三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力测试分析

采用应力电测法对三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力进行了实际测试 ,测试结果表明 :单齿压入时 ,齿孔变形将受到牙轮纵横向刚度差异的影响 ,在一定过盈量情况下 ,齿孔变形呈椭圆趋势 ;随着过盈量的增加 ,齿孔孔表的周向应力和径向应力将全部变成拉应力 ,这是导致齿孔产生裂纹的重要因素 ;邻孔压齿对测试孔装配应力有明显的影响 ,影响程度与齿孔距有关 ;齿孔计算模型以及牙轮设计和加工过程中 ,必须考虑牙轮纵横向刚度以及邻孔压齿的影响。     

射孔完井出砂预测新模型及其在射孔优化中的应用

分析了射孔完井的油层出砂机理，以线弹性理论为基础，考虑变温应力和流体渗流作用的拖曳力影响，建立了一种新的射孔完井出砂预测模型。应用该模型研究射孔方位、射孔参数对油井出砂的影响，结果表明，深穿透射孔弹比大孔半径射孔弹能更好地避免孔道出砂，采用定向射孔能有效地减少油井出砂问题。其结果对砂岩油藏射孔优化设计具有一定指导意义。     

页岩气分段压裂水平井非稳态渗流模型

有关应力敏感页岩气藏分段压裂水平井渗流的解析模型很少,在考虑页岩气吸附解吸附、基质内非稳态扩散及应力敏感的前提下,应用拉式变换、摄动变换、镜像原理以及叠加原理等方法,建立了页岩气分段压裂水平井半解析模型。模型计算结果表明,页岩气分段压裂水平井可分为6个渗流阶段,即线性流、第一径向流、双径向流、天然裂缝系统径向流、窜流阶段和整个系统径向流动。应力敏感主要影响后5个流动阶段,考虑应力敏感的无因次井底压降是不考虑应力敏感的几倍之多,且开发后期无因次压降导数曲线往往上翘,表现出封闭边界影响的特征。如果计算分析时不考虑应力敏感的影响,计算结果会产生较大的误差,且会得出错误的试井解释。所建的半解析模型为快速预测页岩气分段压裂水平井的产能、认识压裂水平井渗流规律和评价分析压裂效果,提供了一种非常有用的方法。     

考虑拖曳力的出砂预测新模型及应用

以往油井出砂预测模型都建立在静态基础上,与实际情况存在一定偏差。针对此问题,分析了射孔完成井的油层出砂机理,以线弹性理论为基础,以Fairhurst推导得到的井眼周围应力分布表达式为依据,得出射孔孔眼周围的应力表达式及射孔孔眼壁上任意位置的周向有效应力表达式,同时考虑变温应力和流体渗流作用的拖曳力影响,建立了一种新的射孔完井出砂预测模型。对实例井分析表明,该模型计算结果与实际情况更吻合。应用该模型研究了射孔方位、射孔参数对油井出砂的影响,结果表明深穿透射孔弹比大孔径射孔弹能更好地避免孔道出砂,采用定向射孔能有效地减少油井出砂问题。其结果对砂岩油藏射孔优化设计具有一定的指导意义。     

测试生产中不同渗流机理下油气井出砂量分析

测试生产期间,由于油气的渗流作用会导致直井出砂,若出砂量太大,可能埋住生产管柱。从相态、渗流模型、地应力三方面分析了径向渗流作用下直井近井地层岩石应力状态。岩石破坏服从莫尔库伦准则。计算结果表明:在均匀地应力场中,井壁围岩应力达到坍塌临界状态时,Darcy渗流作用的油藏坍塌不在近井地层内继续发展,而Darcy、DarcyForchheimer和考虑加速效应渗流作用的气藏井壁围岩应力满足一定条件时坍塌在近井地层内继续发展,其中考虑加速效应渗流作用的气藏井壁围岩应力最先达到临界坍塌状态并且坍塌更易在近井地层发展。非均匀地应力场中,即使考虑渗流作用,无论那种渗流机理作用的井壁围岩都最先在最小水平主应力方向上发生坍塌,考虑渗流作用后,可能在最大水平主应力方向上发生坍塌并且有可能最大,并给出了出砂量的计算公式。     

