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。     

大庆油田高温深井试气井下管柱力学分析及应用

针对大庆油田深井高温、高压裂压力及测试、压裂管柱的特点,在轴向屈曲分析的基础上,综合考虑井况、井身结构、管柱组合、施工顺序,以及考虑库仑摩擦力,考虑井口和封隔器的约束及其对轴向变形、轴向力的影响,给出了试气井下管柱载荷、变形、应力计算方法与公式,编制了井下管柱力学分析软件.据此,可以分析各试气工序下管柱的屈曲状态、载荷、变形、应力及强度安全性,并指导管柱组合和施工参数选择.     

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。     

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。     

设计井眼中钻柱轴向变形分析与计算

分析认为,钻柱轴向谱形主要受轴向力、液柱压力和螺旋屈曲等因素影响,给出了三维设计井眼中的钻柱受轴向力和液柱压力引起的轴向变形计算方法,还了钻柱螺旋屈曲对其轴向变形的影响,并给出算例分析。     

水平井段钻杆接头的力学效应

通常在研究水平井段钻柱受力和变形时，忽略钻杆接头的影响，仅将钻柱当作光滑管柱处理，因此计算结果不够准确。实例计算时分析了接头对变形过程、屈曲临界力和弯曲应力的影响，提出了计算正弦屈曲临界力的新方法。分析指出，当接头外径较小时，外径的变化将改变正弦屈曲临界力。接头外径增大会不断增加螺旋屈曲临界力，因而具有抑制螺旋屈曲的作用。接头外径大到一定程度，就不再影响正弦屈曲临界力。当轴向压力较小时，接头引起钻柱弯曲应力；当轴向压力较大时，考虑接头影响不会引起屈曲钻柱弯曲应力计算值的增加。     

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。     

油管柱屈曲临界载荷的理论计算方法

文章以油管柱为研究对象，充分考虑了实际作业工况下，油管自重、油管与井眼内壁间的摩擦力、油管内外流体的压力和粘滞摩阻力、扭矩、井斜角、方位角、流体对油管浮力等因素的综合影响。从理论上推导出了油管柱在三维弯曲井眼中的屈曲变形微分方程，提出了不同井型条件下的油管柱屈曲临界载荷计算方法，揭示了井下油管柱屈曲临界载荷与其主要影响因素之间的关系，为油管柱结构的优化设计提供了理论依据。     

斜井抽油杆扶正器安放间距三维计算

在斜井抽油杆上合理布置扶正器可减缓抽油杆与油管的相互磨损，延长油井免修期，降低生产成本。采用力学分析的方法，结合井眼轨迹数据，由下到上逐跨计算了抽油杆柱的扶正器间距和轴向力。假定抽油杆柱上只有扶正器处与油管接触，通过反复试算确定了两相邻扶正器之间的合适间距、上扶正器处的轴向力和侧向力。研究结果表明，相邻两扶正器的间距取决于上述轴向力、侧向力、井眼几何尺寸、杆抗弯刚度和杆与管间隙的大小。抽油杆柱最下端作用力的大小取决于液体压强、柱塞重量、摩擦力、液体阻力和惯性。而侧向力的大小取决于井眼见何尺寸、轴向力和抽油杆重量。计算实例及现场应用均表明三维计算方法是可行的。     

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.     

水驱抽油机井杆管偏磨力学机理研究

垂直井中抽油杆柱产生偏磨现象是下冲程抽油杆柱在油管内产生屈曲变形引起的，文章分析了引起抽油杆柱偏磨的力学原因，编制了抽油杆柱受力计算程序，并用于实际计算。     

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。     

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。     

深水油管轴向热变形及热应力分析

深水油气田开发过程中,油管处于内部高温流体与外部环空低温流体的大温差环境中,其引起的热变形和热应力会对油管柱的设计和使用造成影响。为此提出油管热变形模型,通过热变形试验,对轴向热变形量与线性热膨胀公式计算出的理论值进行对比分析,得出在一定温差范围内,线性热膨胀公式可以用于轴向热变形量的计算,但随着温差进一步扩大,轴向热变形规律变得模糊,其应用受到限制。同时,提出热应力的计算方法,对温差80℃下的N-80油管热应力分布进行分析,轴向应力远大于径向应力,即油管热变形以轴向热变形为主,内壁处热应力达到214.5 MPa,考虑到安全系数,热应力成为影响油管强度的重要因素。     

高压射孔测试管柱力学行为仿真

在高压深井中,测试管柱的损坏成为油气井测试失败的主要原因之一。管柱在下端受压会发生螺旋屈曲,受力变形比较复杂,难以应用理论公式直接进行准确的计算,无法正确反映井下复杂的实际情况。采用ABAQUS有限元分析软件建立中和点以下测试管柱三维仿真模型,综合考虑管柱轴向力、井壁摩擦力、内外压、管柱自身重力等影响因素,对其在不同危险工况下进行管柱力学行为模拟。形成了一套基于ABAQUS软件下研究测试管柱变形的分析方法,并在某地区A井的应用中取得了良好的效果。此方法能够真实地反映测试管柱的变形规律,可对深井勘探现场测试工作提供系统的技术指导。     

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。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

斜直井抽油杆扶正器安放间距的计算

本文讨论了斜直井中抽油杆柱任意一点最小轴向力的计算方法,建立了计算相邻扶正器间抽油杆变形的力学模型,并以抽油杆与油管的间隙作为抽油杆最大允许挠度,假设相邻扶正器间抽油杆柱变形曲线为抛物线,进而求出了扶正器处抽油杆的最大允许转角。最后建立了从泵端沿抽油杆柱向上扶正器间距的计算方法。     

连续油管滚筒多层缠绕力学分析与试验研究

为了研究多层连续油管缠绕工况下滚筒的受力特性,通过理论分析得到滚筒筒身径向力、滚筒辐板轴向力及多层缠绕系数的计算方法。以某型号连续油管运输滚筒为例,计算得到相关力学参数。通过有限元仿真及应力-应变测试,对理论计算方法进行验证。结果表明：仿真与试验结果趋于一致,验证了理论计算方法的合理性;连续油管滚筒筒身所受径向力随缠绕层数的增加而增大,但增幅逐渐趋缓;滚筒辐板所受轴向力随缠绕层数的增加而增大,且二者呈近似的线性关系。为了提高工程计算的效率,将多层缠绕系数应用于工程简化计算中,为设计满足复杂工况的滚筒提供可靠的技术手段。     

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。