封隔器管柱屈曲变形及约束载荷分析

目前的封隔器管柱屈曲分析没有考虑靠近封隔器段非螺旋屈曲段管柱,没有给出非螺旋屈曲段管柱的变形表达式和封隔器对管柱的约束载荷。鉴于此,取管柱微元体进行受力分析,根据平衡条件和小挠度梁屈曲理论,得到了紧靠封隔器段平面屈曲管柱及螺旋屈曲管柱的屈曲变形微分方程;根据屈曲变形微分方程,利用边界条件得到了紧靠封隔器的平面屈曲管柱的挠度,推导出了封隔器对管柱的约束力和约束弯矩,可供管柱强度校核及封隔器胶筒设计参考。     

弯曲井眼中管柱屈曲行为研究

给出了描述弯曲井眼中管柱屈曲及后屈曲行为的解析结果。通过求解由平衡法得到的管柱屈曲平衡方程,得到了管柱的正弦屈曲的构型和螺旋屈曲构型的解析解。解析结果与相应的数值结果有良好的一致性。在此基础上,确定了管柱的初始屈曲临界载荷、保持正弦屈曲构型的最大载荷和螺旋屈曲临界载荷。由此,进一步得到了管柱在后屈曲进程中载荷与变形受力的关系。     

考虑摩擦时管柱在斜直井眼中的稳定方程

有人普用微分法分析了管柱在水平井眼中的稳定性问题，给出了临界失稳载荷的计算公式。现用微分方程法分析了油管柱在斜直井眼中考虑磨擦进的稳定性问题。并建立起屈曲失稳微分方程。同时，对摩擦力的求解进行了讨论分析。     

管柱在水平井眼中的屈曲分析

管柱在水平井眼中的屈曲方程是一个含有小参数的四阶非线性常微分方程。屈曲方程有两个临界点，一个对应于正弦屈曲，另一个对应于螺旋屈曲。本文利用线性化分析方法和小参数摄动分析方法，求得了两个相应的临界屈曲载荷。其结果与他人用能量法导出的结果和用实际数据拟合的结果非常吻合。本文还对管柱屈曲后与井壁之间的法向接触力、弯矩及应力等进行了分析。     

管柱在水平井中屈曲方程的建立及求解

前人曾用能量法分析了管柱在水平井眼中的稳定性问题,建立起管柱的屈曲方程。文中用有限差分法分析了杆管柱,在水平井中的屈曲失稳问题,同时考虑了端部约束条件的影响,建立起管柱在水平井中的屈曲微分方程。在两端铰支约束下,用差分进行了求解,计算出杆管柱的临界失稳载荷,并通过实例验算其计算精度。     

斜直井眼中管柱变形参数仿真实验

根据物理相似原理,设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置,利用该装置对管柱在斜直井眼中的钻压传递规律、位移与载荷的关系以及临界屈曲载荷进行了研究.通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力、无因次摩擦系数和无因次轴力分布系数的值,对管柱在斜直井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行了模拟实验.由钻压传递、位移及载荷的实验结果与理论计算曲线相比较得知,两者之间的最大差值不超过10%,理论临界屈曲载荷与实验求得的临界屈曲载荷之差不超过6%.其结果可为修正理论模型提供依据.     

套管柱稳定性问题研究

自鲁宾斯基50年代提出油井套管柱直立稳定性问题以来,国内外已发表许多论文[1～5],但从理论研究考虑,还应作进一步研究。本文以井口为坐标原点建立基本方程,明确考虑套管柱全长及上下两端约束条件,分析下端轴向力的失稳临界值。对确定临界值的超越方程进行了比较详细的数值研究,所得结果比鲁氏给出的约大15%.关于套管柱内外液压对临界力的影响问题,本文证明了所谓“虚拟力”就是开口管柱临界力与闭口管柱临界力之差,就是管柱下端的封头力。     