304不锈钢管道环焊缝热力耦合有限元模拟

 为合理控制304不锈钢管道环焊缝焊接残余应力,运用有限元软件ABAQUS建立二维轴对称壳单元模型,模拟管道环形焊缝的焊接过程,获取了304不锈钢管道环焊缝温度场和应力场的分布规律。在焊件上表面提取了特征点的热循环曲线,同时获取了焊接过程中焊接接头径向某一截面特征点同一时刻的温度场分布特征。对管道环形焊缝内外表面残余应力的分布规律研究表明,管道焊缝及靠近焊缝区,内表面的轴向残余应力是拉应力,外表面的轴向残余应力是压应力;内外表面的横向残余应力都是拉应力,而径向残余应力主要是压应力,上表面的余高两侧热影响区受到少许拉应力作用。     

孔隙压力变化对水平井井壁围岩应力的影响

针对水平井井壁围岩应力随井壁渗流压力变化的问题,考虑井内流体渗滤造成井壁岩石孔隙压力和孔隙度变化,推导孔隙度与井内流体压力和渗滤半径的理论关系,建立考虑孔隙压力变化的井壁围岩应力计算模型。应用模型计算表明：孔隙压力变化对井壁上径向、周向和轴向应力大小影响明显,渗滤带内随着距井眼中心距离增加,孔隙压力逐渐趋于地层初始压力,考虑和不考虑孔隙压力变化计算得到的径向、周向和轴向应力差值逐渐减小,在渗滤边界处考虑和不考虑孔隙压力变化计算得到的各向应力数值相等。     

基于水泥石实验数据的水泥环力学完整性分析

气井环空带压是高温、高压、高酸性气井开发中面临的一个重要难题。为此,针对从固井到生产作业中影响固井水泥环力学完整性的问题,采用弹塑性力学理论,建立套管-水泥环-地层系统耦合力学模型,求解水泥环Tresca应力和径向位移。结合龙岗气田X井尾管固井水泥石三轴应力实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度、屈服应变等岩石力学参数,进行了尾管固井段水泥环力学完整性评价：①固井初期,同一井深处,井筒内压力越大,水泥环受到Tresca应力和水泥环径向位移越大;相同内压下,随着井深的增大,水泥环受到的Tresca应力变化很小,但水泥环径向位移增加较为明显。②生产阶段,由于井筒内压力逐渐降低,水泥环受拉应力作用,水泥环移动方向与固井初期移动方向相反,随着压力的降低,在同一井深处,水泥环受到的Tresca应力和水泥环径向位移都变大;随着井深的增加,Tresca应力和径向位移逐渐增大。评价结论认为该井测试及生产期间不会引起尾管段水泥环力学完整性失效。     

海上异常高温高压气藏产能评价方法

储层应力敏感性对气藏开发具有一定的影响,随着敏感性的增强,产能表现出明显降低的趋势。目前关于海上高温高压气藏考虑应力敏感性的产能研究较少,且海上气田受制于生产平台的限制,生产井一般为大斜度井,井斜产生拟表皮因数对产能也有较大影响。从渗流力学的基本理论出发,建立了综合考虑应力敏感性和高速非达西效应的大斜度井稳态产能方程, 并对中海油某高温高压气藏进行了实例分析,验证了产能方程的可靠性。通过研究可知,高温高压气藏在开发初期应尽量降低采气速度,保持地层压力,防止产能过快下降。     

