基于光纤光栅应变传感器的油气管道腐蚀监测

基于光纤光栅传感技术的优良特性,提出了一种通过应用光纤光栅传感器测量管道环向应变来探测管道腐蚀的新方法,该方法采用了一种新型的FBG应变传感器,与传统的FBG传感器相比具有测量整个环向应变、延长传感器使用寿命、与管道外壁贴合紧密、无需破坏管道、可重复使用等优点。介绍了基于新型FBG应变传感器的监测管道腐蚀的原理,将FBG应变传感器分别安装在PVC管道和钢管道上进行了验证性的试验,并用SAP2000进行模型的数值模拟分析。结果表明FBG应变传感器可以准确地监测到管道环向应变的变化,对由于不同腐蚀程度引起的环向应变非常敏感,FBG应变传感器在管道腐蚀监测领域有着广阔的应用前景。     

复合材料增强管线钢管补口固化应变研究

采用差示扫描量热仪(DSC)研究了单向纤维预浸带在不同升温速率、不同恒温温度下的固化行为。设计并制造了一个复合材料增强管线钢管(CRLP)补口试样,将4个光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器埋入相邻两层补口预浸带的层间,进而测试了加热固化对复合材料层轴向应变和环向应变的影响。测试结果表明：基于固化过程中复合材料层内部的应变变化,可以判断固化反应的进行程度。FBG可以准确测试复合材料层内部的残余应变。使用单向纤维预浸带对CRLP接头进行补口,最终形成的复合材料层中会形成残余收缩应变,环向残余应变约0.045%,轴向残余应变约0.35%。     

光纤布拉格光栅传感器在石油勘探领域应用展望

本文在介绍光纤布拉格光栅(FBG)检测技术的基本原理，分析FBG传感器的技术优势的基础上．阐述了FBG传感器实用化要解决的关键技术问题，同时展望了它在石油勘探领域作为地震勘探检波器，水听器／OBC以及井间地震／VSP的发展前景。     

布拉格光栅检波器在地震勘探中的应用前景

布拉格光栅（FBG）检波器是一种新型的光纤检波器，是根据光纤折射率随照射光强的变化而变化的光敏特性制成的，能将地震波转换为光的变化来传输。FBG传感器探头尺寸小，与光纤耦合损耗小，抗干扰能力强，性能稳定。因此，一根光纤中可串接数以千计的检波器，传输过程中不必考虑衰减的影响，没有电磁干扰影响，地震信号不失真，而且野外施工方便，费用低。     

编码式光纤光栅钻机井架应力监测系统

在阐述编码式光纤光栅分布式大容量检测方法的基础上,介绍了以编码式光纤光栅作探头的钻机井架应力监测系统。系统由2个不同的宽带光源、耦合器、双光栅传感阵列、解调器和数据处理系统组成,采用双波长编码技术,对检测点的位置和应力、应变同时进行编码测量。对某钻机井架的实际应力监测表明,这种监测系统具有准确度高、稳定性好、检测容量大以及能实时在线监测等特点。     

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。     

套管井下压力光纤光栅测量方法研究

针对机械类压力传感器和电类压力传感器存在的各种缺陷而无法实现井下压力的实时永久性监测问题,提出了一种基于光纤光栅的压力测量方法。根据井下复杂的环境,在常见的聚合物、弹簧管和膜片式等压力转换弹性体结构的基础上,提出了一种适合井下压力测量的薄壁圆筒与等强度梁组合式压力转换结构,随后分析了光纤光栅压力检测原理,对光纤光栅压力传感检测特性进行了仿真分析并搭建试验平台进行了压力特性试验研究。试验分析结果表明:设计的光纤光栅压力传感器具有良好的静态特性。该压力传感器为解决井下压力实时永久性监测提供了一种新方法。     

瞬变电磁测井实验研究

文章给出瞬变电磁测井原理的实验验证。用外径为113 mm、壁厚6 mm、长1 m的有机玻璃管模拟裸眼井井眼、用外径350 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层,粗有机玻璃内放置盐水模拟地层的电阻率,用长1 m的5.5 in(1 in=25.4 mm)套管制作套管模型井,同样,用直径300 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层。自制发射和接收线圈,用间距150 ms的方波激发,测量不同源距的接收波形,获得了瞬变电磁响应随源距的衰减规律。改变盐水的电阻率重新测量,用不同地层电阻率的响应相减抵消瞬变电磁激发响应的一次场,获得了直接反映地层电阻率的二次场响应波形。实验发现:理论计算的二次场响应波形特征与实验结果一致,即裸眼井的二次场在瞬变激发的两侧(通断前后)均有极值,而且符号相反;套管井的二次场仅仅在一侧有极值。但是,由于激发电路衰减常数的影响,实际测量的二次场波形在电流突变一侧的幅度大,在指数衰减一侧的幅度小。裸眼井的二次场幅度远远大于套管井的二次场幅度,套管井地层电阻率测量的原始信号很小。     

