油田高压注水泵密封进行新技术改进,提高设备运行周期,既节省了能源又保护了环境.同时,降低了维护,操作人员的劳动强度,改善了工作环境,达到了文明,安全生产的宗旨.     

用微机确定车削特殊螺纹传动路线

介绍了三轴滑移公用齿轮机构功切螺纹系统中,用微机确定车削特殊螺纹传动路线的方法。     

锥密封螺纹接头在煤矿机械中的推广应用

文章介绍K型接头在煤矿机械应用中存在容易漏液的缺点,分析成因是由于K型接头与接头座配合存在轴向和径上间隙,管路瞬间来压导致与接头配合的O型密封圈发生位移而产生变形,继而失效所致,紧接着对锥密封螺纹接头优点及接头类型进行介绍,展望其应用前景。