压力和温度共同作用下的水泥环应力分析

高温高压井中井筒压力和温度变化较大,会给水泥环的力学性能带来严重影响.基于弹性力学多层厚壁圆筒理论,建立了耦合压力、温度的水泥环力学理论模型,研究了水泥环中径向应力和切向应力的分布规律.研究表明:持续套管压力值为10~50 MPa且井筒温度变化值为-50~50 ℃时,水泥环总体上沿径向受压,沿切向受拉,二者最大值均位于水泥环内壁;井筒温度变化值一定时,水泥环中径向压应力和切向拉应力随持续套管压力值的增大而增大;持续套管压力值一定时,水泥环中径向压应力和切向拉应力随井筒温度的升高而增大,随井筒温度降低而减小;井筒温度升高会加剧水泥环的切向受拉失效风险,井筒温度降低却可能导致水泥环径向密封失效.因此,高温高压井应考虑井筒温度变化对水泥环应力的影响,建议采用低弹性模量水泥浆固井,并提高水泥环与套管和地层的胶结强度,以提高水泥环的整体力学性能.      

某超深井油管腐蚀开裂分析及对策研究

现有的酸液缓蚀剂对消除高温环境下酸性高浓度盐水对超级13Cr材质油管的应力腐蚀是无效的,实际生产应用中导致了应力腐蚀开裂,需研发新型缓蚀剂解决高温酸液及高温酸性高浓度盐水的应力腐蚀。研究已有缓蚀剂缓蚀机理的基础上,分析了其不足之处,提出了聚合成膜的缓蚀机理,即利用一些化合物在酸液环境中在一定条件下相互反应,生成含至少2个活性功能团中间产物,可在金属表面快速生成聚合物膜。基于该理论,研发了新型缓蚀剂,在高温高压动态腐蚀速率测量仪测试,180℃下,15%盐酸腐蚀速率最低为16.0 g/m2·h;四点弯曲法测试证实该缓蚀剂显著消除了酸性高浓度盐水在高温环境中对超级13Cr材质试片产生的应力腐蚀开裂。新型缓蚀剂可有效减少超级13Cr材质油管在超深高温高压气井中产生的应力腐蚀开裂。      

圆筒径向接管开孔补强计算两种分析方法的比较

对比有限元分析方法和GB 150—2011的弹性薄壳理论应力分析法在圆筒径向接管开孔补强的分析结果发现,由于应力奇异性,有限元分析结果是偏保守的。因此,推荐使用GB 150—2011的弹性薄壳理论应力分析法来计算圆筒径向接管开孔补强     

高温高压气井、凝析气井井筒及近井地带的压力变化规律

高温高压气井的井筒温度与压力的分布是气藏开发方案制定和调整的重要数据。为此,在井筒摩阻室内模拟实验及高温井筒温度室内模拟实验的基础上,优选了高温高压天然气PVT物性参数计算方法,开展了高温高压气井、凝析气井井筒及近井带温度、压力分布规律的理论研究,解决了该类气井的动态监测难题;建立了考虑井流物组成、流体相态、含水量、井身结构、动能损耗、重烃含量、环境温度等多种因素影响的井筒压力温度耦合计算模型;编制了高温高压气井、凝析气井井筒动力学软件,可实时获取气井压力、产能变化规律及储层动态参数信息。现场应用结果表明,这为实时了解气田及单井的生产动态、及时进行平面产气结构优化、制定合理开发技术对策提供了技术手段。     

酸压井酸蚀蚓孔区对产能的影响

针对酸压后蚓孔区影响油井产能问题,将酸压井的酸蚀蚓孔区考虑为双重介质系统,导出酸压井蚓孔区渗流模型。将蚓孔区双重介质渗流数学模型结合裂缝流动模型、地层线性流模型以及地层拟径向流模型求得各流动阶段井底压力解,从而建立了考虑蚓孔影响的酸压井产能公式。对各个渗流阶段无因次时间与无因次导流能力的分析结果表明,蚓孔区对低渗透油藏的酸压产能影响明显。研究结果为合理预测酸压井产能提供了一条可行途径。     

