水力锚损伤套管数值模拟分析

本文采用有限元分析软件ANSYS研究封隔器座封后水力锚对套管应力与变形的影响规律。研究认为锚爪齿面接触处的套管当量应力、径向应力均呈非均匀分布，存在应力集中，套管发生径向变形，导致套管内壁曲率增大。锚爪不同部位与套管接触点处的接触压力数值呈非均匀性，各接触点处的接触压力值并不一定随着水力锚上的作用力增加而增加。     

载荷性质对套管抗挤强度的影响

建立不同壁厚的套管二维平面轴对称和平面应变有限元模型,分析套管在非均匀载荷下的变形特征。分析表明,均匀载荷下,套管的最大应力在内壁产生,且分布均匀,沿径向套管的应力减小。最小应力在套管外壁产生。套管壁厚对套管的抗挤强调影响较大。均匀载荷下,外载越大,壁厚大的套管抵抗变形的能力较大,且抗挤强度可以提高2倍以上。但不同类型套管在均匀载荷下抗挤强度变化不大,因此,为节约成本,在均匀载荷下,可以使用J55套管。在非均匀载荷变化较大的层段应采用P110套管,以提高套管使用期限。     

压裂水泥塞合理长度计算

在压裂载荷作用下,套管和井筒周围岩石会产生径向变形,使水泥塞与套管发生部分脱离,而导致胶结力减小,甚至造成水泥塞滑脱使压裂作业失败。目前,对合理水泥塞长度的计算,主要依靠现场施工经验设计,仍没有完善的理论模型作为依据。本文在假设地层岩石和套管都是均质材料及套管与地层岩石变形量相等条件下,运用拉梅厚壁圆筒理论,建立套管变形及套管外应力分布计算模型,计算出套管变形波及长度和水泥塞失效长度,最终确定水泥塞合理长度。本文模型为压裂水泥塞合理长度计算提供了理论指导,是对现有计算方法的补充和完善。     

大庆深层致密气固井质量对完井套管受力变形规律的影响

为了进一步明确大庆深层气致密储层大规模压裂过程固井质量对完井套管受力变形影响程度,采用有限元数值模拟分析方法,建立了套管、水泥环、地层三维分析模型,模拟不同水泥环缺失工况条件下压裂参数对套管受力变形状态。研究表明,固井水泥环缺失会导致套管受到应力急剧升高,套管存在变形风险。当偏心距离为4mm、8mm、12mm时,随着水泥环厚度的增加,套管受到的最大等效压力呈现不断变大的趋势;当水泥环周向上缺失90°时,固井套管所受等效应力最大,相对于完整水泥环套管承受的最大等效应力增加了66.9%。研究成果可为大庆深层致密气大规模压裂套管变形防治提供依据。     

高压注水引起热应力、泥岩蠕变对套管影响

认识到油藏和注入水之间的温差对地层内部应力都有一定影响,以及高压注水导致泥岩蠕变,会引起的附加载荷挤压套管,套管发生了缩径变形,严重影响了注水效果。采用ANSYS软件,分别对热应力影响和泥岩蠕变的影响建立三维有限元数值分析模型。对模型求解,得到原始地层应力与注水后的应力变化规律,和井眼周围泥岩蠕变附加载荷和套管缩径变形规律。发现注入水温度高有可能使地层内部地应力呈增加趋势,对减少套损、提高注水效率具有一定的指导意义。     

初馏塔进料管线热电偶套断裂分析

对某炼油厂初馏塔进料管线断裂的热电偶套进行了宏观检查、光谱分析、金相分析、断口扫描电镜形貌和能谱分析:热电偶套管螺纹与套管变径处应力集中较大;受介质的影响,套管产生周期性的交变应力,在双重应力的作用下,出现疲劳断裂;被介质中S、Cl元素腐蚀,产生腐蚀疲劳,促进了热电偶套的开裂。     

基于流动模拟的多级离心泵叶轮应力变形分析

提出一种基于FLUENT和ABAQUS的多级离心泵叶轮受力变形分析方法,在FLUENT中对离心泵内的流动情况进行模拟,得到叶轮内介质力的分布规律;并将介质力作为叶轮受力的边界条件,在ABAQUS中对叶轮在工作运行工况下进行有限元分析,得到了叶轮的应力分布和变形规律,找到了叶轮的最大应力点和最大变形位置。研究结果表明:工作工况下叶轮前盖板变形较后盖板明显,叶轮轴向变形比周向变形和径向变形大;叶轮空转工况下存在应力集中现象,离心力对叶轮的受力变形影响较大。     

