不同布孔形式筛管的抗压溃强度有限元分析

为研究不同布孔形式对筛管抗压溃强度的影响,基于弹塑性理论,以ABAQUS软件为开发平台,建立了考虑初始椭圆度的不同布孔形式筛管的有限元模型,并利用试验数据对模型进行了验证,研究了外压作用下平行布孔、交错布孔和螺旋布孔筛管在不同结构参数下压溃强度的变化规律。研究结果表明:当孔密和孔径都较小时,螺旋布孔筛管压溃强度大于其他布孔形式;当孔径和孔密较大时,交错布孔筛管压溃强度大于其他布孔形式;随着孔径或孔密的增大,螺旋布孔筛管压溃强度降低最为明显;在孔径或孔密增大初期,交错布孔筛管压溃强度下降速度近似等于平行布孔筛管。所得结论可为筛管布孔形式的选择及参数优化提供参考。     

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。     

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。     

热采井砾石充填防砂筛管外挤受力分析及应用

筛管外挤力研究分析是筛管砾石充填防砂热采井筛管强度校核和入井防砂管柱设计优化的基础。国内外对筛管外挤力的研究较少,尚缺乏相应的解析计算方法。温度膨胀效应和接触应力约束作用是热采防砂井筛管-砾石层界面变形的制约因素。文中首先建立了温度效应造成的砾石层-地层系统内径变化计算模型和筛管外径变形模型,然后借助Lame方程求解得到筛管-砾石层界面位移与外挤力之间的关系曲线。综合考虑温度膨胀效应和接触应力约束作用,提出了热采井筛管外挤力计算的筛管-砾石层-地层耦合模型,并采用图版法求解筛管外挤力。实际计算表明,当井底温度达到350℃时（井底升温300℃）,温度效应造成筛管-砾石层界面位移为1.855 mm,该位移条件下的筛管外挤力为17.78 MPa。该成果可为热采防砂井筛管强度校核及砾石充填施工提供依据。     

热采井高温条件下机械筛管强度变化规律模拟研究

热采井井下高温条件将对机械筛管的强度产生较大影响,进而影响其挡砂性能。为了对高温条件下筛管的强度进行准确预测,考虑热采井实际生产条件,分析了高温条件下机械筛管材料各项强度参数随温度变化规律。建立了高温条件下机械筛管强度计算方法; 采用渤海某油田典型井热采生产条件,对CMS金属网布筛管进行强度随温度变化的敏感性分析,并与实际强度测试结果对比。结果表明,应用此方法计算筛管的强度,误差小于10%,其计算精度满足工程要求。对4种常用筛管材料进行材料强度和筛管整体强度随温度变化的敏感性分析,结果表明TP100H钢材的强度性能较好。为交变高温条件下的机械筛管的强度预测提供可靠依据。     

基于油井生产动态数据的出砂油井筛管冲蚀模型

筛管冲蚀损坏是油井常见的防砂失效形式,现有筛管冲蚀模型过于复杂,不能直接应用于在役油井筛管失效风险的量化分析。为了解决筛管冲蚀模型的现场应用问题,首先通过大量的室内实验数据拟合建立了冲蚀质量损失率的数学模型,并根据油田现场实际生产情况进一步简化模型,提出表征筛管冲蚀作用程度的参数C,建立了基于油井动态生产数据的筛管冲蚀失效分析的数学模型。以渤海Q油田为例,进行出砂油井筛管失效的计算分析,分析结果与现场测试结果完全一致,表明该模型可有效判断出砂油井井下筛管的工作状态。最后通过在役井C值与冲蚀临界值C_a的对比分析,形成了基于筛管冲蚀在役井的出砂风险预警方法,从而实现精准把控油田的出砂管理风险。     

适度出砂开采标准金属网布优质筛管防砂参数设计实验研究

利用自行研制的全尺寸大型出砂模拟实验装置,测定了不同防砂参数下利用标准金属网布优质筛管(以下简称筛管)防砂后的流量、压降及出砂量,分析了筛管防砂参数与油井产能、出砂量的关系,并建立了适度出砂条件下筛管防砂参数设计图版.研究结果表明:当依据海上油田传统防砂设计要求出砂量控制在0.3‰以内时,要求筛管防砂参数不大于0.88d<,50>(粒度中值);适度出砂开采时允许出砂量控制在0.5‰以内,此时筛管防砂参数可放大到不大于1.27d<,50>;相对于传统防砂设计,本文防砂参数设计可提高油井产能30%以上.该研究成果目前已成功应用于NB35-2油田.     

