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在油气井测试过程中，为了保证测试安全，必须准确掌握油管的轴向力与变形情况。测试油管下部因受压会发生螺旋屈曲，并与套管接触产生摩擦力。屈曲后油管进一步变形时，油管轴向力与变形的关系非常复杂。常规计算方法没有考虑摩擦力对变形的影响，其结果不适用于高温高压井测试管柱安全分析。文章经过把塑性力学应力一应变关系与油管轴向力一变形关系进行对比，提出了用塑性力学增量理论的思想，来计算油管轴向力与变形的增量计算模型。通过现场应用，证明了这种计算方法的科学性和实用性。     

焦炭塔内焦床影响塔壁变形的作用机理研究

通过对冷焦操作中水面温差弯曲应力、焦床与塔壁之间的周向应力、轴向应力的计算分析，讨论了焦床对塔体收缩的阻碍作用在周向与轴向的差异。发现水面引起的轴向弯曲应力和硬焦引起的轴向收缩受阻热应力是使塔体变形的两个主要因素，变形使得该处硬焦床直径进一步增大，产生更大的收缩应力和应变，形成“筒套锥效应”的恶性循环现象。对下锥体本体很少变形的原因也进行了分析。     

气井油管柱应力与轴向变形分析

气井投产前后温度和压力变化会引起油管应力及轴向变形的改变。若改变量超过某一限度则将导致封隔器解封或管柱损坏等。目前对气井油管柱研究较少,且很多研究在计算时将状态改变前后的温度压力均考虑为定值，或者将温度分布简单考虑为关于井深的线性函数，这样将导致计算结果产生较大的误差。利用考虑传热、相变、生产时间等因素的气井井筒温度、压力分布模型以及弹性力学理论分析并计算温度、气体压力、油管自重、封隔液、产气量等对油管柱应力和轴向变形的影响。将其应用于现场实际气井表明：管柱轴向变形随产量增加而增加，但增加的幅度逐渐减小；与现场实测数据对比表明，计算结果较为准确。     

齐40块蒸汽驱井组油层套管应力数值计算

将蒸汽驱汽窜形成的窜流温度场结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS进行了井筒在不同约束条件下的应力计算.计算结果表明,最大热应力都发生在套管内壁,且超过了N80套管的热弹性屈服极限,最大热膨胀都发生在温度变化过渡区,当油层上覆盖层为泥页岩时,其热应变达到了2%,远超过材料弹性极限应变0.3%,是诱发热采井套管变形损坏的主要原因.     

一种准确确定封隔器坐封位置的方法

在管柱从地面下入井筒过程中。由于地层高温、静水应力、油管自重以及浮力等因素的共同作用，将使管柱在轴向上发生伸缩。准确掌握该轴向变形量对工艺设计和施工有重要意义。对管柱轴向变形的影响因素进行了详细分析，得出了任意深度下的轴向变形计算公式。实例计算表明：在封隔器坐封前，影响管柱轴向变形的因素按主次排列为油管自重、温度效应、浮力和横向效应。而轴向总变形量与深度的平方成正比，从而可以计算出任意管柱长度下的轴向变形量。并由此准确计算出封隔器的坐封位置。     

注水油管柱轴向位移分析

为了正确确定注水作业中封隔器的坐封位置和轴向位移补偿量，须精确计算在不同工况下注水油管柱的轴向位移量。综合考虑了注水油管内液体的横向压力效应与流动摩阻效应，应用弹性力学方法对注水油管进行应力和位移分析，计算了注水油管在不同因素影响下的轴向伸长量。结果表明，注水油管内的横向压力效应对油管轴向位移有明显影响，油管内液体流动引起的油管轴向伸长与注入速度的平方成正比。     

