基于Ansys数值分析优化割缝筛管结构设计

割缝筛管是一种防砂和井眼支撑的重要完井工具,广泛应用于石油工业的水平井、侧钻井、分支井等完井中。受地质等因素的影响,筛管破坏形式有很多种,筛管设计时应在满足原油流通面积的同时,具有足够的强度和使用寿命。该文针对常用的直线平行割缝筛管给出了参数设计方法和优化思路,并应用有限元分析软件对筛管强度进行了数值模拟分析。Ansys有限元分析软件对筛管强度的分析和结构优化具有一定的指导意义,结合现场统计信息的割缝筛管参数设计方法,优选合理的缝长、周缝数和轴向缝间距对于提高筛管强度,降低生产成本具有重要意义。     

基于抗挤强度及表皮因子的割缝筛管参数优化

针对割缝筛管参数优化问题,提出应综合考虑筛管抗挤强度及表皮因子进行多目标优化。利用有限元数值模拟方法建立了筛管抗挤强度模型,采用割缝筛管表皮因子模型表征油井生产效率。利用抗挤强度模型及表皮因子模型对缝形进行了优选,在缝形优选的基础上进行了缝宽、缝长及缝密对抗挤强度和表皮因子的影响规律分析;采用响应曲面设计方法,得到不同影响参数与抗挤强度、表皮因子之间的多元回归方程;基于多目标优化方法,以筛管最大抗挤强度、最小表皮因子为优化目标,建立了割缝筛管优化设计模型,得出了高抗挤强度、低表皮因子的割缝参数的最优组合。多目标优化结果表明:选择大缝宽和小缝长或小缝宽和大缝长组合以及高缝密、小间隔的筛管有较好的抗挤性能和过流性能。研究结果对延长筛管寿命和保证油气井的安全生产具有重要意义。     

割缝筛管抗挤压强度综合因素有限元分析

确定不同参数下割缝筛管的抗挤压强度的变化趋势是合理设计割缝筛管的重要依据。利用CATIA软件,根据弹塑性有限元法建立了不同参数下割缝筛管强度分析的空间力学模型,该模型可以通过任意改变尺寸参数,对其抗挤压强度进行综合因素的有限元力学分析。结果表明:缝长是影响割缝筛管抗挤压强度的主要因素,在缝数和缝宽一定的情况下,随着缝长的增大抗挤压强度降低,不同缝长,降低的程度不同;在其他参数不变的情况下,缝间距变化对割缝筛管的抗挤压强度系数影响很小。研究结果为合理地选择割缝筛管的设计参数、提高其使用寿命提供了一定的理论依据。     

基于ANSYS的割缝筛管应力分析和结构优化

防砂完井中割缝筛管使用广泛,但对其应力和结构研究不足。应用ANSYS软件对割缝筛管进行有限元数值模拟,可以得到在采油工况下割缝筛管的应力分布。通过改变割缝筛管的结构参数,得到结构参数与最大应力的关系,从而可以优化割缝筛管结构。     

水平井割缝筛管下入强度研究

针对水平井完井中割缝筛管下入过程中的强度问题,建立了割缝筛管强度计算模型。采用模拟试验和有限元分析2种方法对水平井割缝筛管的强度进行研究,并进行了对比分析,结果表明,在割缝筛管弯曲段割缝尖端处的轴向应力较大,使缝张开的应力和剪应力均较小;对于宽度为0.5mm,缝长80mm,每周30条缝,缝间距20mm的割缝筛管最大Mises等效应力为252.88MPa,小于其材料的屈服强度,因此该割缝筛管强度满足实际应用要求。提出的研究方法为割缝筛管研究提供了新的思路,可用于割缝筛管强度分析、可靠性评估和割缝筛管优化设计。     

蒸汽吞吐水平井割缝筛管完井参数优化模型

为解决蒸汽吞吐稠油水平井割缝筛管完井理论研究落后于工程应用的问题,综合水平井蒸汽注入阶段、焖井阶段、生产阶段的传热与传质分析,建立了割缝筛管完井参数优化模型,分析了割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数、圆周割缝数、割缝堵塞对水平井产能的影响。结果表明:水平井产能随着割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数的增大而增大,且变化逐步趋于平缓;对割缝筛管完井水平井产能影响大的因素是割缝长度、割缝密度、割缝堵塞厚度;割缝堵塞最大可造成高达65%的产能损失;以"砂桥"原则设计割缝宽度会限制产能,在高油价条件下可以考虑放大割缝宽度适度出砂。     

梯形割缝筛管的参数优化设计研究

在充分考虑了原油渗透率、流动阻力及使用寿命等因素的基础上,以强度约束为主要约束条件,利用混合遗传算法多目标优化方法,对梯形割缝筛管的参数进行了综合优化设计。优化结果表明,混合遗传算法适用于割缝筛管参数的多目标优化,优化后的割缝筛管防砂效果理想、防砂周期长。     