防砂筛管受热变形分析

为提高稠油热采井防砂效果,基于线弹性热—固耦合理论,考虑筛管弹性模量及屈服强度随温度变化、钻孔对筛管中心管强度影响,利用FEPG系统开发了防砂筛管热稳定性分析有限元程序,对不同工况下防砂筛管稳定性进行了模拟。其模拟结果表明,筛管弹性模量及屈服强度受温度影响较大,随着温度的升高、口袋沉砂密实程度的增大,防砂管柱等效应力逐渐增加。同时,采用动态位移边界对热力补偿器进行建模,热力补偿器的配备可显著增强防砂管柱稳定性。     

筛管抗拉强度计算及全尺寸试验

随着筛网式滤砂管的应用越来越多，钻井和地质工况条件越来越复杂，对筛管的强度要求较高。国内外对基管强度研究主要集中在抗挤性能和防砂性能评价两个方面，而基管抗拉强度研究相关报道较少。为建立筛管抗拉强度的计算公式，满足油田筛管基管设计与选材需要，笔者采用全尺寸试验方法对筛管抗拉强度进行研究，筛管抗拉强度有限元计算值和全尺寸试验值二者误差小于7%,并建立筛管布孔方式(孔眼直径、轴向孔间距、横截面周向孔数)与筛管抗拉强度计算关系式，筛管抗拉强度计算值与试验值相比误差约8%。筛管基管的布孔方式影响筛管的抗拉强度，孔眼直径对抗拉强度影响最大，轴向孔间距影响次之，横截面周向孔数影响最小。     

塔里木盆地东河油田机械防砂物理实验研究

对于各种防砂工艺下的产能,国内外都进行了不同程度的研究,但由于物理模拟实验比较复杂,目前的研究大多局限于理论和数学模型.首先利用三维物理模拟实验装置对塔里木盆地东河油田拟采用的筛管砾石充填、正对产层直接下筛管、压裂充填3种防砂工艺进行了模拟,并比较了这3种不同防砂工艺下的产能,然后将物理模拟实验测量的产能值与所建立的理论模型计算结果进行了对比,结果表明:三维物理模拟实验能较真实地模拟3种不同的防砂工艺和定量地反映其间的产能差异;在相同的实验条件下,产能大小依次为压裂充填防砂工艺、砾石充填防砂工艺、面对产层直接下筛管防砂工艺;三维物理模拟实验模型把防砂和产能有机结合,可用此模型对不同防砂工艺下的防砂效果及油井产能做出正确的评价。     

弯曲套管抗挤强度有限元ANSYS分析方法

针对我国各油田套变井数量上升，工程参数计算复杂的情况，通过建立ANSYS有限元模型，研究了4种常用套管尺寸的抗挤强度与套管弯曲率的关系，提出了使用有限元编程方法，快捷、高效计算在不同套管弯曲率条件下，套管抗挤强度、最大应力的方法，对指导套变井防砂、套管修复及常规油井酸化、压裂等工程作业具有重要的指导意义。弯曲套管最大应力随井眼曲率的增大而增大，最大应力点在弯曲的外侧。同一井眼曲率下，外径越大的套管相应点应力值越大。套管弯曲率增加，抗挤强度下降。弯曲率超过40°·hm^-1以后，抗挤强度下降变缓。     

深井、超深井套管磨损后剩余强度分析

建立了磨损套管的三维有限元模型,结合N80套管实际尺寸和材料参数,模拟计算了不同磨损形态、磨损长度及深度对磨损后套管剩余强度的影响。计算结果表明,套管磨损深度和壁厚不变时,磨损套管的剩余抗拉强度与磨损长度成指数反比例关系,剩余抗挤强度与磨损长度成指数正比例关系;当磨损长度一定时,套管剩余抗拉强度和抗挤强度随磨损深度的增加而线性降低。根据数值模拟计算结果得到了磨损套管剩余强度与磨损长度、磨损深度之间关系的计算公式,为校核、计算套管磨损后剩余强度提供了参考。     

