连续油管的工作能力计算

连续油管的刚度小 ,在承受纵向压力载荷时易发生正弦形、螺旋形弯曲 (失稳 ) ,因而难以承受有效的压力载荷 .讨论了连续油管在受压缩载荷时发生正弦和螺旋形弯曲的条件 ;建立了任意井眼轨迹时连续油管受力模型 ,提出了起升、下放作业时的力边界条件 ,从而可以确定连续油管的作业能力 .它包括是否可以下达预定井底并以期望的作业力进行作业 ,确定连续油管各点的受力大小和方向以判断该作业是否安全 .如果靠简单下放连续油管在井底不能实现预定作业力 ,则应使用加力器并在连续油管内部打压 ,采用迭代法求解 .同时 ,给出了简单下放和下放打压的计算实例 ,结果与实际工作相吻合     

深井小尺寸套管下入遇阻时最大下放力的确定

深井小尺寸套管下入遇阻时,随着下放力的增加,将产生失稳弯曲。由于弯曲会造成套管与井壁的接触,会造成摩擦力增加,抵消了部分下放力,使作用在卡点处的有效下放力减少。根据经典的管柱弯曲理论和相关实验研究结果,可以建立深井小尺寸套管下入遇阻时最大下放力的计算模型。通过规律分析和实例验证,表明计算模型是比较合理性的,对比结果较吻合,为实际施工中发生下入遇阻情况、实施下压套管措施时,在保证安全有效的前提下,确定最大下放力提供了较合理的参考依据。     

连续油管作业过程中的张力与控制

连续油管作业过程中,经历了多次拉直和弯曲,产生弹性或塑性变形。应用力学分析方法求解连续油管在滚筒上缠绕或释放时,其截面弯矩、轴力、张力和滚筒扭矩,并应用实例计算,求证了滚筒恒扭矩驱动模式,连续油管在同一缠绕层半径时恒定张力模式。研究结论对连续管滚筒控制设计和工程应用有较好的指导意义。     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

连续油管下入煤层U型井疏通水平通道可行性研究

新型深层煤炭开采工艺是采用U型井结构建立地下气化炉生产粗煤气,是一种清洁的煤炭开采利用技术。但是粗煤气中的固相杂质容易堵塞生产井连通通道,需要进行水平通道疏通作业。为了研究连续油管从生产井下入煤层U型井疏通水平通道的可行性,建立了连续油管下入受力分析模型,给出了连续油管过弯道可行性分析方法和连续油管极限下入深度计算方法,并采用四阶Runge-Kutta法对连续油管下入受力分析模型求解。以QT系列连续油管为研究对象,分析了连续油管从生产井下入水平通道过程中的摩阻、正压力、轴向载荷等力学特性,并讨论了连续油管过弯道可行性及其极限下入深度。结果表明：连续油管下入煤层U型井-生产井时,在造斜段所受摩阻与正压力最大,在井口位置所受轴向拉力最大。为满足连续油管在煤层U型井-生产井与水平通道连接处的强度及摩阻要求,生产井在连接处的井斜角需大于65°,生产井和水平通道方位差值需大于157°。另外,外径较小、钢级较大的连续油管可通过的安全夹角范围更大。考虑连续油管在水平段的累计摩阻及屈曲自锁,25.4～50.8 mm外径连续油管的极限下入深度均满足煤层U型井从生产井下入连续油管进入50～100 m水平通...     

缺陷对连续油管极限承载能力影响分析

针对含有缺陷连续油管作业过程中极易发生卡断或拉断等事故,根据现场使用后的连续油管缺陷情况,把缺陷形状归为方形、球形和椭球形三种缺陷,并开展拉伸内压复合载荷工况下连续油管承载能力的研究。对比分析不同尺寸不同形状下含缺陷连续油管应力分布规律,在此基础上绘制轴向载荷(n=N/N_0)与内压载荷(p=P/P_0)包络线,通过现场数据直接判断连续油管是否在安全工作范围。通过有限元计算结果与API5C5标准计算结果验证有限元法的有效性和精确性。在此基础上开发含缺陷连续油管安全评估软件,获得不同型号不同缺陷形状情况下轴向载荷与内压载荷的包络线,为油田现场连续油管安全施工提供保障。     