瞬变电磁测井实验研究

文章给出瞬变电磁测井原理的实验验证。用外径为113 mm、壁厚6 mm、长1 m的有机玻璃管模拟裸眼井井眼、用外径350 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层,粗有机玻璃内放置盐水模拟地层的电阻率,用长1 m的5.5 in(1 in=25.4 mm)套管制作套管模型井,同样,用直径300 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层。自制发射和接收线圈,用间距150 ms的方波激发,测量不同源距的接收波形,获得了瞬变电磁响应随源距的衰减规律。改变盐水的电阻率重新测量,用不同地层电阻率的响应相减抵消瞬变电磁激发响应的一次场,获得了直接反映地层电阻率的二次场响应波形。实验发现:理论计算的二次场响应波形特征与实验结果一致,即裸眼井的二次场在瞬变激发的两侧(通断前后)均有极值,而且符号相反;套管井的二次场仅仅在一侧有极值。但是,由于激发电路衰减常数的影响,实际测量的二次场波形在电流突变一侧的幅度大,在指数衰减一侧的幅度小。裸眼井的二次场幅度远远大于套管井的二次场幅度,套管井地层电阻率测量的原始信号很小。     

油田用膨胀管塑性变形评价研究与试验

膨胀管大塑性变形过程中的变形力、壁厚与长度变化量是膨胀管的主要评价参数,也是膨胀管技术现场应用设计的重要依据。为此,分析了膨胀管塑性变形过程的力学行为,利用静力平衡方程与Levy-Mises金属流动准则建立了膨胀率与塑性变形力、膨胀率与壁厚以及长度收缩率关系的数学模型,并开展了有限元数值模拟和试验研究。研究结果表明,在膨胀率8%~24%条件下的膨胀管试验结果与理论计算值以及有限元模拟值符合较好,说明理论计算公式以及有限元模型能够合理预测膨胀管变形时的参数变化。该项研究结果可以作为膨胀管现场施工的设计依据。     

再论不均壁厚圆管的弹性失稳问题

评述了在非均匀壁厚圆管的弹性失稳计算中应用"几何平均处理"方法及偏心水力活塞泵筒现场挤毁事例后,认为"几何平均处理"方法的有些做法需要给出证明,并用变截面压杆弹性失稳的临界压力计算说明该方法误差很大;偏心泵筒挤毁是在非弹性范围内发生的。还对原苏联学者耶内敏柯试验的技术背景,小挠度线弹性理论与非均匀壁厚薄壁圆管变形曲线的选择,以及影响近似解精度的几个因素进行了对比分析。最后指出,非均匀壁厚圆管的弹性失稳应在理论上进一步探索不同的近似解,同时也要积极筹备由于内外圆不同心引起的非均匀壁厚薄壁管的弹性失稳的试验工作。     

双金属复合管焊接技术分析

双金属复合管的焊接接头结构复杂,焊接难度较大。通过对双金属复合管端面处理工艺和对接焊接工艺分析,提出了端部堆焊工艺较端部封焊工艺易于焊接但不够经济的现状,指出对于薄壁小直径双金属复合管道的焊接宜采用合金焊丝对接焊工艺,而对于厚壁大直径双金属复合管道则宜采用过渡焊方法焊接。另外,还分析了当前的焊接评定标准,强调了制定适宜复合管的焊接工艺评定标准的必要性。     

乙烯裂解炉对流段工艺设计及数学模型

简单介绍了乙烯装置裂解炉对流段工艺设计的一般原则,为工艺计算开发了一套数学模型.采用该数学模型编制的程序在电子计算机上可以对裂解炉对流段进行传热和动量传递模拟,算出每个微元段内的物料温度、压力、管壁温度和热负荷,预测管内出现两相流的部位及流型变化。同时算出每排管外烟气温度和压力。     

薄储集层的反射特征和定量解释方法

本文在详细分析均匀介质和薄砂泥岩互层中不同碳酸盐岩的反射特征基础上,提出调谐厚度是划分薄层和厚层的分界点。薄层与厚层能产生不同的波形特征,确定它们的厚度应有不同的定量解释方法。这里主要研究薄层,利用复合反射波的振幅与薄层厚度为近似线性关系的特点,制定了薄层定量的解释方法。在多层储集层的情况下,只要其垂向分布范围在调谐厚度以内,应象单个薄层一样,也能利用复合反射波振幅求得多层储集层的总厚度。在利用振幅信息研究薄层时,频率信息也是一种重要补充。最后用大王庄地区LL-939地震剖面为例,对沙三段上部碳酸盐岩的厚度进行了定量解释,证明这种定量解释方法是可行的。     

