膨胀管膨胀过程中不均匀变形的试验研究

模拟井眼中的钻井实体膨胀管膨胀时的力学环境,选用35CrMo钢管,对实体膨胀管在5个不同膨胀幅度下的管子壁厚不均度及不圆度的变化规律进行了试验研究。发现膨胀管在膨胀后其壁厚不均度及不圆度会在原来的基础上进一步增大;对管子进行了探伤分析,发现膨胀使管子某些管段出现了开裂,但在纵向上的不同管段,管子出现缺陷的情况不一样。由此说明钻井膨胀管膨胀过程中存在着较为严重的不均匀变形现象,并对造成这些不均匀变形的原因进行了分析,同时认为这种不均匀变形是造成膨胀后管子抗挤强度降低的一个重要因素。这些认识对于膨胀管管材的相关标准制定及膨胀工艺设计研究具有重要意义。     

壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响

采用有限元法分析了壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响。分析研究结果表明(1)壁厚不均的膨胀套管膨胀后壁厚不均度增大;(2)壁厚不均的膨胀套管膨胀后各部位壁厚均减小,最薄侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈上升趋势,而最厚侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈下降趋势;(3)壁厚不均度对膨胀套管自由端面轴向总位移影响很小;(4)膨胀套管壁厚不均度小于0.2时,所需最大膨胀力变化不大;壁厚不均度大于0.20时,所需最大膨胀力迅速降低;(5)壁厚不均度对膨胀套管膨胀后的残余应力影响很小。     

实体膨胀管膨胀过程几何参数变化试验研究

对139.7mm×7.72mm N80钢级实体膨胀管实物膨胀过程进行了试验研究。基于实体膨胀管实物评价试验平台,设计了试验方案和检测方法,对比分析了实体膨胀管膨胀前、后几何参数变化。结果表明:实体膨胀管经膨胀变形后其外径椭圆度变大,均匀性显著变差,壁厚均匀性变化受膨胀变形的影响并不显著。     

膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素分析

为了找出影响膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素,通过ABAQUS有限元软件对波纹管的抗外挤强度进行模拟,研究了波纹管的不圆度、波纹管的壁厚、井筒直径等对波纹管抗外挤强度的影响。结果表明,不圆度和壁厚对膨胀后波纹管抗外挤强度的影响较大,随着波纹管不圆度的减小,波纹管的抗外挤强度迅速的增大,壁厚越大波纹管的抗外挤强度也越大;另外,增大波纹管应用的井筒直径可以有效的提高波纹管的膨胀性能,降低波纹管膨胀后的不圆度,但是大尺寸的井筒直径降低了波纹管膨胀后的抗外挤强度。     

膨胀管壁厚计算研究

膨胀管技术是在井下以机械或液压的方法使管材永久变形、完成油气井建井的技术。它不仅使井身结构产生变形，还大大降低油气井建井成本。管体膨胀后的壁厚是计算抗挤强度的关键要素，根据金属材料冷变形的原理，在对管柱膨胀进行力学分析的基础上，结合金属材料冷变形的体积不变原理，应用管子膨胀时的应力-应变关系推导出膨胀管壁厚变化的计算公式，同时编制了壁厚变化的计算软件。实验数据和计算结果的对比验证了该计算公式是可靠的。     

膨胀管抗外挤强度试验研究

膨胀管膨胀后其抗外挤能力降低是制约膨胀管技术发展的重要因素。通过试验模拟实体膨胀管膨胀时的力学环境,分析了管材壁厚及残余应力在塑性膨胀过程中的变化规律。结果表明:膨胀管大塑性变形会导致壁厚减少,壁厚不均匀程度放大,并产生残余应力;膨胀管内表面产生拉应力,外表面产生压应力,应力差值在薄壁端最大,薄壁端也是膨胀管在外压作用下的屈服点;在膨胀管变形过程中薄壁端的变形速率高于厚壁端的变形速率,产生的残余应力与实测值基本相符,说明膨胀管原始壁厚的不均匀变形是残余应力增加、抗外挤能力降低的主要因素。     

