高温管架中的热传导及其蕴涵的危险性

高温管道中的热传导存在于高温管道的管壁、管道保温层和管道支架之中。笔者提出发生在管道支架中的热传导及其蕴涵的危险性。通过对管架传热过程的分析、必要的近似与假设,得到了特定几何形状管架的温度计算公式。通过常见蒸汽管道的管架温度和受影响的相邻管道的温度的实际计算,求证了上述危险性的存在。     

海底输气管道平均压力的计算与研究

海底输气管道的平均压力是海底管道基础设计的重要参数之一,其预测结果的可靠性和准确性直接关系到管道的安全施工和平稳运行。基于OLGA动态模拟软件,以实际海底天然气输送管道为例,模拟了管道停输时进出口压力及温度随停输时间的变化规律,确定了该工况下的管道平均压力并预测了此时管道是否存在水合物生成的风险。     

内压和侧压作用下管道的屈曲分析

压力管道是薄壳结构，会发生屈曲失稳破坏。采用侧压和内压力联合作用下的力学模型模拟了管道受到滑坡、洪水等自然环境的作用情况，用有限元方法计算管道的屈曲失稳情况。分析了管道的屈曲载荷和屈曲形态，给出了典型的管道屈曲变形模式，并绘出了厚度、内压、缺陷对管道屈曲载荷影响的关系图。     

高温高压气井测试管柱的横向振动与稳定性

从测试管柱内的气流流动诱发管柱横向振动与管柱稳定性的角度进行了分析。根据汉密尔顿(Ham ilton)原理推导了输送天然气的测试管柱横向振动方程,给出了测试管柱横向振动频率与失稳的临界速度计算方程,并讨论了管内流体流速对管柱的振动频率和稳定性的影响。结果表明,天然气在管柱内流动对管道的振动频率和稳定性有较大影响,管柱横向振动的固有频率取决于管道的抗弯刚度EI、管道的几何参数(跨距L、过流面积A)、管内流体密度ρ和流速v,且随着管内流速v、跨距L的增加,管柱横向振动频率呈下降趋势;高温高压气井高流速作用下的实际测试管柱在井筒中可能存在多处失稳,进而导致封隔器失封、测试管柱连接螺纹松扣甚至疲劳断裂等事故。     

热荷载作用下输流管道临界流速解析计算方法

输流管道常用于石油天然气行业中,管道内过高流速会引发结构失稳,因此掌握输流管道临界流速的计算方法至关重要.受热荷载作用下的输流管道也经常被应用于实际工程领域中,比如加热输送的原油管道和供暖管道等.热荷载作用下的输流管道相比于基本输流管道受到热荷载作用引起的轴力,其自然振动频率及临界流速与普通输流管道存在一定的差异.基于...     

油品管道设置热膨胀安全阀探讨

阿尔及利亚5Mt／a凝析油炼油厂项目设计中,未设置隔热层的轻质油品管道是否需要设置安全阀,项目组与业主存在分歧。通过对封闭油品管道内温度和压力的变化过程分析,推导出了两者之间的变化关系式,给出了设置安全阀的判断和计算方法,实际结果证实了设置热膨胀安全阀的必要性。     

往复式压缩机管道柔性分析研究

由于温度和振动的影响,在设计过程中对压缩机组管道进行柔性和动态分析十分必要。针对目前压缩机管道在柔性分析计算过程中,传统的管道支架处理方式对分析计算结果存在风险和成本影响,本文提出在计算模型中对支架参数加以修正,得到更贴近现场实际的计算结果,达到了降低现场运行风险和建造成本的效果。     

裸眼测试井壁失稳概率及参数敏感性分析

为保证南海高温高压区块裸眼测试期间的井壁稳定性，基于裸眼层段高温和渗流特点，结合温度应力理论和多孔渗流效应，建立了裸眼井壁渗流-温度耦合应力模型。对比分析Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则、Hoek-Brown经验准则和能量破坏准则下的井壁失稳临界测试压差，并利用蒙特卡罗模拟，用正态分布和三角分布模拟岩石力学参数计算井壁失稳概率，采用Sobol方法对临界测试压差参数进行全局敏感性分析。研究结果表明，Drucker-Prager准则更适合作为裸眼测试井壁失稳临界测试压差计算准则，小于临界测试压差3～5 MPa时已经存在井壁失稳的可能，最大水平主应力对临界测试压差起到决定性作用。裸眼测试过程中，临界测试压差与实际测试压差的差值应保持在5 MPa以上，对于最大水平主应力变化较大的地层减小测试压差，以防止发生井壁失稳。     