基于摩擦系数的连续油管钻桥塞力学特性研究

为明确摩擦系数对连续油管水平井最大钻塞深度的影响,对直井段采用软杆模型,弯曲井段采用刚杆模型,结合屈曲状态分析,设计了连续油管临界锁死判别准则,实现了不同摩擦系数情况下连续油管底部保持一定钻压的最大下入深度计算。研究结果表明:连续油管的屈曲一般发生在垂直井段。增加连续油管最大钻塞深度的有效办法是减小摩擦系数和减小底部钻压;同时会减小螺旋屈曲程度,但会一定程度上增加注入头载荷。研究内容和研究结果对连续油管钻塞作业提供一定的理论参考。     

低压深井连续油管气举工艺的应用

针对肯基亚克油田盐下石炭系油藏低压高产深井因地层压力保持度低导致停产的复产难题,分析了常规多级气举的下入深度技术受限原因,创新性的提出将连续油管速度管柱和气举技术结合应用于盐下油田井深超过4 000 m的采油井,效果良好,在国内外属首次使用,并获得了哈萨克斯坦国家专利（№1951 от 22,12,2016г）。理论上,连续油管下放越深,井底流压越低,较大的生产压差有利于地层出液可有效释放油井潜能,同时配合气举得到较好的排采效果。目前盐下注气管网压力到配气间114 atm,模拟计算得出连续油管悬挂深度>4 000 m,正好满足目的井层的排采需求,并通过连续油管入井试验得到了验证。此技术带压作业,不污染储层,同时解决了压井后产量恢复较难的问题,该技术的应用降低了井底流压,排出了井底及近井地带高含水积液,清除了近井地带堵塞,单井复产后增油效果良好,并可持续安全生产。该技术获得现场成功应用,4口井累积增产原油42 627 t,有效改善了因地层压力低或是常规气举无法复产等原因导致的停产井。该技术的成功应用获得了良好增油效果和经济效益,为油价持续不振的情况下降本增效提供了技术突破与保障。     

连续油管作业的数字孪生及其下入性

连续油管是油气行业的重要工具,实际作业下入过程的存在与传动理论分析结果差异较大,倒是现场作业面临多次下入,造成连续油管的安全隐患。针对其下入性问题,提出了连续油管的数字化模型,建立了下入过程的接触状态算法、载荷分析物理模型,对下入的全过程进行同步孪生,实现了对下入连续油管实时计算的管柱承载状态与强度校核,以及对连续油管下入性的全过程分析。结果表明：连续油管下入过程中的接触状态随下入深度实时变化,管径比和摩擦系数是下入过程自锁判定的显著影响因素。本研究所提出的分析方法可有效服务于连续油管现场作业以及实时作业安全评估,并为连续油管的使用寿命分析提供重要依据。     

煤炭地下气化注入井压力控制

煤炭地下气化具有煤炭清洁利用和低碳能源保障的优势,是煤炭清洁转化技术创新战略方向。而压力是影响煤炭气化的重要因素,为使煤炭气化在地下高效安全进行,需要对注入井的压力进行控制研究。为了实现对注入井压力的控制,本文建立了气化剂注入的流量压力仿真模型,对水力摩阻的部分影响因素进行分析,并调整生产参数,进行了压力控制研究。研究结果表明:（1）水力摩阻随井筒直径的增大而减小;水力摩阻随连续油管外径的增大而增大;水力摩阻随注水排量的增大而增大。（2）在10 MPa注入压力下调整环空中的注水排量由5.50 L/s改变为5.75 L/s时,井底压力由7.26 MPa降至6.11 MPa。（3）当在8 MPa注入压力下调整连续油管中的注氧量由594.44 L/s改变为629.37 L/s时,井底压力由8.91 MPa降至8.87 MPa。（4）在8 MPa注入压力下调整生产井粗煤气的产出流量由800 L/s改变为900 L/s时,井底压力由8.94 MPa降至8.63 MPa。研究结果可为注入井的压力控制提供一定的指导。     