不同应力状态下膨胀管力学性能试验研究

通常膨胀管在变形后壁厚不均匀度、管体弯曲程度会增加,导致膨胀管的抗拉、抗挤毁等力学性能下降。利用网格法分析了不同应力状态下膨胀管在膨胀过程中的金属塑性流动过程,并通过室内试验进行了对比研究,详细分析膨胀过程中的宏观现象。结果表明,残余应力会增加膨胀管塑性变形力,使膨胀过程困难,膨胀后管体弯曲变形严重;处于应力状态的膨胀管膨胀后管体网格在一侧堆积,表明金属塑性流动过程沿轴向不均衡。     

弯曲井段下壁厚对波纹管膨胀性能的影响

随着钻井技术的发展,膨胀波纹管在堵漏、封隔、封固复杂地层的应用更广泛。在现场应用中可能会遭遇不同的井形,其中弯曲井段是最为复杂。目前,壁厚对膨胀波纹管性能影响的研究尚不深入。通过ABAQUS仿真建模分析,比较弯曲井段不同壁厚下波纹管长轴处内径和不圆度随内压的变化规律,得到壁厚对波纹管膨胀的影响规律。对两种壁厚下波纹管的焊缝进行膨胀模拟,评价焊缝的安全状况。为波纹管在复杂地层的应用提供理论支持。     

膨胀管抗外压强度试验研究

分析了套管抗外压强度计算公式,同时进行多次膨胀管补贴套管模拟试验,并对试验后的膨胀管抗外压强度进行测试。试验结果表明,膨胀管在外压作用下有弹性失稳破坏与材料屈服破坏2种失效形式,失效过程与径厚比密切相关;通常膨胀管胀后管体椭圆度保持不变,壁厚不均匀度有所增加,增加幅度与最大膨胀压力成正比;膨胀管的失稳压力高于屈服压力,在外压作用下首先发生材料屈服,然后在管体一侧出现失稳破坏,但是当膨胀管壁厚不均匀度过大时,管体会直接发生失稳破坏,导致抗外压强度降低。     

第2代旋转式可膨胀管问世

20 0 4 0 4 0 5 ,在美国Houston召开的海洋技术会议(OTC)上,国际著名的石油工具生产商WEATHERFUL公司公布了第2代石油钻井用旋转式可膨胀管,并在论文(OTC 16665 )中公开了产品照片。第1代钻井用可膨胀管原理,是当膨胀管下到预定层位时,用1个膨胀心轴在管内自上而下穿过管子,由于心轴直径较管子稍大,以强行挤压的方式达到膨胀管子外径的目的。第2代可膨胀管原理,是作业时心轴在直线运动的同时,还作旋转运动。并通过调节旋转运动的转速,达到调整管子膨胀速度,控制管子变形程度的目的。这种膨胀管的最明显优点是不会出现第1代管的膨胀后…     

基于有限元的膨胀管膨胀过程力学分析

为了研究膨胀管在膨胀过程中的力值分布、膨胀管外形尺寸的变化,以及管内的残余应力分布,对膨胀管和膨胀锥进行三维建模。通过ANSYS软件对膨胀过程进行有限元分析,得到膨胀管的应力分布、膨胀力值、残余应力、轴向收缩量以及壁厚变化情况。为现场施工提供理论指导。     

膨胀管非线性大变形过程中摩擦问题模拟研究

膨胀管的膨胀过程属于非线性大变形过程,其接触摩擦问题用一般方法很难求解,依据修正的库伦摩擦定律,结合套管大变形问题的增量分析过程,用数值模拟方法详细分析了在不同摩擦因数下套管膨胀后套管的壁厚变化规律、等效应力变化规律以及轴向收缩量变化规律。选用ANSYS模拟分析技术,采用114mm×7.34mmAPI标准的N80套管,将内直径从99.32mm扩张到119.20mm。分析结果表明,在相同膨胀锥使套管膨胀的情况下,不同摩擦因数对套管的力学性能存在较大影响,摩擦因数越小,膨胀后套管残余应力越大;套管膨胀时,必须综合考虑膨胀过程中壁厚的变化、轴向收缩量的变化、膨胀后残余应力的变化,从而合理选择润滑措施。     

带N型管箱换热器中筒体厚度对管板设计厚度的影响

对于带N型管箱的固定管板换热器,管板与两侧筒体直接焊接;文章从基本原理入手,考察管板周边区域的受力情况,分析了筒体厚度对旋转刚度参数Kf及管板边缘支撑条件的作用;区分壳程带与不带膨胀节两种情况并结合换热管加强系数K的调整,文章通过八个算例来分析圆筒厚度变化对管板内径向应力分布以及极值的影响.由于壳程筒体的轴向刚度与其自身厚度有关并会直接影响到管板的设计厚度,文章分析了这一影响规律并提出了壳程筒体由不同厚度段组成时的轴向刚度计算.     