齿轮泵静力结构及接触应力的数值模拟

运用ANSYS Workbench对齿轮泵进行结构静力学及接触非线性分析。静力学分析显示齿轮径向变形为主要变形,且齿轮齿根处有明显的应力集中现象。根据啮合齿轮副的等效接触应力云图得出:齿轮接触应力是引起齿面失效的主要原因。通过以上分析,能更加精确分析齿轮结构强度及各类应力应变分布,为优化齿轮结构和提高产品寿命提供实际意义。     

氨合成塔非径向接管有限元分析与强度评定

运用有限元分析方法对大型氨合成塔塔底球形封头非径向接管区进行了应力分析,得到了非径向接管部位详细的应力分布。按照分析设计法进行了强度评定,针对原设计中的不足,提出了在接管外面加套管以增加接管壁厚的补强方案,并进行了该方案的应力计算与强度评定。结果表明:补强后接管内侧的最大应力下降了23.2%,完全满足强度评定要求。     

套管内压变化作用下水泥环界面胶结劣化试验研究

在油气井试压、储层改造等作业过程中,井筒套管内压将发生大幅变化,极易造成水泥环界面剥离,导致井筒密封完整性失效,影响建井寿命。针对上述难题,采用自主研发的水泥环密封性评价装置,开展套管内压作用下的水泥环界面胶结劣化试验,研究水泥环密封失效机理,结果表明:(1)套管内压突变和多次循环交变,都将造成水泥环密封完整性失效;(2)随着套管内压的不断增加,水泥环在径向上将突破弹性应变,产生塑性变形与残余应变,从而无法与套管变形保持一致;(3)水泥环-套管应变不连续,将导致界面剥离,气窜风险增加;(4)循环交变应力将造成水泥环微裂纹发育、孔隙结构塌陷,塑性应变不断累积,进一步削弱水泥环密封完整性。研究结果可望为水泥环完整性评价与水泥浆体系优化提供参考与指导。     

遇液膨胀封堵工艺技术研究及应用

采油井封堵主要以卡瓦悬挂工艺管柱为主,由于受胶筒性能、井况条件等因素影响,其在套管轻微变形、腐蚀等采出井上的适应性较差,鉴于上述问题,研究应用了遇液膨胀封堵工艺技术。其主要由遇液膨胀封隔器、球与座等井下工具组成,遇液膨胀封隔器胶筒在井内可自行膨胀,完全密封套管,起到封堵的目的。现场实践表明:此项技术的应用不仅克服了常规封堵工艺打压释放时既压缩胶筒又胀开卡瓦的复杂过程,还能够解决由于原因导致的胶筒密封不严的问题,在一定程度上提高了封堵成功率。     

复合材料T型接头力学性能分析及优化研究

T型接头作为常见的复合材料结构连接型式,其力学性能直接关系到结构的安全性。建立了考虑胶层的复合材料T型接头有限元模型,将仿真结果与试验图像进行对比,其变形形式和破坏模式与试验吻合较好。研究表明,在垂向载荷作用下,T型接头呈现"S"型弯曲;在蒙皮折角处以及端部胶接处出现应力集中;胶层剪应力两端大,中间出现低应力槽型区,弯曲正应力、等效应力呈现出双峰值特征;T型接头最有可能出现的破坏形式为胶层与蒙皮之间剥离,而芯材则由于应力集中引起剪切破坏或拉伸破坏。在折角处倒圆、在胶接处光滑过渡可以明显消除应力集中。     

内压球形容器径向接管区的应力与应力集中[摘要]

本文应用大曲率杆原理研究具有圆弧过渡连接的径向接管球形容器的应力集中情况,给出表示应力和应力集中系数的一般式,并计算28个模型,得出接管区最大应力     

制氢转化炉关键连接部位应力集中与开裂预防方法研究

以大型制氢转化炉为研究对象,采用有限元计算方法分别对其入口集气总管与支管、入口集气支管与尾管、冷热壁集气管连接处的变形和应力分布情况进行了分析。计算结果表明:各管系连接处在高温下变形不协调,是导致应力集中和开裂的重要原因。分别通过增设弹簧吊架和保护器结构有效降低了连接处的应力集中情况,最大应力降低率达到了36%以上。通过采用出口柔管与全冷壁集气管结合的出口集气管形式,可有效避免装置运行过程中由于滑动支座运行不畅引起连接处应力集中的问题。     