窄安全压力窗口地层精细控压下套管技术研究

针对窄安全压力窗口地层下套管存在高漏失风险的问题,以瞬态波动压力为基础,建立了窄安全压力窗口地层下套管过程井筒压力控制模型,进而提出了精细控压下套管方法。利用瞬态波动压力模型进行了下套管过程波动压力敏感性分析,结果表明,套管下放速度越大、套管下入深度越深、钻井液密度越大、环空间隙越小,下套管引起的井底波动压力越大。精细控压下套管实例应用表明,该方法既能保证套管下放速度,又能有效避免窄安全压力窗口地层下套管漏失的发生。此外,通过实例对比精细控压下套管与常规下套管发现,套管下放到井底附近,采用常规方法下套管时套管下放最大速度调节范围非常窄,很难将井筒压力维持在安全压力窗口内。     

连续油管在水平井中的稳定性分析

考虑端部约束条件，建立了连续油管在水平井中的稳定性方程。用差分法求解这个方程，得到了连续油管的临界失稳载荷。讨论了井斜角、环空间隙、管柱长度和摩擦系数对连续油管在水平井中稳定性的影响。在水平井眼中，随着连续油管长度的增加，其临界失稳载荷趋于一个常数。井斜角越大或环空间隙越小，管柱越不易失稳。摩擦系数的改变对临界失稳载荷的影响不大     

重载下滚动直线导轨副的接触特性

针对现有数控机床滚动直线导轨副的研究仅限于外力小于临界力时的情况,求解了当外力大于临界力时的静力学特性参数。假设在轻载下,滑块和直线导轨都给滚珠施加相等的压力,则滚珠的压缩变形量是传统结果的2倍,据此对外力小于临界力时的刚度公式进行了改进。考虑在重载下上滚珠受力但下滚珠不受力,建立了滚动直线导轨副的刚度公式,从而构建了外力小于临界力以及大于临界力时的完整刚度公式,并通过有限元法获得了滚珠与滚道之间的接触应力和接触变形量。理论分析表明:导轨副在轻载下,上滚珠力是外力的隐函数,但外力是上滚珠力的显函数;在轻载和重载的整个范围内,导轨副的所有静力学特性参数都是上滚珠力的显函数。仿真结果表明:当外力小于临界力时,上滚珠力和刚度均随预载荷等级的提高而增大;当外力大于临界力时,导轨副刚度随外力的增大而增大,上滚珠力和刚度都不依赖预载荷等级;上滚珠力随外力的增大而增大,下滚珠力随外力的增大或预载荷等级的降低而减小;上滚珠刚度随外力的增大而增大,下滚珠刚度随外力的增大而减小。推导的完整刚度公式可为分析数控机床滚动直线导轨副的接触特性提供参考。     

高温高压井测试油管轴向力的计算方法及其应用

针对高温高压井测试过程中油管受力及变形特点 ,在考虑油管螺旋屈曲段与套管之间摩擦力的情况下 ,提出了基于操作过程的计算测试油管轴向力的新方法。计算结果表明 ,摩擦力会改变油管轴向力的分布方式 ,使得轴向力分布与加载顺序有关。摩擦力大小和方向的改变 ,将使因高温高压产生的较大载荷无法向远处扩散 ,从而引起油管局部严重变形。该计算方法得到了室内模拟实验和常温常压井现场测试的验证 ,并成功地用于高温高压井的测试设计     

地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型

用地面驱动螺杆泵采油时，井筒的弯曲或者抽油杆材质的不均匀性会导致抽油杆在井筒中的弯曲，从而改变抽油杆的受力状况。为了最大限度地减少甲抽油杆受力的不确定性而对生产造成的危害，采用微元分析和分段迭代的方法，对抽油杆弯曲后的受力状况进行了研究。结果表明，除了正常作用在抽油杆上的扭短和轴向力以外，抽油杆弯曲后还会受到由于弯曲变形引起的剪切应力、弯曲应力以及井筒与其接触的摩擦阻力和摩擦扭短等。光杆扭矩和轴向力的计算方法应根据各种附加力的产生而发生改变。根据研究结果，建立了地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型，其计算结果与现场测试资料对比表明，该模型是比较准确的。     

