深水油管柱热变形试验装置的研制

深水作业中油管柱内、外壁存在较大环境温差,研究不同温度环境、钢级、尺寸油管柱的热变形更具有应用价值和实际意义。在综合考虑国内外现有的研究热变形的试验装置的基础上,设计了一种测试不同温差、尺寸和材质的油管柱热变形测试装置。论述了该装置的整体构成、基本工作原理及主要技术参数。该装置能够在不同温度条件下对不同钢级、不同尺寸的油管柱进行热变形的有效模拟,能够实时检测温度、油管柱热变形量等试验数据。应用表明,该装置工作平稳,振动小,试验效果良好。     

气井油管柱应力与轴向变形分析

气井投产前后温度和压力变化会引起油管应力及轴向变形的改变。若改变量超过某一限度则将导致封隔器解封或管柱损坏等。目前对气井油管柱研究较少,且很多研究在计算时将状态改变前后的温度压力均考虑为定值，或者将温度分布简单考虑为关于井深的线性函数，这样将导致计算结果产生较大的误差。利用考虑传热、相变、生产时间等因素的气井井筒温度、压力分布模型以及弹性力学理论分析并计算温度、气体压力、油管自重、封隔液、产气量等对油管柱应力和轴向变形的影响。将其应用于现场实际气井表明：管柱轴向变形随产量增加而增加，但增加的幅度逐渐减小；与现场实测数据对比表明，计算结果较为准确。     

一种准确确定封隔器坐封位置的方法

应用弹性力学理论,对封隔器坐封前影响油管柱轴向变形的主要因素如油管自重、温度效应、浮力和横向效应等做了详细分析,得出油管总轴向变形量的计算公式。实例计算表明,封隔器坐封前油管柱的总轴向变形量与油管柱长度的平方成正比,其比例系数与油管的线密度、内外径、弹性模量、泊松比、热膨胀系数、压井液密度和地温梯度有关。计算出油管柱任意长度下的总轴向变形量,即可准确确定封隔器的坐封位置。     

超深高温高压气井完井含伸缩管测试管柱的应力与变形特征

塔里木盆地MJ4井测试管柱长6 617 m,测试时井底压力为101.63 MPa,完井作业过程中管柱出现了塑性变形问题,迫切需要准确地确定管柱塑性变形究竟发生在完井作业的哪个阶段。为此,采用三维有限元分析方法,结合MJ4井坐封、压裂和试油3个典型的载荷工况,对管柱的变形和轴向应力分布进行了数值计算,总结了含伸缩管的完井测试管柱力学行为计算流程。研究内容主要包括:①提出了具有伸缩管的油管柱系统中伸缩管的伸长与闭合状态的判断依据,并给出了相应的计算原理和计算公式,计算了MJ4井油管柱伸缩管的伸长—闭合状态;②给出了水力锚咬合不良产生的封隔器环空附加压差载荷的分析计算方法,模拟了其对管柱系统变形行为的影响,指出了附加压差载荷对管柱的塑性屈曲变形有着重要的影响;③计算模型引入了侧向屈曲变形的限制,从而间接考虑了接箍刚度对屈曲变形的影响,计算分析了油管柱在各种载荷共同作用下的变形情况,得到的数值结果显示与观察到的变形现象相同。研究结果表明,MJ4井管柱的塑性变形发生在压裂改造施工阶段,各种形式的液体压力载荷及重力载荷是塑性变形的主要原因。结论认为,含伸缩管测试管柱的力学计算模型可作为优化施工和管柱系统结构设计的重要理论工具和分析手段。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

同心双管柱受力分析及变形计算

在油气井冲砂、排酸等井下作业中,同心双管柱具有广阔的应用前景。根据流体力学、弹性力学等理论建立了同心双管柱的力学、数学模型,比较全面地考虑了同心双管柱作业时受到的各种作用因素,推导出同心双管柱变形量的计算方法。计算结果表明,同心双管柱在压差、浮重、摩擦力、温差和膨胀综合作用下发生变形,对其使用和安全性能产生影响;在实际工程中,由于套管和管柱的摩擦作用以及井斜角的影响,同心双管柱的实际变形量要小于理论计算值;当外油管缩短内油管伸长达到一定值时,内油管发生屈曲变形,需要做管柱的变形补偿设计。     

管柱变形矩阵分析

把管柱变形的力学问题进行矩阵分析,再利用管柱边界条件,可获得接近实际的变形伸长量,通过实际验证,认为把力学问题转变为矩阵运算,概念清楚运算规律化,易于掌握、检验,适合于钻柱、套管柱和油管柱的伸长计算。     

用计算机校核油管柱强度的方法

油管柱是连接油、气产层与地面采输管线的生产通道,管柱的强度性能将关系到管柱的工作寿命和油气井生产的成败,近年,油管柱力学分析一直是完井的重要课题之一。针对川东高温高压深井的实际情况,在静力学的基础上结合工程力学对油管柱的受力进行分析,推导出油管柱受力、油管柱强度分析与计算公式,并开发了一套使用方便、界面友好的油管柱力学计算软件,用以指导现场生产     