超高压水晶釜底部结构的优化设计

传统通孔型水晶釜底部台阶处的应力集中是导致水晶釜应力腐蚀失效的主要原因。基于该原因对底部结构提出优化设计模型与优化措施,从而改善应力集中状况和密封性能。     

射孔套管孔眼附近套管变形量计算

射孔套管孔眼附近应力集中是造成套管损坏的重要原因之一。对射孔前后套管受力进行分析,采用弹塑性力学的方法对压裂过程中孔眼附近套管变形量进行研究。本文首先给出了孔间无干扰时,孔附近的变形量计算;然后再根据叠加原理计算了孔间有干扰时的变形量。对螺旋布孔射孔套管采用不同的射孔孔径,孔密和相位角给套管变形量造成的影响进行分析,得出了不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在内外压力作用下孔眼附近套管变形量的变化规律。     

液压整形器滚珠径向挤压套管试验研究与力学分析

开展了液压滚珠整形器中滚珠对套管的挤压试验,得到了不同加载载荷与径向位移的关系;然后采用有限元分析方法,选取套管和滚珠为研究对象,考虑套管材料的弹塑性和滚珠与套管的接触非线性特性,建立了液压整形器滚珠径向挤压套管力学模型和数值计算方法,得到挤压后套管的径向位移,并与试验结果进行对比,两者吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性;最后研究了液压整形器中滚珠对不同材料套管挤压的影响,结果表明:当套管材料相同时,随着加载载荷的增加,卸载后3种材料套管的塑性位移和回弹量均呈增大趋势;当加载载荷相同时,随着材料强度的增加,卸载后套管的塑性位移呈降低趋势,回弹量呈增大趋势。     

内壁磨损套管在非均匀地应力作用下的应力强度分析

西南油气田深井内壁磨损套管在地层深部非均匀地应力的作用,受力工况恶化,挤毁风险加大。为了了解地应力非均匀程度、方向及其与磨损位置夹角对套管抗挤强度的影响,本文建立了磨损套管-水泥环-地层系统的有限元力学模型,并进行了算例分析,结果表明:在非均匀载荷作用下,内壁磨损套管受力状况趋于恶化,载荷非均匀性(最大主应力与最小主应力之比)越大,套管的工作应力越高,被挤毁的风险越大;当最大主应力方向与磨损月牙夹角为90°时,磨损引起的套管应力增加和地应力非均匀性导致的应力非均匀分布叠加,套管的受力状态进一步恶化,是最危险的情况。     

复合材料板孔边应力场的有限元分析

根据复变函数理论引入保角变换,得到描述所研究孔形的参数方程。由此建立精确的边界条件。并在ANSYS中选择相适应的单元建立有限元计算模型,对含圆孔的复合材料板进行分析,得到了孔边应力场的数值解,给出孔边应力分布和板的变形。计算结果表明,板的变形是沿力的方向均匀伸长,且孔口形状在外力作用下由圆变成了类似椭圆的形状。在板的应力结果中,x方向应力集中现象明显,最大拉应力出现在0°和180°的地方,最大压应力出现在90°和270°的地方;y方向应力分布中,孔边有比较明显的应力集中现象,在受载过程中存在危险点;在xy方向应力分布中,孔边偏离轴心处应力集中现象比较明显。为了检验有限元计算结果的正确性,本文用解析方法对上述问题进行比较。     

舍女寺油田高压注水引起的套管水泥环应力变化及泥岩蠕变对套管的影响

高压注水将会引起套管内压的变化,在这些不同条件影响下,对套管、水泥环应力场、位移场的变化规律的认识将有助于我们深入理解套管损坏的机理,设计合理的注水压力界限。文章拟采用三维有限元方法,研究以上不同因素对套管、水泥环应力的影响规律,并且分别从地应力的非均匀性引起的套管应力变化规律、泥岩断层蠕变位移引起的应力变化规律以及注水引起地层吸水软化引起的应力变化规律进行研究,以加深对高压注水导致地层、套管破环机理的认识。