煤层气储层孔渗参数的应力响应特征

由于煤岩质软易碎且力学强度小,煤层气储层具有较强的应力敏感性。在开发排采过程中受孔隙流体压力减小、有效应力增大的影响,储层中的孔-裂隙发生闭合,孔隙度和渗透率降低,致密程度增强,煤岩体对应力的响应程度也随之发生改变。基于力学形变理论,通过推导建立耦合力学应变的孔渗模型,计算并分析轴向应力作用下的煤岩孔隙度和渗透率变化规律,并采用"平均孔隙压缩系数"函数代替传统火柴束模型中的孔隙压缩系数常量,形成改进火柴束模型,以此来分析孔隙压缩系数改变对孔渗参数的影响。结果表明:随轴向应力增加,煤岩的孔隙度、渗透率及孔隙压缩系数均减小;孔渗参数与轴向应力之间满足负指数型数量关系;孔隙压缩系数随轴向应力的动态变化引起孔隙度和渗透率随轴向应力降低的速率减慢。因此,煤层气储层孔渗参数与应力应变之间具有地质关联性,评判储层物性时应考虑孔渗参数的应力敏感程度。     

压力容器非径向斜接管开孔补强研究

压力容器由于工艺需求,需要设置非径向倾斜接管,使用常规设计软件无法计算。运用ANSYS有限元分析软件对压力容器筒体上的非径向倾斜接管结构进行应力分析,对接管与设备连接区应力线性化处理,获得了压力容器接管连接区应力分布,结果表明筒体上非径向倾斜接管开孔补强合格。     

卡在卡瓦内管柱力学模型的探讨

在分析国内外卡在卡瓦内管柱力学模型的基础上，采用ANSYS软件，对钳牙与钻杆进行三维接触分析，弄清了钳牙与钻杆的接触状况，揭示了钳牙接触应力的分布规律；在此基础上确定了合理的管柱力学模型：将管柱视为厚壁筒，卡瓦夹紧部分的管体的径向位移非均匀分布，卡瓦夹紧力均匀分布，考虑轴向拉应力和卡瓦下边缘管柱横截面上的弯矩，为卡瓦的结构优化设计和新型卡瓦的研制提供一定的指导。     

加气站地下储气井井底封头有限元分析

高压气地下储气井井底封头是一加工部件,与N80套管通过丝扣连接成一个整体,构成高压密闭储气装置。结合地下储气井工况建立适合井底封头的有限元模型,模拟分析在CNG储气和考虑储气介质温度影响下井底封头的应力变化。研究结果表明,井底封头在弹性范围内,处于安全状态,但温度对地下储气井的疲劳寿命有不可忽视的影响,考虑了温度变化情况下的疲劳寿命预测值将更趋于合理。     

内压圆筒上不同接管型式的有限元分析

文章基于文献[1]的实验,采用三维有限元法对实验中的内压圆筒开孔接管区进行了应力分析,获得了筒体、接管及其连接部位的应力分布结果,并对比分析了径向和周向斜接管结构的应力分布情况。分析结果表明,容器开孔接管处应力分布复杂,并产生明显的应力集中,其应力集中系数随着距接管与筒体连接处的距离的增大而快速降低;周向斜接管结构的应力分布规律与径向接管结构的相类似,最大应力强度均出现在连接处且位于筒体的纵向截面的内侧区域;与径向接管结构相比,周向斜接管结构的最大应力强度较小;而且,随着周向斜接管结构的倾斜角α增大,其最大应力值变小。     

压力容器非径向开孔结构的应力分析和强度评定

压力容器在开孔区域的结构不连续性,使得开孔处会出现应力集中现象,导致局部高应力区。开孔形状对局部应力分布有直接影响。文章采用ANSYS Workbench有限元软件,对压力容器筒体上3种形式的尺寸和位置均相同的非径向开孔结构(即矩形、带圆角矩形和带圆角平行四边形开孔)进行应力分析和强度评定。结果表明:矩形开孔的结构强度最差,带圆角平行四边形结构次之,带圆角矩形结构受力最好。同时可以看出,带圆角矩形开孔的最大等效应力最小,最大变形量与平行四边形相当,体现出圆角矩形开孔的优越性。可为压力容器非径向开孔设计提供一定的参考。