集输站场放空管道低温工况探讨

油气集输站场放空系统是站内设施的重要安全保障。在事故情况下,站内高压气体必须快速泄放。放空管道材质主要参考放空过程中管道的温度进行确定。为保证选材合理性与经济性,有必要深入探讨放空工况下介质和管壁低温工况。基于超压放空和紧急放空过程,结合工程热力学基本规律,分析了放空过程管道温度的影响因素,借助商用软件OLGA探讨并模拟了某集气站放空管道的温度变化规律。结果表明,超压放空后管道温度与介质温度较为接近,但紧急放空后管道温度与介质温度存在明显差异;紧急放空工况中,管道积存气体、管道热容等对管道低温具有一定抑制作用;动态模拟为放空管道合理选材与降低成本提供了技术支持。研究成果为集输站场放空管道精细化设计提供了一定的参考与借鉴。     

海底多相流混输管道压降计算主要影响因素分析

以我国海洋油气开发工程为例,以黑油物理模型为基础,利用PIPERFLO软件,分析了不同压降计算模型、起输温度、气体流量及总传热系数(K)对海底多相流混输管道压降计算的影响。用不同压降计算模型得到的混输管道的压降结果相差很大,在设计混输管道时,应根据实际情况选择合适的模型。设计高粘原油混输管道时,应根据油品物性将起输温度控制在适当的范围;设计低粘原油混输管道时,在满足管道终端温度要求条件下,应尽量降低起输温度。海底油气混输管道存在一个最小压降气液比,按此气液比确定高粘原油混输管道的气体输量,可降低管输原油粘度,从而减小管道压降。对海底多相流混输管道应进行一定的敏感性变量分析和结果预测,以保证管道具有一定的抗波动能力。     

温度对超深裂缝性地层井壁稳定性的影响

温度效应对钻井井壁围岩稳定性的影响不可忽略,特别是超深（>6000 m）裂缝性地层。传统考虑温度效应的坍塌压力预测模型主要适用于连续性地层,温度对裂缝性地层坍塌压力影响的文献研究较少。针对上述问题,首先通过杜哈梅原理确定温度变化产生的诱导应力场,然后利用坐标转换,考虑裂缝渗流场和温度场耦合,获得裂缝面上应力分布特征,最后,将裂缝面应力场代入岩石破坏准则,建立了考虑温度效应的裂缝性地层井壁失稳预测力学模型,研究了温度和裂缝特征对井壁稳定性的影响。研究表明,相同应力和裂缝产状条件下,钻井液循环引起的井壁温度降低增大了井壁垮塌的程度,这与传统模型认为循环引起的温度降低有助于井壁稳定的结论相反;井筒液柱压力一定的条件下,井壁稳定性随裂缝产状发生变化,存在裂缝产状敏感区。对于超深裂缝性地层,随着钻井液循环导致井壁围岩温度降低,增大了井壁失稳风险和程度,在防止井壁失稳的坍塌压力当量密度设计方面应考虑温度和裂缝特征的影响。     

温度对超深裂缝性地层井壁稳定性的影响

温度效应对钻井井壁围岩稳定性的影响不可忽略,特别是超深（>6000 m）裂缝性地层。传统考虑温度效应的坍塌压力预测模型主要适用于连续性地层,温度对裂缝性地层坍塌压力影响的文献研究较少。针对上述问题,首先通过杜哈梅原理确定温度变化产生的诱导应力场,然后利用坐标转换,考虑裂缝渗流场和温度场耦合,获得裂缝面上应力分布特征,最后,将裂缝面应力场代入岩石破坏准则,建立了考虑温度效应的裂缝性地层井壁失稳预测力学模型,研究了温度和裂缝特征对井壁稳定性的影响。研究表明,相同应力和裂缝产状条件下,钻井液循环引起的井壁温度降低增大了井壁垮塌的程度,这与传统模型认为循环引起的温度降低有助于井壁稳定的结论相反;井筒液柱压力一定的条件下,井壁稳定性随裂缝产状发生变化,存在裂缝产状敏感区。对于超深裂缝性地层,随着钻井液循环导致井壁围岩温度降低,增大了井壁失稳风险和程度,在防止井壁失稳的坍塌压力当量密度设计方面应考虑温度和裂缝特征的影响。      