动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究

为探究动态载荷作用下地下储气库(UGS)受压段管柱非线性屈曲特性,根据储气库井筒结构特点,建立了柔性约束下UGS管柱非线性屈曲力学模型,采用慢动力法阶跃式施加管柱外载荷,并结合考虑接触的管柱屈曲动力学方程,分析了动态载荷作用下管柱的非线性屈曲特性。以UGS-ZY11井现场数据为例,通过ABAQUS模拟计算进行对比研究,并分析储库产量和管径等因素对管柱非线性屈曲的影响,从而获得动态载荷作用下管柱屈曲演变过程和套管接触压力分布特点。研究结果表明:对于同一生产条件,动态载荷作用下管柱中和点到封隔器处的管柱处于连续非均匀的屈曲状态;管柱受力变形初始阶段,环空压力对其与套管壁接触存在“软约束”;随着储库产量和管径的增加,管柱屈曲变形过渡时间越短,管柱越容易发生螺旋变形;动态载荷作用下诱发管柱振动,导致径向位移较小的油管柱与套管壁发生接触,将加剧油套管损伤失效破坏,在管柱安全生产设计和运行时应做出相应的安全措施。研究结果为深入开展动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究提供了一种新的思路和方法。     

弯曲井段内连续油管稳定问题的存在性分析

基于弹性杆大位移-小变形理论，利用微分方程法，给出了弯曲井段内连续管柱失稳临界载荷的解析结果，并讨论了弯曲井段内，连续管柱存在稳定问题的条件。研究表明，弯曲井段内临界载荷不仅与连续管柱几何特性参数相关，还与井眼直径和曲率有关。井眼直径和曲率半径越小，临界载荷越大，其他条件一定，井眼曲率半径减小到一定程度时，临界载荷超过强度极限载荷，管柱稳定问题转化为强度问题。     

水平井内管柱螺旋弯曲的研究

本文研究水平井中管柱（油管或钻杆柱）的螺旋弯曲及其临界（正弦）弯曲，同时还研究管柱在螺旋弯曲时产生的巨大摩擦力。随着轴向力的增加，临界（正弦）弯曲转化成螺旋弯曲。但是，除非在轴向载荷很大，约为正弦弯曲临界载荷的１．８倍，或是本文文献中给出的所谓螺旋弯曲载荷的１．３倍时，水平井井筒内管柱的变形才可能完全转化为螺旋弯曲变形，本文献中所谓的螺旋弯曲载荷实质上是指管柱产生螺旋弯曲过程中的平均轴向载荷。这就     

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

注水井改为注气井的套管柱安全性研究

结合某油田的H1 2 - 1高压注气井开展了套管柱强度校核方面的研究 ,提出了一套适合于高压注气井套管受力分析和强度安全性校核的步骤和方法。在套管柱强度校核中 ,套管的受力分析应当结合实钻井眼轨迹和实际注气工况 ,充分考虑轴向力、外挤和内压力对套管API强度的影响 ,进行三轴应力强度校核 ,同时应该考虑封隔器的安装与否以及安装高度和注气条件下气体所产生的压力 ,以此来计算套管柱所承受的内压力。提出的套管柱设计方法得到了现场验证     

液压加固补贴对破漏套管的仿真研究

针对胜利油田长距离套管损坏井连续破漏及管体刺漏等套管失效工况,以∅139.7 mm×7.72 mm的N80套管为例,借助于ABAQUS有限元软件建立了破漏套管经液压加固补贴后的有限元模型,并对套管组合体模型的承载极限进行了定量分析。研究结果表明:破漏套管表面裂缝的存在对套管组合体承受外挤工况的影响较大,而对组合体承受轴向拉力、轴向压力以及内压等工况的影响甚微;当破漏套管最小裂缝宽度小于2.5 mm时,经液压加固补贴后的组合体在轴向拉力、轴向压力、内压以及外挤等4种载荷工况下的承载极限均高于无损套管的承载极限,满足现场工况要求;而当最小裂缝宽度大于6.5 mm时,补贴后的套管组合体承受的极限外挤载荷小于63.4 MPa,抵抗极限外挤的能力有所降低;通过更改补贴管材质,可明显提高补贴组合体在内压及外挤工况下的极限承载能力。研究结果对现场施工作业具有一定的指导作用。     

