大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力 ,导出了套管柱在大位移井中的三维力学模型 .该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响 .通过对模型的求解 ,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力 ,为大位移井下套管作业提供了力学参考 .该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择 .用该软件对两实例加以验证 ,预测结果与实测结果吻合较好 .     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析，推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型，并用Ⅶ语言编写了相应的计算程序，用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过3000m的大位移井——埕北21-平1井，用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻，并与实测值进行了对比，计算结果与实测结果吻合较好。     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析 ,推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型 ,并用VB语言编写了相应的计算程序 ,用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过30 0 0m的大位移井埕北 2 1-平 1井 ,用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻 ,并与实测值进行了对比 ,计算结果与实测结果吻合较好。     

水平井下套管摩阻分析计算

通过分析带扶正器套管柱的受力与变形,导出了套管柱在水平井中的摩阻计算模型。模型考虑了管柱单元体的刚性效应及套管扶正器的影响,同时对实测井斜数据进行平滑和插值处理。在克拉玛依油田的试验水平井HW701中用该模型开发的软件预测了完井套管柱下入的摩阻力和井口载荷,预测结果与实测结果吻合较好。     

套管磨损的研究进展

套管磨损在深井、超深井、大位移井和水平井的钻井和修井期间是一个不容忽视的问题,引起套管柱磨损的因素很多,本文着重概述了钻杆柱的旋转及起下钻、井壁狗腿严重度和泥浆成分等几种主要影响因素;指出套管磨损的主要形式是月牙型磨损,介绍了月牙型磨损对套管的抗挤毁、抗内压强度的影响,并提出了两种磨损预测公式以及减少套管磨损的措施．     

套管磨损的研究进展

套管磨损在深井,超深井,大位移井和水平井的钻井和修井期间是一个不容忽视的问题,引起套管柱磨损的因素很多,本文着重概述了钻杆柱的旋转及起下钻,井壁狗腿严重度和泥浆成分等几种主要影响因素;指出套管磨损的主要形式是月型磨损,介绍了月牙型磨损对套管的抗挤毁,抗内压强度的影响,并提出了两种磨损预测公式以及减少套管磨损的措施。     

套管-水泥-地层系统水泥层应力分析

为分析套管-水泥-地层油气井系统压裂过程中水泥层的受力状态,根据系统中各结构层接触面上的位移连续条件以及弹性力学理论基础,得到了水泥层两界面的应力状态表达式;在有限元仿真软件中建立了井筒组合体力学模型,分析模型组合体在不同系统内压、水泥层材料参数以及施工误差等因素影响下水泥层的受力状态.结果表明内外载荷、水泥层材料参数以及偏心等因素都会对水泥层的受力产生一定影响.     

圆螺纹套管接头上扣与滑脱的数值模拟

用有限元程序ＡＤＩＮＡ对圆螺纺套管接头的滑脱机理进行了研究，利用位移的约束方程处理过盈量和接触条件，通过接触试验和弹塑性平衡迭代，考察了圆螺纹套管接头在上扣时以及拉伸载荷作用下的力学特性，提出了接头滑脱判据，确定了滑脱载荷，该研究结果有助于工程技术人员在进行套管柱设计时合理选用套管接头。     

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。     

一种非均匀地应力下椭圆井眼套管-水泥环-地层力学特性半解析解

为研究井壁崩落形成椭圆形井眼后套管受力情况,在弹性力学理论的基础上,结合复变函数方法建立了非均匀地应力作用下椭圆形井眼内套管-水泥环-地层组合体应力模型,根据应力边界条件与位移单值条件得到了系统各界面处应力分布的半解析解;并探究了井眼椭圆度、水泥环弹性模量和泊松比对套管外壁径向应力与Mises应力的影响。研究结果表明：与圆形井眼相比,椭圆形井眼能减小套管所受最大应力,降低应力非均匀度;高泊松比、低弹性模量水泥环也有利于减小套管受力。研究成果对井壁崩落段地层钻井液密度、套管规格选取和固井水泥性能设计具有重要的指导意义。     

大位移井套管下入摩阻预测新方法

以往大位移井的套管柱摩阻计算没有考虑波动压力的影响,现在考虑波动压力影响的基础上优化了套管柱的摩阻计算模型,并以西江大位移井A22井为例定量计算了套管下入过程的摩阻。计算结果表明考虑波动压力的套管摩阻预测值比不考虑时更符合实测值,考虑波动压力的摩阻预测模型更适合作为指导套管下入的依据。另外在套管下入摩阻较大的关键井段,考虑波动压力的摩阻预测值比实测值仍然偏小,但偏小值在可控范围内,这可能是由于摩擦系数不合理或者井壁不光滑所致,需要进一步研究。     

大位移井顶替效率最优的套管居中度设计方法

在实际井眼中,由于存在重力效应,造成套管偏心的形式有两种:一是套管贴向下井壁的整体偏心;二是扶正器间的套管屈曲变形产生的局部偏心。这两种偏心都极大地影响套管的居中度,在大位移井中体现得更为明显。在分析SY/T 5334—1996中居中度标准由来的基础上,得出目前国内采用套管居中度标准的局限性,引入最优顶替效率情况下的极限偏心距理论,建立极限偏心距条件下的套管居中度计算模型,并分析各因素对套管居中度的影响规律,提出利用极限偏心距理论和国标对大位移井套管居中度进行综合优化设计的思想,提高大位移井的套管居中度,满足水泥浆的顶替效率需求。结果表明:适当提高水泥浆动切力、降低钻井液动切力及提高水泥浆与钻井液的密度差的方法可以弥补井斜角对套管居中度的要求,但在90°的水平井段改变密度差的方法不适用。     