基于ANSYS的大尺寸割缝筛管布缝参数设计

根据油井防砂及产量要求,设计大尺寸割缝筛管替换小尺寸筛管,并使其与小尺寸筛管的强度相当。建立了割缝筛管受力分析的有限元模型,对177.8 mm(7 in)割缝筛管进行应力校核,确定177.8 mm筛管在拉伸、压缩和径向挤压3种载荷下的局部应力最大值,并将其作为244.5 mm(9in)筛管的设计参照值。在同时满足拉伸、压缩和径向挤压3种载荷条件下,大尺寸割缝筛管若采用交错布缝方式,最大周向缝数为73条,若采用平行布缝方式,最大周向缝数为70条。经现场验证,设计结果满足油田产量和强度要求,保证了油气井安全高效生产。     

煤层气井钢质筛管与非金属筛管强度对比实验

为了改变煤层气井钢质割缝筛管完井成本高的现状,探索研制较低强度的非金属完井管材进而实现煤层气井的低成本完井,采用电测法对J55钢质筛管和PVC非金属材质筛管的抗挤和抗弯强度进行测定,并对比分析割缝宽度和割缝密度对两类筛管性能的影响规律。结果表明:钢质筛管的破坏形式主要是刚度/径向失稳破坏,主要表现为整体变形或筛管短轴内壁割缝变宽而外侧割缝变窄并伴有缝端撕裂;而PVC筛管的破坏形式主要是强度破坏;无论对钢质筛管还是PVC材质筛管,增加缝宽和缝密都会降低筛管的抗挤、抗弯强度,但PVC材质筛管的强度随缝宽和缝密的变化不及钢质筛管明显,因而优选非金属新材料制作筛管时,可以适当增加缝密和缝宽,以提高筛管过流面积。     

复合缝腔割缝防砂筛管的设计与应用

在对现有防砂工艺评述的基础上,研究开发出一种新型复合缝腔割缝防砂筛管。该种防砂筛管采用双梯形复合缝腔及过渡圆弧设计,无尖锐棱角,缝腔容积逐渐增大,使油流通道为逐渐加宽的缝腔,具有流阻小、防砂效果好、强度高、使用寿命长、可重复使用等特点。详述了该防砂筛管的结构特点和流阻分析;利用ANSYS软件对新型筛管的抗挤压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗扭强度进行了分析计算,为筛管的实际应用提供了理论依据。最后给出了复合缝腔割缝筛管在胜利油田的现场应用情况。     

石油割缝筛管的现状

因绕丝筛管在使用中出现乱丝、缝隙变形等问题，在钻井完井、采油防砂中应用割缝筛管。根据油井地质状况和产量要求，设计割缝筛管的结构及参数。在分析了筛管的各种加工方法的优缺点后，着重介绍了激光切割法。用激光不但可切割出任意缝型结构和布缝状态的筛管，而且在切割面上形成了较厚的硬化层，可增强割缝的耐磨性和耐腐触性，延长筛管使用寿命。     

水平井割缝筛管完井技术应用

水平井采用割缝筛管完井是开发裂缝性油藏的有效手段,文中对割缝筛管缝隙,过流面积,长度和强度进行分析,通过女MH2井和女MH3井等井应用,针对割缝筛管堵塞问题,提出利用水力剖刷配合酸溶解堵剂解决。在吸收国外完井管柱技术上开发不留塞选择性完井工艺技术,并增加割缝管水力解堵技术,解决了割缝筛管存在的问题。文中还对配套工具等进行介绍。     

不同布缝形式的割缝筛管抗挤强度有限元分析

针对割缝筛管不同缝槽排列形式会影响筛管抗挤强度的问题,考虑了平行、交错和螺旋3种不同的布缝形式,并以有限单元法为基础,同时建立割缝筛管的力学模型,分析出割缝筛管在3种不同布缝形式下的抗挤强度。计算结果表明,平行和交错布缝形式对割缝筛管抗挤压强度的影响基本相同,而螺旋布缝对割缝筛管抗挤压强度影响比前两种更大。研究结果可为合理地选择割缝筛管的参数,延长其使用寿命提供一定的理论依据。     

割缝防砂筛管抗挤强度有限元计算模型

针对割缝防砂筛管周围或缝内部堵塞，造成井眼压力增加，可能会导致筛管被挤毁的问题，采用有限元方法，通过大型有限元程序，建立了其抗挤强度的有限元计算模型。根据弹塑性理论，对割缝防砂筛管进行分析，得出其抗挤强度。结果与国外的实验数据进行对比，数值模拟结果比实验值略大，但两者相差较小，证明了该模型的正确性。为其他尺寸割缝筛管的抗挤强度设计提供了一种数值计算方法。     