单封隔器抽油管柱受力变形分析

分析了直井中单封隔器抽油管柱在坐封前后的受力、变形状态。提出了一种准确计算封隔器坐封前后管柱变形、封隔器坐封高度及管柱附件位置的方法,对设计工艺管柱结构、现场校核管柱附件深度具有重要意义。     

一种准确确定封隔器坐封位置的方法

在管柱从地面下入井筒过程中。由于地层高温、静水应力、油管自重以及浮力等因素的共同作用，将使管柱在轴向上发生伸缩。准确掌握该轴向变形量对工艺设计和施工有重要意义。对管柱轴向变形的影响因素进行了详细分析，得出了任意深度下的轴向变形计算公式。实例计算表明：在封隔器坐封前，影响管柱轴向变形的因素按主次排列为油管自重、温度效应、浮力和横向效应。而轴向总变形量与深度的平方成正比，从而可以计算出任意管柱长度下的轴向变形量。并由此准确计算出封隔器的坐封位置。     

螺杆泵采油油管柱弯曲对抽油杆柱的影响

抽油杆柱断脱是螺杆泵采油最棘手的问题之一。为此, 就螺杆泵采油时油管柱弯曲对抽油杆柱的影响做了分析。通过分析, 给出了油管柱轴向压力与弯曲变形计算式, 着重讨论了油管柱弯曲对抽油杆柱的弯曲角度、弯曲产生的附加弯矩和附加应力的影响。认为螺杆泵正常工作以后, 因温度的影响, 油管的弯曲增加, 抽油杆柱产生与油管相同的弯曲。最后对某油田的某一螺杆泵井作了实例计算。     

直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理

将直井地面驱动螺杆泵采油杆柱简化为在油管内偏心旋转的杆柱。考虑了杆柱偏心旋转惯性离心力、轴向力对杆柱横向弯曲变形的影响。应用可移动双向弹簧元模拟杆管接触状态,并考虑了杆体、结箍以及扶正器与油管间隙不同对杆柱挠度约束的差别,建立了螺杆泵采油杆柱在油管内受力变形的有限元仿真模型。仿真结果表明：抽油杆柱在油管内偏心旋转会产生陀螺效应,杆柱在油管内变形形态呈下密上疏的螺旋状,这是直井地面驱动螺杆泵采油系统杆管偏磨的主要原因之一。杆柱与油管接触段长度主要取决于转速、下泵深度和偏心距等参数。当转速较高时,几乎所有接箍均与油管内壁接触,也会出现杆体与油管内壁接触的现象。     

双层分采井管柱受压变形对策研究

针对双层分采井坐封时管柱易受压弯曲,且坐封载荷越大管柱变形越严重这一特点,提出通过控制井口管串预留高度来控制坐封载荷,是避免管柱过度弯曲的一种有效方法,并给出了计算井口管串预留高度的具体方法;为减缓中和点以下管柱受压变形,采用油管补偿器,以补偿油管的压缩量,减缓油管蠕动和偏磨.该方法通过在长庆油田耿83长x和长y试验区应用,坐封载荷合理,有效控制了管柱的变形.目前试验井生产正常,油井免修期均超过一年.     

深水油管轴向热变形及热应力分析

深水油气田开发过程中,油管处于内部高温流体与外部环空低温流体的大温差环境中,其引起的热变形和热应力会对油管柱的设计和使用造成影响。为此提出油管热变形模型,通过热变形试验,对轴向热变形量与线性热膨胀公式计算出的理论值进行对比分析,得出在一定温差范围内,线性热膨胀公式可以用于轴向热变形量的计算,但随着温差进一步扩大,轴向热变形规律变得模糊,其应用受到限制。同时,提出热应力的计算方法,对温差80℃下的N-80油管热应力分布进行分析,轴向应力远大于径向应力,即油管热变形以轴向热变形为主,内壁处热应力达到214.5 MPa,考虑到安全系数,热应力成为影响油管强度的重要因素。     

油管柱长度智能计量的数学模型

针对渍管柱长度智能计量的设计方案,以欧拉公式为基础,依据起升系统中钢丝绳的受力特点及变形,推导出适用于油气管柱长度智能计量的数学模型,结果表明,只要记录到了油管柱提升的高度,油管柱下放的高度及下放油管柱结束时的加速度,即可计算出一个下放周期中所下油管柱长度,并能补偿变形对测量精度所造成的影响,室内试验与表明,应用该数学模型对油管柱进行度测量的精度可达1‰。     

地面驱动螺杆泵采油管柱弯曲机理研究

随着地面驱动螺杆泵的广泛应用，抽油杆的断脱与偏磨现象越来越严重，大多文献将其主要原因只归结为抽油杆弯曲以及井眼曲率，却忽视了油管弯曲这一重要因素。从油管的变形分析入手，给出了活塞效应、鼓胀效应、温度效应以及油管弯曲等原因造成的变形量，并在此基础上利用管柱稳定计算原理提出了弯曲个数、弯曲段长度等关键参数的计算方法和计算公式，以期对防止偏磨提供一定的参考。