高温高压井测试油管轴向力的计算方法及其应用

针对高温高压井测试过程中油管受力及变形特点。在考虑油管螺旋屈曲段与套管之间摩擦力的情况下,提出了基于操作过程的计算测试油管轴向力的新方法,计算结果表明。摩擦力会改变油管轴向力的分布方式,使得轴向力分布与加载顺序有关,摩擦力大小和方向的改变,将使因高温高压产生的较大载荷无法向远处扩散。从而引起油管局部严重变形。该计算方法得到了室内模拟实验和常温常压井现场测试的验证,并成功地用于高温高压井的测试设计。     

不同模量弯曲梁的自由振动

研究了拉压不同模量弯曲梁的自由振动问题.经典弹性理论中弯曲梁主振型函数为连续正弦函数,当引入材料的拉压不同模量性时,其固有频率和主振型函数均发生改变,固有频率将随弯曲刚度的变化而变化,并且由于中性轴在振动过程中发生跳变,使主振型函数成为分段函数,不同模量性越强,这种改变就越大,当拉压模量E =E-时,该分段函数又回到了经典弹性理论上来.     

割缝衬管受外挤力分析及缝形参数设计

对割缝衬管在防砂井中受外挤力作用进行了分析，计算了井底压力（包括流体流经砾石层和割缝衬管的压降），建立了衬管割缝参数与割缝条幅弯曲强度及刚度之间的关系式。根据油井产量、产出液的粘度、衬管强度和刚度条件，分析了割缝衬管的受力，建立了割缝条幅的受力、变形计算模型，优化设计了合理的缝形参数，即割缝的宽度、长度、角度分布及在管体上的割缝数量等。     

复杂载荷条件下有缺陷海底管道非线性屈曲分析

针对有初始缺陷海底管道在弯曲、轴力和外部静水压力联合作用下的复杂载荷屈曲压溃问题,建立管道的屈曲压溃理论模型,研究中考虑管道变形的几何非线性和材料非线性,运用结构弹塑性本构关系,基于虚功原理建立管道屈曲压溃方程;运用MATLAB编程进行数值计算,分别研究分析弯曲、轴力和外部静水压力单独作用,以及3种载荷联合作用的管道压溃压力。研究结果表明:复杂载荷条件下的有缺陷管道,尤其是当轴力和曲率比较大时,各因素对管道屈曲压溃压力影响的非线性特征逐渐明显;多种载荷的联合作用与单一载荷对屈曲压溃压力的影响是不一致的。研究结果可为实际工程中海底管道临界屈曲载荷的确定、危险位置的辨识、设计中的结构参数优化以及施工中的屈曲控制提供理论依据,从而保障海洋油气输送安全。     

环空加砂压裂管柱流体压降分析及现场应用

连续油管(CT)水力喷射压裂技术是提高低渗透油藏开发效率的一种重要手段。选择压裂作业连续油管时需要考虑连续油管及套管的强度及尺寸,不仅要保证压裂施工作业过程中管柱结构安全可靠,而且还要保证压裂施工中高压力、大排量要求。环空喷射压裂作业就是为了满足现场施工大排量而采取的一种有效措施,然而,增大环空排量会增加环空流体摩阻压降,摩阻压降又会直接影响地面设备选择、以及井下压裂作业成功与否。因此,针对连续油管水力喷射压裂环空流的流动特点,通过理论分析及现场数据回归的方法开展连续油管环空喷砂压裂环空流体压降分析,主要研究内容包括:连续油管偏心、流体流变参数对压裂液环空流压降规律研究。分析结果表明:连续油管偏心降低了环空流体摩阻压降,且影响明显;流变指数及压裂管柱尺寸增加,油套环空流体摩阻压降增加;压裂液环空流压降为清水压降的36%,根据校正Gallego F理论模型可以准确预测压裂液环空流压降梯度变化规律。研究成果可为连续油管环空压裂施工及设计提供理论指导。