圆螺纹套管接头上扣与滑脱的数值模拟

用有限元程序ＡＤＩＮＡ对圆螺纹套管接头的滑脱机理进行了研究。利用位移约束方程处理过盈量和接触条件，通过接触试探和弹塑性平衡迭代，考察了圆螺纹套管接头在上扣时以及拉伸载荷作用下的力学特性，提出了接头滑脱判据，确定了滑脱载荷。该研究结果有助于工程技术人员在进行套管柱设计时合理选用套管接头。     

基于有限元建模技术确定注水井安全注入压力

针对气田水回注过程中,注入压力过高容易诱发套管损坏、水泥环破裂、注入水窜漏等安全、环保问题,开展了气田水回注安全注入压力计算方法研究。通过对注水过程中套管、井壁水泥环和地层受力分析,结合岩石力学实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度等力学参数,利用有限元法,建立考虑流固耦合的注水井有限元模型,模拟注水条件下套管、水泥环与地层的应力分布,综合确定注水井理论安全注入压力;该方法在四川盆地川中地区气田水回注井生产管理中得到了应用,可以为回注井规划部署提供重要依据。     

稠油热采井套管柱应变设计方法

为解决稠油热采井不断出现的套管损坏现象,改变传统的管柱强度设计方法。基于弹塑性力学理论,在满足套管柱强度设计的基础上建立套管柱应变计算模型;通过对比套管材料应变与结构应变,借助Rambery-Osgood模型得到应变安全系数最小值,提出套管柱应变设计的理论判据,形成套管柱应变设计方法。结果表明,该设计方法在西部油田8口稠油热采井Φ177.8 mm×8.05 mm TG80H特殊螺纹套管柱设计中得到应用,生产4轮次后套管柱未出现变形和泄漏现象,经过14轮次后,套管服役性能依然良好,新热采井套管柱应变设计方法允许套管在可控范围内变形,可有效延长套管使用寿命,降低套损率。     

三维复杂井眼上提冲放套管屈曲摩阻模拟研究

针对复杂井身结构、复杂井眼轨迹和井径变化导致的套管下放困难甚至不能到达预期井深的问题,开展了三维复杂井眼上提冲放套管屈曲摩阻研究。在螺旋屈曲套管附加摩阻理论的基础上,利用有限元分析,以H井实际工况参数建立三维复杂井眼套管“上提冲放”作业过程的有限元模型。利用该模型对全井段套管受力及屈曲变形情况进行了分析,结果表明,H井直井段套管在冲放瞬间及自由稳定后所受的轴向力大于其螺旋屈曲临界载荷,从2 000 m井深至造斜点之间井段发生了严重的螺旋屈曲变形,套管螺旋屈曲附加摩阻太大而自锁,下部套管无法传递动力出现下放困难。该类三维复杂井眼套管下放困难机理对复杂井眼套管柱屈曲形态损伤及其失效研究具有重要意义。     

套管柱井口提拉力计算方法

套管柱井口提拉力的大小，直接影响井内悬空段套管和井口装置的受力，对此，另内外已发表多篇论文，但考虑的因素都不够全面，也较为保守。分析表明，温度变化对套管柱提拉力的影响举足轻重，地基沉降不容忽视。     

应用有限元分析法分析热采井套管柱应力

以套管-水泥环-地层为研究对象,在理想状况下,受均匀内压、均匀地应力、温度载荷等共同作用时的承载特性进行分析。采用PLANE183平面应变单元,对套管-水泥环-地层进行单元离散,建立套管柱有限元力学模型。推导并建立了位移函数、形函数的计算方程。通过算例说明模型和计算方法的可行性。     

轴向载荷对套管螺纹连接应力的影响分析

针对深井和大位移井中套管存在很大的轴向拉伸和压缩载荷的情况,采用有限元方法对套管柱中最薄弱的螺纹接头部分进行了分析计算,研究了API长圆螺纹套管在轴向拉、压载荷作用下,螺牙面的接触压力和应力分布规律,结果表明:API长圆螺纹套管接头最大接触压力出现在公扣的根部,并且前4扣的接触压力和应力较大,最有可能发生粘扣和屈服破坏。对在深井、大位移井中正确选用API长圆螺纹套管,减少套管连接部位失效事故的发生具有重要意义。     

蠕变地层套管外载计算的位移反分析法

套管外载计算是蠕变地层套管受力分析的难题，由于套管周围应力场比较复杂和地下环境多样，难以直接求解。根据弹性力学理论，建立了套管在地层蠕变引起的椭圆形非均匀外载下的力学模型，并应用逆解法对该力学模型进行求解，得到了在非均匀外载下套管的应力和位移计算式。基于套管内壁变形的实测资料，利用阻尼最小二乘法建立了套管外载反分析模型，提出了确定套管外载的反分析方法，讨论了反分析法的应用。实例分析表明，载荷反求值与真实值吻合较好，拟合精度较高，说明这种方法具有较好的实用价值。