钻井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种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比原来的增大 ;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同 ,说明钻井膨胀管膨胀过程中存在着较严重的不均匀变形现象 ,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。为此建议 :(1)对膨胀管的初始不均度及不圆度作出比API标准更严格的要求 ,使其膨胀后即使壁厚不均度及不圆度比原来的增大 ,也不至于增加太大 ;(2 )在井眼中实施膨胀管作业时 ,必须从膨胀工艺上采取措施减轻管子横向和纵向上的不均匀变形。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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…     

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随着不圆度和壁厚不均度的增加，套管的临界挤毁压力逐渐减少，并且不圆度对套管抗挤强度影响较大。一般情况下，石油套管同时存在着不圆度和壁厚不均度等初始几何缺陷，这些制造缺陷的存在势必降低套管的抗挤毁性能。API Bul 5C3给出了抗挤强度的计算公式，但仅仅提供了管材屈服强度、管径、壁厚等基本输入参量，而未考虑管体不圆度和壁厚不均度等初始几何缺陷的影响。实践证明，不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响是相当可观的。文章运用有限元法详细研究了初始不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响规律，并提出进一步降低和控制套管初始几何缺陷的工艺措施。     

不锈钢管的外观/表面质量和目测检验(上)

为了促进不锈钢焊管和无缝钢管制造质量的进一步提升,减少工贸争议发生,从比较欧、美、日不锈钢管标准中有关条款的细节差异及发展入手,分析了钢管制造方法对表面质量的影响,特别是塑性变形不均匀或局部化,退火过程即再结晶对表面织构及瑕疵的不良影响。讨论了冷精整,即光拔或光轧、酸洗、目测及修整工序的重要性及掌控细节。提出了直道等可目测到表面瑕疵都应该列为不锈钢管的一致性修整要求,金相试验不能用于不锈钢管耐腐蚀性及表面质量的评估,以弥补现有标准的不足。     

不锈钢管的外观/表面质量和目测检验(下)

为了促进不锈钢焊管和无缝钢管制造质量的进一步提升,减少工贸争议发生,从比较欧、美、日不锈钢管标准中有关条款的细节差异及发展入手,分析了钢管制造方法对表面质量的影响,特别是塑性变形不均匀或局部化,退火过程即再结晶对表面织构及瑕疵的不良影响。讨论了冷精整(即光拔或光轧)、酸洗、目测及修整工序的重要性及掌控细节。提出了直道等可目测到表面瑕疵都应该列为不锈钢管的一致性修整要求,金相试验不能用于不锈钢管耐腐蚀性及表面质量的评估,以弥补现有标准的不足。     

双金属复合管离心浇铸缺陷原因探析

为了提高离心浇铸双金属复合管产品质量,采用Φ114.3 mm×(16.0+3.0) mm碳钢/镍基双金属复合管管坯为研究对象,针对双金属复合管离心浇铸生产中产生的管坯壁厚不均匀、基层裂纹等缺陷,从理化性能、离心浇铸转速、离心浇铸温度等方面进行了分析。分析结果表明,离心浇铸转速较低是造成管坯离心浇铸质量问题的主要原因。根据研究结果,将离心浇铸转速由原来的700 r/min提高至900 r/min后再次进行生产,产品理化性能、外观及几何尺寸、无损检测结果均符合要求。     

谈如何消除矩形管切口变形及切口毛刺

切口变形和毛刺是矩形管管端的主要缺陷。分析认为,锯切方向直接影响着管壁的受力状态,锯片与管子的接触弧长和锯切圆周力成正比关系。针这一特点,提出了从锯切入点出发,改变切入点的几何位置,降低锯切力,增大锯片周径和钢管外壁的夹角等消除切口缺陷的方法。经改造实施,成功地解决了矩形管切口变形和毛刺问题。     

钻柱中声波传播特性理论分析与试验研究

为验证声波在钻柱中的传播特性,获取适合传输井下信息的频率点或频段,以127.0mm钻杆为研究对象,基于理想钻柱的频率方程,分析了不同长度钻杆的频率与波数的关系。分析认为,钻杆长度的不均匀性将导致钻柱通频带的交集缩小,若钻柱每个周期由不同长度的钻杆连接组成,通带将变窄,甚至在某些频带上因没有重叠部分而形成很宽的阻带。基于理想钻柱的瞬态响应方程,分析了钻杆接头对声波的反射作用,得到了声波通过多根钻杆后的瞬态特性。在室内采用每根长1.5m的钻杆短节,进行了全尺寸接头钻杆短节声波传播特性试验,研究了不同频率声波在不同长度钻柱中的传播特性,验证了声波在钻柱中传播存在梳妆滤波器特性和色散现象,得到了适合钻柱中传播的声波频率范围和一些频率点,可为声波系统样机的研制提供理论基础和依据。     