超深井侧钻段泥岩井壁失稳分析

为了解决西部超深硬脆性泥岩地层侧钻过程中井壁易垮塌的难题,从矿物特征及钻井液作用下地层强度的变化规律出发,确定了井壁失稳原因,考虑了层理面产状、井眼轨迹及地应力的综合影响,根据桑塔木组井壁围岩强度破坏条件建立了造斜井段井壁失稳地质力学模型.利用提出的井壁稳定力学模型分析可得,TKX-CH井侧钻段泥岩造斜初期坍塌压力当量密度为1.22 kg/L,实钻采用钻井液密度1.12 kg/L,井下掉块严重;井斜角达到58°时,将钻井液密度降至1.11 kg/L,井下掉块即得到抑制.现场试验表明,相同井斜角和侧钻方位角条件下,随着差应力比值的增大以及泥岩裸露在钻井液中时间的增长,维持井壁稳定的钻井液密度增大.研究认为,钻井设计时应根据地应力状态优选合理的造斜方位,以有效规避地层井壁围岩坍塌失稳风险高的井段,降低安全钻进风险.      

层理页岩水平井井周剪切失稳区域预测方法

为了揭示层理页岩强度各向异性对水平井井周剪切失稳的影响规律,基于直剪试验研究了川南龙马溪组页岩的强度各向异性特征,并与国外典型层理页岩进行了对比;建立了层理页岩井周坐标转换关系模型,结合井周应力弹性解、Mohr-Coulomb弱面强度理论、Mohr-Coulomb准则,建立了层理页岩地层井周剪切失稳区域预测方法;分析了钻进方位对井周剪切失稳区域分布规律的影响。结果表明:弱面与本体强度参数基本呈线性关系,本体内聚力约为弱面内聚力的2.10倍,本体内摩擦角约为弱面内摩擦角的1.20倍,其中川南龙马溪组页岩强度各向异性特征更加显著;考虑层理等弱面影响计算出的失稳区域的形状不是传统的"狗耳朵"形状,而是近似于长方形,这种形状与典型的物模试验结果基本吻合;若页岩地层中存在显著的层理,则井周地层更容易沿弱面剪切滑动,导致水平井坍塌失稳的风险显著增大。利用该方法可以分别计算出井周地层沿弱面剪切、本体剪切和全部剪切的失稳区域分布,为层理发育地层井眼稳定分析、成像测井反演地应力方位等研究提供基础理论支撑。      

煤层气钻井井壁稳定机理及钻井液密度窗口的确定

在煤层中钻井时,保持井壁的稳定具有重要意义。为此,利用有限元软件分析了近井壁裂纹尖端的受力状况,比较了尖端与井壁两处应力集中的情况,结果表明,裂纹尖端受力高于井壁的应力集中约一个数量级。从断裂力学的角度,研究了近井壁裂纹的扩展,分析了裂纹扩展在节理煤岩井壁失稳中所起的作用,讨论了裂纹表面闭合、孔隙压力及井壁渗透性等因素对井壁失稳的影响。利用经典断裂力学理论即应力强度因子理论和最大周向应力准则,对近井壁的裂纹进行了抽象建模,建立了煤岩井壁失稳的判据。根据失稳判据,提出拉剪破坏压力和压剪破坏压力的概念,两者分别为节理煤层钻井液密度窗口的上下临界值,两者之间为井壁稳定,两者之外便是井壁失稳。利用山西沁水盆地的岩心数据及现场钻井资料进行了实例计算,基于常规岩石力学方法求出的破裂压力和坍塌压力分别为19.1MPa、6.4MPa,而用所建立的方法得到的上下临界压力为18.1MPa、7.6MPa。由此证明了所建立的方法得到的密度窗口小于前者,与实际情况更加相符。     