膨胀管外橡胶模块有限元分析与密封计算

为更好地对膨胀管外侧橡胶模块进行设计,研究了其在施工过程中的膨胀规律,分别对橡胶模块、膨胀锥、膨胀管建模,对膨胀过程进行有限元分析。通过分析橡胶模块外形和压缩率变化对膨胀力、最大接触压力、悬挂力及密封安全压力的影响关系,得到橡胶模块随着厚度和长度增加,其与套管内壁最大接触压力和所需的膨胀力均增加。随着橡胶模块压缩率增加,最大接触压力、悬挂力及密封安全压力均增加。     

APIL80套管的膨胀性能试验研究

可膨胀管膨胀性能的好坏是决定膨胀作业能否成功的关键。以APIL80套管为研究对象,进行了套管径向膨胀20.5%和25.5%的膨胀试验,对套管膨胀前后的几何精度和力学性能变化进行了对比研究。试验研究结果表明,膨胀改变了套管的力学性能,使其强度和硬度增加,而塑性降低,但套管在膨胀后仍具有较大的塑性变形空间,在膨胀后的使用中不会出现脆性开裂,同时表明套管膨胀后的相关指标满足API标准,说明L80套管是适合于膨胀的。膨胀试验研究对于可膨胀管的研究开发及制造具有重要指导意义。     

双金属复合管液压成型的有限元模拟及残余接触压力计算

应用有限元通用软件ABAQUS,对双金属复合管塑性成型过程中的力学行为进行弹塑性分析,建立了不同材料复合管胀管压力与残余接触压力之间的对应关系。通过有限元模拟,得出不同材料在间隙消除阶段的最小成型胀管压力,外管弹性极限胀管压力及接触压力、外管刚发生屈服时的胀管压力和接触压力以及外管完全发生塑性变形的极限胀管压力和接触压力,卸载后的残余接触压力。结果表明,当外管材料为X65C时,内外管卸载后残余接触压力为0,当外管材料为L360QS时,卸载后内外管残余接触压力为3.495 MPa,并且胀管压力处于弹性极限胀管压力49.78 MPa和塑性极限胀管压力54.6 MPa时,外管将出现塑性变形,在胀接时,必须控制胀管压力小于塑性极限胀管压力,否则,外管将出现塑性流动,这是不允许的。     

实体膨胀管膨胀工具优化分析

为了使膨胀管技术在国内得到大范围应用,采用三维弹塑性接触问题有限元法着重研究膨胀工具的锥角、定径长在膨胀过程中变形力以及残余应力的变化规律。采用ANSYS10.0建立膨胀管模型以及膨胀锥三维实体模型,单元类型选择Solid95,网格划分采用映射网格。研究结果表明,在膨胀锥锥角保持不变的情况下,膨胀锥定径长对膨胀后套管的残余应力没有太大影响,但对套管膨胀所需要的膨胀力有较大影响;膨胀锥锥角对套管最大残余应力没有影响,但对膨胀力的影响十分明显,当膨胀力的径向分力大于材料的抗拉强度时,材料将发生破坏。     

全管体扩径对X80螺旋埋弧焊管力学性能影响规律研究

采用全管体扩径技术,研究了X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管扩径前后力学性能的变化情况。结果表明,随着扩径率的增大,屈服强度和抗拉强度均有不同程度的增加,屈强比也随之增大,冲击韧性略有下降,DWTT性能变化不明显。在扩径率为0.88%情况下,管体横向屈服强度提高了15.2%,抗拉强度提高了5.8%,屈强比增大了9.8%;管体横、纵向屈服强度一致性提高了51.8%。总体上通过全管体扩径,管材力学性能的一致性得到进一步提高。     

高压锅炉辐射段炉管的安全性分析

对超期服役的锅炉辐射段炉管进行了宏观检查、管径蠕胀测量、超声波测厚、光学金相组织观察、复膜扫描电镜组织观察、强度校核分析等，得出蠕变损伤及金相组织的变化会是锅炉辐射段炉管的主要损伤形式，而疲劳与腐蚀将加速蠕变损伤。