深海卷管铺设中的管道安全性分析

深海卷管铺设过程中管道发生了复杂的塑性变形,可能造成管道的失效,因此需要对管道的安全性进行评估。为此,首先对卷管铺设整个过程中管道的受力变形情况进行了分析,发现管道在上卷至卷筒时最易发生失效。其次对上卷时管道可能发生的失效形式进行了归纳和分析,获得了管道在各种失效形式下的极限承载公式。然后基于位移控制条件,得到了管道的极限弯曲半径,并结合极限承载公式,建立了管道失效的评价指标。最后以管径为16英寸（406.4 mm）的管道为实例,对管道的安全性进行评估,并采用有限元软件对管道上卷时张力对管道椭圆度的影响进行了分析。结果表明：①较大径厚比的管道在上卷时更易于满足极限载荷承载条件,但是对管道截面变形不利,当径厚比达到20时,不满足位移控制条件,已不适用于卷管法铺设;②较高的管材等级对卷管铺设中管道安全性有利;③上卷张力对管道椭圆度的影响较小,可以忽略。     

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城市埋地燃气（主要包括天然气、煤气）管网在运行中会受到复杂环境因素和人为因素的影响,如果发生失效,就会直接威胁着管道沿线附近人员生命和国家财产的安全,因此有必要对燃气管道进行可靠性分析。失效树分析（Fault Tree Analysis）是一种已被广泛应用的可靠性分析方法。文章选取失效树分析法对引起城市埋地燃气管网失效的各方面因素进行了全面地系统分析,建立了以燃气管网失效为顶事件,包含了116个基本事件的城市埋地燃气管网失效树。通过逻辑运算,得到了失效树的287个最小割集,并通过实例计算与分析对上述失效树进行了验证。通过对最小割集的分析,得到了影响城市埋地燃气管网可靠性的各影响因素的逻辑关系。结果表明,第三方破坏、腐蚀、制造缺陷等是影响城市埋地燃气管网可靠性最主要的因素,并提出了相应的措施以提高燃气管网的可靠性。     

埋弧焊管导向弯曲试验的探讨

焊缝导向弯曲性能是埋弧焊管力学性能的一项重要指标,用于研究焊接接头抵抗弯曲塑性变形的能力。油气输送管的各种标准均对导向弯曲试验提出了严格的规定。通过不同标准对导向弯曲试验要求的描述、各标准之间的对比及存在问题的分析,可以看出个别标准中还存在一定的不合理性。提出了在焊管生产过程中减少导向弯曲试验出现不合格几率的建议,总结了检验过程中取样的较好时机。     

便携式漏磁检测系统钻杆管体检测技术研究

简要介绍了钻杆失效的缺陷形式,目前国内外对钻杆进行无损检测常用的方法以及钻杆现场检测的现状.基于漏磁工作原理的检测系统,可以有效地检测出钻杆管体存在的缺陷,从而减少事故隐患.为进一步验证漏磁检测系统的检测能力,用美国某公司生产的携带式漏磁检测设备,对直径127 mm(5 in)钻杆试样(壁厚9.19 mm)进行了检测试...     

水平井蒸汽吞吐注汽筛管位置调整时机优化研究

针对稠油油藏水平井蒸汽吞吐吸汽不均导致热效率低的问题,采用数值模拟方法,对非均质储层水平井段吸汽规律进行研究,分析了注汽筛管位置对水平井段吸汽规律的影响,引入温度变异系数对比多个周期水平段吸汽不均的程度,并提出了注汽筛管位置调整时机优化方法,根据温度变异系数先降后升的“V”字形变化规律,对比不同阶段调整注汽筛管位置对蒸汽吞吐采油的影响。结果表明:蒸汽吞吐初期温度变异系数不断下降,依据热力学加和性原理,该阶段吸汽较好的储层比热容升高,证明含水量不断增大,剩余油被大量采出,此时调整筛管位置无法充分动用高渗储层的剩余油;若在蒸汽吞吐后期调整筛管位置,则高渗区的油大量采出后至筛管调整前这一阶段,蒸汽注入后富集于高渗低含油区,热利用效率低;在温度变异系数达到最小值时,说明高渗段油藏体系比热容升至较高值,含水饱和度大,剩余油较少,此时调整筛管位置可改善非均质储层动用不均的问题,因此,温度变异系数达到最小值后越早调整筛管位置效果越好。将研究成果应用于乐安油田,通过温度变异系数方法选择时机调整筛管位置后,吸汽剖面更为均衡,平均日产油由上一周期的0.5 t/d提高至3.4 t/d。研究成果对改善蒸汽吞吐吸汽不均有指导意义。