非均匀载荷对割缝管抗挤强度的影响

文章在建立非均匀外载模型的基础上，对结构为N80钢级割缝管的抗挤强度进行了研究。采用有限元法建立了三维有限元模型，根据弹塑性力学理论，借助有限元软件，分析计算了非均匀外挤载荷作用下割缝管的抗挤强度。分析了不同模型在相同不均匀系数、同一模型在不同的不均匀系数的情况下对等效抗挤强度的影响。研究表明，管体抗非均匀载荷的能力远远低于抗均匀载荷的能力，非均匀载荷作用下不均匀系数是影响强度的关键因素。其结果有利于指导在非均匀载荷作用下割缝的设计，对分析套管变形损坏的机理提供了依据，有利于对套损预防提出有效的建议。     

射孔套管抗挤强度理论分析

为了深入研究射孔对套管抗外挤强度的影响程度 ,将射孔套管三维力学模型简化为平面孔板力学模型 ,在外挤压力作用下 ,根据弹性力学理论 ,推导出射孔套管抗挤强度系数的理论公式 ,其理论计算结果与国外文献的实验结果吻合。利用推导的抗挤强度系数理论公式分析孔径、孔密及相位角的变化对其抗挤强度系数的影响 ,其结果为优化射孔设计提供了简便的方法。     

出砂套管受力有限元分析

油气井开采过程中.生产层段由于出砂将在套管外部附近形成空洞,破坏了套管的受力环境,套管外部失去支撑.由于上覆地层压力的作用,使套管在轴向压力作用下产生屈曲变形.本文用弹塑性有限元法建立了出砂段套管屈曲变形的有限元力学模型.根据此模型,分析了某出砂引起套损后,套管的形态;特定上覆层栽荷下,发生屈曲的自由套管段长度.这些结...     

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用弹塑性有限元方法 ,建立了套管的有限元力学模型。给出了磨损量、抗内压强度系数的确切定义。对套管内壁不同磨损量的抗内压强度系数进行了分析计算 ,得出了套管的抗内压强度与内壁磨损量成抛物线关系。并分析了不同磨损量时 ,在内压作用下 ,套管管体达到屈服时 ,磨损量与抗内压系数、套管内VonMises应力以及套管内的位移变化关系。并得出了P110× 2 4 4 .4 8mm× 11.99mm套管结构尺寸下 ,磨损套管抗内压系数与其磨损量的经验公式 ,为磨损套管柱设计提供理论数据。     

水泥环对套管射孔后抗挤毁强度的影响

建立了未射孔套管、不带水泥环射孔套管、外裹水泥环套管的有限元分析模型,对这3种情况下套管的抗挤毁强度进行了对比分析。得出如下重要结论(1)射孔使套管抗挤毁强度显著降低,降低幅度为29%;(2)固结良好的水泥环对于加强射孔套管强度有明显作用,使射孔套管的抗挤毁强度提高188%;(3)水泥环不能抵消射孔对套管抗挤毁强度的伤害,外裹固结良好水泥环的套管,射孔后其抗挤毁强度与无孔套管相比下降156%。     

深井套管柱安全可靠性影响因素分析

套管挤毁给油田造成了巨大的经济损失。采用弹性力学解析及有限元方法,给出了考虑磨损时套管剩余抗挤强度、抗内压强度以及非均匀地应力作用下套管外壁等效外挤载荷的计算方法,分析了非均匀地应力作用下不同套管磨损量对套管强度以及不同地层性质对套管地应力外挤力的影响。研究表明,当磨损度为109／6时,套管的剩余抗外挤强度和剩余抗内压强度降低约30％;套管内壁的Mises应力和套管外壁地应力外挤力随地层弹性模量的增大均明显减小,说明地层越硬,套管将偏于安全。