高温高压超深气井油管柱屈曲行为研究

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并以塔里木油田某超深井为例,针对管柱屈曲行为开展了油管柱屈曲形态与其横向位移、油管—套管接触压力分析。结果表明:(1)所建立的高温高压深井超深井油管柱屈曲分析有限元模型可以对油管柱屈曲形态进行全井段分析,复杂力学工况下的油管柱中和点到封隔器处的油管柱处于非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲;(2)油管柱底部轴向压力为205 k N时,油管柱接触段的顶部和底部分别发生正弦屈曲、螺旋屈曲自锁现象,该自锁现象可能导致油管柱处于永久性的屈曲状态。结论认为,所建立的模型可用于分析油管—套管屈曲过程中的屈曲形态、接触压力及其摩擦力,为油管柱屈曲形态、摩擦损伤失效分析及预防措施制定等提供了方法和依据。还提出了延长管柱使用寿命的措施建议:油管柱坐封前在井口施加适当的提拉力、增加底部油管柱结构尺寸、提高井口油压或适当降低产量等。     

复杂工况下41/2REG涡轮轴连接螺纹断裂分析

为预防和减少涡轮钻具的涡轮轴在解卡过程中连接螺纹发生断裂,需对其断裂原因进行分析。根据长庆油田A井所用涡轮钻具轴连接螺纹的结构,建立了带螺旋升角41/2REG锥形螺纹的三维力学模型,基于连接螺纹弹塑性本构关系和有限元控制方程,分析了涡轮轴连接螺纹在压扭、拉扭、弯扭复合载荷工况下的应力分布。研究发现:涡轮轴连接螺纹部位在扭矩一定的情况下,随着钻压增大,涡轮轴外螺纹所受应力呈增大的趋势,且螺纹牙的应力分布不均匀,整圈螺纹牙上的应力波动较大;当涡轮轴受到的拉力一定,随扭矩增大,外螺纹台肩部位第一牙处应力增幅较大,存在疲劳失效的风险;在扭矩为25kN·m条件下,当井眼曲率为10和20(°)/100m时,外螺纹的最大应力为700.0 MPa,涡轮轴螺纹连接部位比较安全,但当井眼曲率为30°/100m时,螺纹台肩内外螺纹牙最大应力为903.6 MPa,接近材料的屈服极限。研究结果表明,涡轮轴连接螺纹在弯扭载荷作用下易在外螺纹第一牙处出现应力集中现象,导致其失效,因此应避免在井眼曲率较大井段使用涡轮钻具。     

基于CATIA二次开发的渠道三维设计研究

基于CATIA的二次开发技术,以水利水电行业的渠道三维设计为研究对象,立足于水利水电三维设计的理论知识、工程实践经验,将CAA开发技术与CATIA软件相结合研究开发出一种比较实用且自动化程度较高的渠道三维设计应用程序,以期解决水利水电行业渠道设计难题,其开发成果已运用在南水北调工程的渠道三维设计。渠道设计应用实践表明,该渠道设计方法能够减轻渠道设计工作量,缩短渠道设计周期,降低渠道工程设计难度,在保质保量的情况下,能为水利水电设计单位节约时间和人力资源成本,也能为其他行业的CATIA二次开发提供借鉴和参考。     

复杂工况下4(2)/1 REG涡轮轴连接螺纹断裂分析

为预防和减少涡轮钻具的涡轮轴在解卡过程中连接螺纹发生断裂,需对其断裂原因进行分析。根据长庆油田A井所用涡轮钻具轴连接螺纹的结构,建立了带螺旋升角4 1/2 REG锥形螺纹的三维力学模型,基于连接螺纹弹塑性本构关系和有限元控制方程,分析了涡轮轴连接螺纹在压扭、拉扭、弯扭复合载荷工况下的应力分布。研究发现:涡轮轴连接螺纹部位在扭矩一定的情况下,随着钻压增大,涡轮轴外螺纹所受应力呈增大的趋势,且螺纹牙的应力分布不均匀,整圈螺纹牙上的应力波动较大;当涡轮轴受到的拉力一定,随扭矩增大,外螺纹台肩部位第一牙处应力增幅较大,存在疲劳失效的风险;在扭矩为25 kN·m条件下,当井眼曲率为10和20（°）/100m时,外螺纹的最大应力为700.0 MPa,涡轮轴螺纹连接部位比较安全,但当井眼曲率为30°/100m时,螺纹台肩内外螺纹牙最大应力为903.6 MPa,接近材料的屈服极限。研究结果表明,涡轮轴连接螺纹在弯扭载荷作用下易在外螺纹第一牙处出现应力集中现象,导致其失效,因此应避免在井眼曲率较大井段使用涡轮钻具。      

双金属衬里复合管制管过程紧密度影响因素研究

目前关于双金属衬里复合管的研究大多没有考虑现场制管时管端焊缝环的影响,且制管防腐工艺中材料的力学性能随温度变化,对双金属衬里复合管的紧密度也有重要影响。为此,建立了"两步法"双金属衬里复合管制管过程力学分析有限元模型,对制管过程中加压→泄压→升温→冷却阶段进行模拟仿真。分析结果表明:所建模型可以准确地模拟衬管-基管紧密度的变化过程;考虑焊缝的轴向相互耦合绑定约束关系模型与平面应变模型存在较大差异,绑定约束模型在加压过程中两种管材的管端同时缩短,会导致衬管和基管在接触前、后的径向变形行为发生变化,最终影响紧密度的大小和分布;紧密度随加载内压的增大而增大,两种材料膨胀系数差异越大,紧密度越小,适当增加内压并减小膨胀系数差异有助于提高紧密度。所得结果可为双金属衬里复合管的设计与应用提供参考。     

超深气井油管气密封检测应力分析及防控措

为预防气密封检测压力不当对超深气井油管螺纹造成初始损伤,采用接触问题分析的有限元法,建立了3种型号的油管气密封检测有限元力学模型,针对塔里木油田某超深气井油管螺纹气密封检测的应力问题进行了定量、系统的研究。结果表明:当下部悬重油管重力超过一定值后,气密封检测会造成油管螺纹大端最后三扣扣跟的塑性变形,随着提拉力的增加,塑变面积也随之增加;在相同的工况下,增加油管的壁厚并不会明显改善大端最后三扣扣跟处的应力集中现象。通过改进气密封检测压力和提高油管螺纹钢级可以明显提升油管螺纹的服役安全系数,建立的模型可以为油管螺纹气密封检测应力分布规律定量地提供理论依据。