管状单曲率多面壳体液压胀形制造薄壁弯头工艺研究

介绍了一种利用管状单曲率多面壳体液压胀形制造薄壁管道弯头工艺方法：基本思路是：首先利用扇形单曲率壳板制作一封闭的管状单曲率多面壳体,然后,将该多面壳体胀形成光滑的双曲率管状多面壳体;最后切割该多面壳体得到弯头、并介绍了管状单曲率壳体的胀形试验过程：试验结果显示,在胀形过程中,管状单曲率多面壳体无起皱现象发生,而且横截面的椭圆度随压力的升高而变小,因而该工艺可以用于薄壁管道弯头的制造。     

套管的挤压分析

采用弹塑性理论分析套管在外压作用下的应力和变形,所得公式适用于薄壁、中厚和厚壁套管,可以计算套管(圆管和椭圆管)的弹性极限外压、弹性失稳外压和弹塑性失稳外压.算例表明理论分析的结果与实验值吻合.特别是修正了文献1～7中所采用的压缩极限应力是拉伸极限应力1.1倍的假设.该理论分析为在复杂受载下套管的应力研究提供了基础.     

非均匀载荷下厚壁套管抗挤强度分析

非均匀地应力下套管柱强度设计须考虑非均匀载荷对其强度的影响，对此国内外众多学者进行了大量研究，并取得许多有益成果。但这些研究主要以径向的非均匀外载为边界载荷，没有考虑套管外壁受非均匀剪切力的作用；其次，对非均匀载荷下套管磨损、残余应力、不圆度和壁厚不均度等缺陷的影响未作考虑。为此，建立了厚壁套管受径向非均匀挤压和周向受非均匀剪切的力学模型，应用弹性力学逆解法进行了求解，分析了非均匀载荷下厚壁套管的应力分布规律。研究表明，非均匀载荷作用下沿最小水平地应力方向、套管的内壁是承载危险区。由此提出了非均匀载荷等效为均匀外挤载荷的方法，给出了含缺陷套管在非均匀载荷下抗挤强度的分析方法。     

不锈钢弯管的皱波问题及其预防措施(下)

为了预防不锈钢管冷弯时出现皱波的问题,首先从管件制造标准化角度考察和评估了冷弯方法的优点及其合理应用范围,然后通过两个典型案例分析了冷弯时发生皱波的"薄"壁条件和影响因素。分析指出,皱波的实质是拱腹压缩塑性变形区的"压杆"失稳屈折现象。依据钢管to/do和Ro/do决定的弯管"薄"壁度,合理设置芯棒型式模具加工精度和安装"间隙",从力学上增强"压杆"抗压稳定度,是预防皱波的必要保障。不锈钢管制造标准允许的to和do公差带往往大于"薄"壁弯管所必须的模具间隙,有时会在小批量多品种规格不锈钢弯管时产生皱波,但只要把握"薄"壁度,重视芯棒结构、模具间隙及弯管参数的合理调整,不锈钢冷弯管时的皱波问题是可以解决的。     

长水平段水平井钻进摩阻控制

长水平段水平井能够增加钻遇油层的长度和数量,提高单井油气开采量,在薄油层开发、海油陆采方面具有明显的技术优势。但由于水平段过长,钻进过程中面临着严重的摩阻问题。以胜利油田某长水平段水平井为例,采用有限元方法,从井身剖面结构参数优化、钻井作业参数优选等方面,分析其对摩阻的影响规律及其内在影响机理。研究结果表明,案例井造斜段曲率半径对长水平段水平井摩阻影响较为明显,应综合考虑地层特点、造斜率控制难度以及后期送钻能力进行合理选取;起钻过快会导致钻柱与造斜段上井壁摩擦严重,下钻时应平衡下入效率、钻柱变形和摩阻的关系,防止遇阻;复合钻进时低速区的转盘转速不会引起摩阻的明显变化。     

油气井井漏井壁与波纹管接触应力分析

基于钻井过程中的波纹管堵漏技术,采用有限元分析方法对与井壁接触情况下的堵漏波纹管膨胀过程进行了研究。模拟了井眼中波纹管的膨胀变形,得到了波纹管施工加压膨胀和井壁接触过程中的等效应力分布云图、波纹管的位移、应力变化规律,以及波纹管膨胀后和井壁的接触状况。波纹管加压膨胀变形过程中,其应力、应变对应于管体几何形状呈对称分布,管体各处的等效应力和应变不同。波纹管并非在全周长上与井壁发生接触,部分弧段没有接触压力。膨胀内压增加时,接触区域扩大,接触压力有明显升高。井壁只在波纹管与其最先接触点,以及随后接触的波峰顶点处会出现较高的Mises应力。该方法为油气井钻井过程中出现的井漏波纹管堵漏施工时膨胀内压的确定提供了依据。