裂缝封堵失稳微观机理及致密承压封堵实验

裂缝性地层堵漏过程中,桥接堵漏材料形成的封堵层受力学因素影响易发生失稳破坏,导致封堵层承压能力较低,产生重复性漏失。基于裂缝封堵层微观结构受力分析,探讨了挤压破碎失稳、摩擦滑动失稳、剪切错位失稳、渗透漏失失稳等4种封堵失稳破坏形式,提出了粒度降级率、表面摩擦系数、剪切强度、堆积孔隙比等评价封堵失稳的特征参数;给出了裂缝致密承压封堵物理模型,即通过合理的堵漏材料类型和粒径级配优化控制,有利于在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层。研制了长裂缝封堵模拟实验装置,开展了致密承压封堵模拟实验研究。实验表明,不同类型堵漏材料优化协同作用,可增大封堵层抗压强度、表面摩擦系数和抗剪切强度,形成紧密堆积结构,易在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层,提高裂缝封堵突破压力,预防井漏。     

影响煤层气水平井井壁稳定性的地质因素分析

通过煤矿井下实测,直观描述了煤层水平孔的失稳、垮塌特征,统计分析了煤层水平孔稳定性与埋深、煤坚固性之间的关系,并应用晋城地区现有煤层气水平井的实际排采数据进行了对比分析。认识到影响煤层气水平井井壁稳定性的主要地质因素是:小微构造、地应力、埋藏深度,其中小微构造导致水平井眼易穿过构造软煤区,地应力、埋藏深度会增加井壁的受力导致井壁失稳垮塌。研究结果为从地质方面预防井壁失稳提供了理论依据。     

基于实钻资料的井壁稳定实时预测理论

实际工程要求对井壁稳定问题做到提前预知,因而井壁稳定实时预测研究意义重大。基于实钻录井和测井资料提出了井壁稳定实时预测方法。将发生变形的井眼看作椭圆形,应用弹性理论的复势解法及叠加原理得到井壁应力分布,从而建立井壁围岩的变形程度与岩石物理力学性质、地应力、孔隙压力、泥浆密度及理化性质的关系,在此基础上由泥浆录井和测井资料,反算地应力及孔隙压力,从地震反演得到的岩石力学模型中提取钻头下方一定深度范围内的地层密度和声波时差数据,计算待钻地层的压力曲线,从而实时预测钻头下井段井壁稳定。该方法应用在川东北部地应力复杂地区,取得了较满意的效果。     

塔河油田深侧钻井防塌钻井液技术

塔河油田深部巴楚组和桑塔木组地层为以伊/蒙混层或伊利石为主的硬脆性泥页岩地层,水化分散性较强且发育有微裂缝,钻井过程中易因泥页岩水化而导致井壁失稳,为此,提出了"抑制表面水化-物化封堵-有效应力支撑"三元协同防塌对策,并构建了三元协同防塌钻井液。室内性能评价试验结果表明:三元协同防塌钻井液抗温达170℃、抗盐5.0%、抗钙0.5%~1.0%、抗劣土8.0%,泥页岩膨胀率和滚动回收率分别为5.05%和91.33%,能封堵宽400 μm的裂缝,承压能力达到4 MPa。三元协同防塌钻井液在塔河油田20余口井进行了应用,均未发生由于井壁失稳造成的井下故障,桑巴楚组和桑塔木组地层的井径扩大率平均降低63.4百分点,建井周期平均缩短4.3 d。这表明,三元协同钻井液防塌技术可有效解决塔河油田深侧钻井巴楚组和桑塔木组地层的井壁失稳问题。      

5 dam^3圆筒固定拱顶储罐失稳分析和修复

石油化工行业广泛使用的大型拱顶储罐在使用过程中经常发生失稳凹瘪,对某公司1台5 dam^3立式圆柱拱顶储罐失稳凹瘪原因进行了分析,得出该储罐失稳凹瘪的主要原因是在暴雨天气下,温度骤降引起储罐内负压增大,加上大风的联合作用使储罐壁承受的局部外压超过了临界压力.参照API-2000,GB 50341-2003等标准对储罐失稳凹瘪原因进行分析和计算验证,并对其进行了修复和改进.在设计储罐时应优先考虑采用抗风圈来提高失稳临界压力;在施工中应结合具体情况,可适当挪动抗风圈的位置以增强灵活性和可靠度.