热采井高温对套管强度的影响

注蒸汽热采技术已广泛应用于提高重质油的采收率。在注蒸汽期间, 井下高温使管柱产生附加热应力, 从而可能使其发生塑性屈服、 变形、 断裂或屈曲。热采井中套管的失效几率非常高, 研究套管柱在较高压力的高温蒸汽以及外围的地应力共同作用下的应力分布规律, 对于评估套管的服役状况, 提高套管设计的安全性, 从而减少套管的失效几率具有重要意义。文章根据套管 －水泥环 －地层体系受力情况建立了平面力学分析模型, 根据位移的连续条件求解了管柱与水泥环间的接触应力, 探讨了注气条件下井筒温度的分布情况, 分析了热采井中管柱所受三轴热应力的分布。算例分析结果表明, 三轴热应力值远大于管柱实际的屈服强度, 从而使管柱发生屈服破坏, 为减小热应力对套管寿命的影响, 应合理选择注气参数并合理设计管柱。     

油管柱在套管中的屈曲行为试验研究

油管柱在套管中的屈曲行为对油气生产有重要影响。依据相似理论,采用1:10的比例尺以缩小的油管、套管模型进行了3组试验,安装分别为:①油管和套管上下同心; ②油管上部偏心2.5 mm; ③油管上下都朝同一个方向偏心2.5 mm。每次试验时都在油管的一端连续施加轴向载荷,测试油管另一端的轴向载荷。分析不同条件下摩擦力的变化,研究结果表明:管柱受压屈曲会导致摩擦力增大; 管柱相对套管的偏心对轴向力的分布影响很小; 证明了管柱力学分析理论中轴向力计算时油管与套管同心的假设是合理的。     

摩擦对垂直井眼中管柱屈曲变形的影响

考虑在有摩擦力存在的情况下,应用Lubinski解导出了垂直井眼中管柱轴向力所满足的微分方程,积分得出了管柱轴向力的公式,并进一步得出了管柱在压缩力作用下缩短和因屈曲缩短的公式。根据不同的边界情况分析了这些公式,指出摩擦力对管柱的屈曲变形影响很大,尤其在高温油气生产时顶部或底部温度加载时,轴向力迅速增加,这是造成封隔器和井口破坏的原因之一。导出的公式简单易用,为试井工程设计提供了快速计算方法。     

同心双管柱受力分析及变形计算

在油气井冲砂、排酸等井下作业中,同心双管柱具有广阔的应用前景。根据流体力学、弹性力学等理论建立了同心双管柱的力学、数学模型,比较全面地考虑了同心双管柱作业时受到的各种作用因素,推导出同心双管柱变形量的计算方法。计算结果表明,同心双管柱在压差、浮重、摩擦力、温差和膨胀综合作用下发生变形,对其使用和安全性能产生影响;在实际工程中,由于套管和管柱的摩擦作用以及井斜角的影响,同心双管柱的实际变形量要小于理论计算值;当外油管缩短内油管伸长达到一定值时,内油管发生屈曲变形,需要做管柱的变形补偿设计。     

套管柱悬空段合理长度的研究

深井套管柱悬空段的长度直接关系到固井的质量和成本,是我国深井油田急需解决的问题之一。直到目前为止,尚未见到有关套管柱悬空段合理长度的研究工作和设计依据。本文根据套管柱直接稳定性理论及强度条件进行科学分析,综合考虑安全和经济方面的要求,研究出了该长度的限值设计式,以及安装井口时施加提拉力的简洁计算式,可供深井油田固井工程设计使用。     

套管压裂管柱安全性计算方法与准确性研究

通过对新疆油田公司5井次套管压裂事故的套管柱进行安全性计算,发现基于静态受力分析的管柱安全性计算方法在直井中有着较高的准确性,能够保证套管柱的安全。对于水平井,该方法的计算结果与实际不符,不能指导压裂作业。分析理论极限泵压与油层套管实际破坏泵压的误差,该误差值与水平段长度呈正比关系。在水平井中采用该方法计算压裂管柱的安全压力时,应当根据水平段长度设定安全系数。根据统计结果,在水平段长度为1 600 m时,油层套管的三轴应力安全系数应当增加16.27%。