双封隔器间环空压力计算模型研究

双封隔器分层密封结构的密闭环空较高的环空压力,可能造成油管抗外挤强度及生产套管抗内压强度不足,严重时可能造成油套管柱失效或封隔器的密封失效,影响气井的正常生产作业。为此,基于流体介质的热膨胀效应,并考虑油管的弹性变形和热膨胀对环空体积的影响,建立了双封隔器间环空压力计算模型。利用建立的计算模型进行了算例分析并研究了流体介质的体积膨胀系数、等温压缩系数和套管内径对密闭环空压力的影响。研究结果表明:在相同温度变化量下,体积膨胀系数的增大会导致环空压力的变化量呈线性增加;等温压缩系数的增大会导致压力变化量减小,且减小幅度逐渐变小;套管内径的增大会导致压力变化量增大,且增大幅度逐渐变小。双封隔器间环空压力的研究对井身结构设计、套管强度设计、测试安全性设计及安全生产等具有一定的参考价值。     

一种准确确定封隔器坐封位置的方法

应用弹性力学理论,对封隔器坐封前影响油管柱轴向变形的主要因素如油管自重、温度效应、浮力和横向效应等做了详细分析,得出油管总轴向变形量的计算公式。实例计算表明,封隔器坐封前油管柱的总轴向变形量与油管柱长度的平方成正比,其比例系数与油管的线密度、内外径、弹性模量、泊松比、热膨胀系数、压井液密度和地温梯度有关。计算出油管柱任意长度下的总轴向变形量,即可准确确定封隔器的坐封位置。     

深水油气生产中温度对油管柱变形的影响研究

在计算油管柱变形时如果忽略了管柱所处的温度场,则计算出的管柱变形量与实际变形量有很大差距。为此,根据传热学基本理论和井筒的特点,建立了深水油气井油管柱温度计算模型,并对管柱的热效应进行仿真分析,计算了不同传热材质、不同壁厚及不同内外壁环境温差条件下油管柱的内外壁温度值。结果表明,运用有限元软件对油管柱的内外壁温度进行模拟是可行的,模拟结果与热力学、传热学理论相吻合;根据数据拟合出的油管内外壁温度值变化规律公式具有正确性。     

连续管伸长量分析

连续管在作业过程中因受残余应力等多种因素的作用,容易发生塑性变形伸长。在分析连续管残余应力的形成及塑性伸长原理的基础上,重点讨论了轴向载荷引起的伸长、热伸长、内外压差引起的伸长及螺旋弯曲引起的缩短等4种变形问题,研究了相应的理论计算公式和计算方法,并通过实例计算绘制关系曲线,阐明了连续管变形伸长的基本特点:连续管在起下作业中的塑性变形伸长比常规油管复杂,其变形伸长量比较明显;连续管轴向伸长量和螺旋屈曲缩短量都比较大,在作业中应重点考虑;热伸长和内外压差引起的伸长比较小,在作业中可不作为重点考虑;在实际作业中连续管总的变形伸长量是上述4种变形的不同组合,由于伸长与缩短相互抵消,故总的变形伸长量并不大。     

深水油管柱热变形试验装置的研制

深水作业中油管柱内、外壁存在较大环境温差,研究不同温度环境、钢级、尺寸油管柱的热变形更具有应用价值和实际意义。在综合考虑国内外现有的研究热变形的试验装置的基础上,设计了一种测试不同温差、尺寸和材质的油管柱热变形测试装置。论述了该装置的整体构成、基本工作原理及主要技术参数。该装置能够在不同温度条件下对不同钢级、不同尺寸的油管柱进行热变形的有效模拟,能够实时检测温度、油管柱热变形量等试验数据。应用表明,该装置工作平稳,振动小,试验效果良好。     

两层压裂井下管柱力学分析及其应用

不动管柱两层压裂技术是环保施工、提高劳动效率的新型工艺。为保证该工艺的科学有效实施,对井下管柱及各种压裂工具进行了屈曲分析、变形分析、轴向受力分析、应力与强度分析,确定管串的危险截面为井口和封隔器上截面,并编制了应用软件。通过输入油井的井眼轨迹、井身结构、油管柱组成、摩擦系数、油管内流体性能、温度、注入方式、井口油管内压力、锚定状态等各项参数,给出了井口与井下封隔器处的内外压、轴力、应力强度、安全系数及轴向变形情况。在实际井上进行了应用,有效地指导了压裂管柱设计及工具的选型,从而保证了压裂施工的顺利进行。     