均匀载荷作用下割缝筛管的应力分析研究

割缝筛管是采油防砂的一种重要的器材,但是研究表明,分布在割缝筛管上的割缝对其应力分布有很大的影响,所以确定不同参数下割缝筛管的应力的变化趋势是合理设计割缝管的重要依据。文章采用有限元法建立割缝 筛管的三维有限元力学模型,以CATIA为软件平台,对钢级为N80的石油割缝筛管进行有限元数值计算分析。结果表明,在缝数、缝长和缝间距一定的情况下,随着缝宽的增加,对应力分布没有明显的影响;在缝长、缝宽和缝间距一定的情况下,随着缝数的增加,应力分布趋于均匀,且逐渐减小;在缝数、缝宽和缝间距一定的情况下,随着缝长的增加,应力由均匀分布趋向应力集中,并逐渐增大。研究结果为合理地选择割缝筛管的设计参数,提高其使用寿命提供了一定的理论依据。
     

新型复合缝腔割缝筛管的强度计算及失效分析

在评述现有防砂工艺的基础上,研究开发出一种新型复合缝腔割缝防砂筛管。该种防砂筛管具有流阻小、防砂效果好、强度高、使用寿命长等特点。详述了该防砂筛管的结构特点及防砂原理,并利用ANSYS软件,计算了各种工况下的强度值,为建立割缝筛管强度标准提供了依据。结合油田现场使用情况,对重要失效形式--抗挤压失效形式进行了分析、预测,提出了一种判断井下割缝筛管失效的方法,为油田开发减少损失、提高经济效益提供了理论依据。胜利油田现场应用结果表明,该种新型复合割缝筛管进行防砂效果好,渗透能力强,耐腐蚀,且施工方便。     

新型割缝筛管的设计及安全性评价

针对欠压实、胶结疏松油藏尤其是稠油油藏的特点 ,并综合考虑经济等因素 ,提出不等密度布缝的割缝筛管完井新概念并研制出新型割缝筛管 ,解决了稠油开采中的油井出砂问题。这种筛管防砂效果好 ,不阻隔油气流 ,耐腐蚀 ,不易形成砂堵 ,使用寿命长 ,制造容易 ,很容易实现不等缝眼密度和不等缝宽布缝 ,便于实施不等密度布缝和缝宽完井。与未割缝套管相比 ,新型割缝筛管的抗拉、压强度和抗扭强度减小不多 ,可以满足完井作业和井下工况的需要。     

割缝筛管防腐与防垢技术研究

开采油、气、水资源,要求割缝筛管同时具备防砂、防腐和防垢的性能。介绍了一种具有防砂、防腐和防垢性能的割缝筛管及其加工方法。通过对相同材质、不同加工方法制成的两种割缝筛管试件的室内对比试验,证实了使用高含硼特殊刀具磨削加工的割缝筛管缝隙表面具有很好的防腐和防垢性能。对割缝筛管试件的X光电子能谱分析和扫描电镜观察分析,证实了这种筛管缝隙表面有Fe2B和FeB的存在。分析和阐述了该筛管的防腐和防垢机理、加工方法和设计依据,并根据割缝筛管的结构特点和工况,定义了割缝筛管的防腐、防垢性能与套管（油管）的材质匹配关系等。     

基于渗透率损失规律分析的稠油井割缝筛管割缝宽度优化

新疆油田某油区内出砂稠油热采井普遍采用割缝筛管进行简易防砂,割缝筛管缝宽设计缺乏依据,防砂后油井产能损失严重,亟需开展割缝筛管缝宽设计的相关研究.模拟目标油区稠油、地层水携砂流动与地层砂条件开展割缝筛管挡砂堵塞实验,分析不同缝宽割缝筛管在稠油堵塞以及稠油与地层砂复合堵塞条件下渗透率变化规律与挡砂情况,结合防砂性能指标定...     

薄互层稠油油藏二次防砂井工艺及应用

薄互层稠油油藏热采过程中防砂体系易失效,在对失效井扶躺时,需要分析二次防砂后油井产能,同时优化防砂筛管参数以确保油井二次防砂措施的有效性。通过精细描述Cinco-Ley产能模型中机械防砂的表皮系数,使之适用于薄互层油藏二次防砂油井;同时,在应用产能公式的过程中,提出了筛管拟渗透率的概念,以量化描述筛管渗透性。在Moriche油田二次防砂筛管设计中,优选渗透性更好的φ101.6 mm割缝筛管作为防砂筛管;基于杆管强度理论和热应力影响,优化了割缝长度和割缝密度。将二次防砂优化结果运用于Moriche油田的MKT-13井,取得了MTK-13井产能降低幅度小于5%的效果。该研究对薄互层稠油油藏二次防砂井具有重要意义。