水力锚锚爪结构对套管变形及挤压应力的影响

为优化水力锚爪结构参数,减小水力锚爪结构对套管的损伤,针对普通螺纹齿形锚爪和镶硬质合金锚爪结构,利用材料力学理论建立了镶硬质合金锚爪接触处套管所受的挤压应力公式,采用有限元法分析了普通螺纹齿形锚爪接触处套管的变形及挤压应力。分析表明,普通螺纹齿形锚爪和镶硬质合金锚爪均会对套管产生不同程度的损伤;在相同油管内外压差作用下,与镶硬质合金锚爪相比,普通螺纹齿形锚爪接触处套管所受挤压应力和径向变形较小,对套管损伤最小。研究结果表明,试油压裂用水力锚结构应采用螺纹齿形设计;在相同油管内外压差作用下,镶硬质合金锚爪接触处套管所受挤压应力随牙齿楔角增大呈幂律指数降低,随牙柱直径增大呈幂律指数下降,随锚爪直径增大呈多项式增大,随牙齿后角呈指数增大,但增大幅度较为平缓,随轴向载荷增大呈多项式增大,但增大幅度较小;建议牙齿楔角取10°,锚爪牙柱直径取10~12 mm,锚爪直径取40~50 mm。研究结果为水力锚锚爪结构设计提供了理论依据。      

页岩气井体积压裂井筒温度计算及套管强度变化分析

页岩气井体积压裂排量大、时间长,压裂过程中井筒温度变化剧烈,引起的温度应力对套管强度具有较大影响。在考虑压裂液摩擦生热以及排量与壁面换热系数关系的基础上,建立了页岩气井套管压裂过程中井筒温度场模型,对压裂过程中温度瞬态变化进行了计算。结果表明:页岩气井套管压裂过程中井筒降温幅度较大,储层温度为78.5℃时最大降幅达到64.7℃;跟端和趾端温度差最大值出现在压裂初期60~210 s。依据推导出的套管抗外挤强度计算公式进行强度校核分析,结果表明,温度应力对套管抗外挤强度产生较大影响,且随着压裂排量的不断增大,抗外挤强度降幅也不断增大,冬季施工压裂液排量为20 m~3/min时,套管抗外挤强度降低16.4%。     

高压引起的测试油管变形分析

以井下关井情况为例,分析进行高压井测试时油管发生螺旋弯曲的可能性、其主要影响因素以及可能引起的施工问题。计算结果表明,进行高压油气井测试时油管容易发生螺旋弯曲,测试液密度、产物密度、套管压力、井底压力等均影响油管弯曲长度。油管弯曲会改变轴向力分布,减小油管轴向长度,是影响井下安全性的重要因素。     

辽河油田热采井套损防治新技术

辽河油田稠油热采过程中套管损坏严重。经大量调查研究认为，造成套管先期损坏的原因是：热应力大，油井出砂，API圆螺纹接头和偏梯形螺纹接头不适合热采井要求，水泥封固质量不好，水泥环空段套管易变形，隔热管和隔热措施不力。采取的措施有：提拉预应力，用N80偏梯套管取代普通套管，使用热呆专用水泥返到井口．用良好的隔热管。治理后热采井套管损坏虽有所下降，但套管先期损坏依然严重。采取的新措施主要是：用热应力补偿器减少注蒸汽时套管应力，用TP100H套管以增强抗热变形能力，用TP120TH外加厚套管解决油层套管因出砂和射孔引起的套管轴向应力问题。经过长期的研究与实践，减缓了热采井套管先期损坏速率。参13