膨胀管抗外挤强度试验研究

膨胀管膨胀后其抗外挤能力降低是制约膨胀管技术发展的重要因素。通过试验模拟实体膨胀管膨胀时的力学环境,分析了管材壁厚及残余应力在塑性膨胀过程中的变化规律。结果表明:膨胀管大塑性变形会导致壁厚减少,壁厚不均匀程度放大,并产生残余应力;膨胀管内表面产生拉应力,外表面产生压应力,应力差值在薄壁端最大,薄壁端也是膨胀管在外压作用下的屈服点;在膨胀管变形过程中薄壁端的变形速率高于厚壁端的变形速率,产生的残余应力与实测值基本相符,说明膨胀管原始壁厚的不均匀变形是残余应力增加、抗外挤能力降低的主要因素。     

实体膨胀管膨胀过程几何参数变化试验研究

对139.7mm×7.72mm N80钢级实体膨胀管实物膨胀过程进行了试验研究。基于实体膨胀管实物评价试验平台,设计了试验方案和检测方法,对比分析了实体膨胀管膨胀前、后几何参数变化。结果表明:实体膨胀管经膨胀变形后其外径椭圆度变大,均匀性显著变差,壁厚均匀性变化受膨胀变形的影响并不显著。     

抗硫膨胀管力学性能及膨胀动力性能研究

为解决高含硫气田开发后期可能出现的套管漏失及腐蚀穿孔问题,优选了抗硫膨胀管材质,采用试验分析方法,研究了抗硫膨胀管膨胀前后力学性能变化及套管环空条件下腐蚀后的力学性能损伤。研究结果表明,膨胀管材质膨胀后与膨胀前相比,屈服强度提高了64.7%,抗拉强度提高了20.2%,伸长率降低了31.9%,能够满足膨胀管的使用性能要求。膨胀管腐蚀后仍保持较好的塑性性能和冲击韧性,其中腐蚀后膨胀管屈服强度增加了14.8%,抗拉强度提高了1.8%,伸长率增长了3.9%,冲击功提高了10.6%,冲击韧度提高了10.5%。在此基础上设计了膨胀管膨胀系统,试验分析了膨胀系统膨胀动力性能,得出了膨胀管膨胀系统启动运行压力,验证了膨胀系统运行的可靠性。所得研究结果可为高含硫气田的高效开发提供技术储备。     

膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素分析

为了找出影响膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素,通过ABAQUS有限元软件对波纹管的抗外挤强度进行模拟,研究了波纹管的不圆度、波纹管的壁厚、井筒直径等对波纹管抗外挤强度的影响。结果表明,不圆度和壁厚对膨胀后波纹管抗外挤强度的影响较大,随着波纹管不圆度的减小,波纹管的抗外挤强度迅速的增大,壁厚越大波纹管的抗外挤强度也越大;另外,增大波纹管应用的井筒直径可以有效的提高波纹管的膨胀性能,降低波纹管膨胀后的不圆度,但是大尺寸的井筒直径降低了波纹管膨胀后的抗外挤强度。     

实体膨胀管膨胀力解析解及试验研究

采用金属塑性变形理论,用解析法研究了实体膨胀管在大的径向塑性变形下的力学响应,获得了计算实体膨胀管膨胀力和接触压力的解析解模型。据此模型,计算了139.7 mm×7.72 mm N80钢级实体膨胀管以15%的膨胀率进行膨胀时所需的膨胀力。为了验证该解析解模型的准确性,试验研究了139.7 mm×7.72 mm N80钢级实体膨胀管以15%的膨胀率进行膨胀时膨胀力的变化状态,并将试验值与实例计算值进行对比,二者最大相对误差为9.2%,属于工程许可的精度范围。因此,该解析解模型可以用于指导膨胀工具和施工工艺设计。     

APIL80套管的膨胀性能试验研究

可膨胀管膨胀性能的好坏是决定膨胀作业能否成功的关键。以APIL80套管为研究对象,进行了套管径向膨胀20.5%和25.5%的膨胀试验,对套管膨胀前后的几何精度和力学性能变化进行了对比研究。试验研究结果表明,膨胀改变了套管的力学性能,使其强度和硬度增加,而塑性降低,但套管在膨胀后仍具有较大的塑性变形空间,在膨胀后的使用中不会出现脆性开裂,同时表明套管膨胀后的相关指标满足API标准,说明L80套管是适合于膨胀的。膨胀试验研究对于可膨胀管的研究开发及制造具有重要指导意义。     

膨胀管补贴技术试验研究

试验研究了膨胀管材料、膨胀锥直径尺寸、锥度以及润滑介质对膨胀率、缩短率和膨胀力的影响,给出了细化膨胀作业指标和提升安全性的建议。     

可膨胀割缝管膨胀性能试验研究

可膨胀割缝管（EST）是在管材上割出一系列交错排列且相互重叠的轴向割缝,比实体管更容易膨胀开。材料选择和割缝结构优化是可膨胀割缝管的关键技术。采用不同材质和不同割缝结构的割缝管进行试验,根据割缝管膨胀前后性能变化情况,优选出合理的管体材料及割缝结构。试验表明,割缝管正常膨胀压力为85kN,膨胀后其内径膨胀率达到了39％以上,管体材料具有良好的延伸性。割缝结构具有良好的抗开裂性能和止裂性能。     

J55膨胀套管实物试验研究

选取6根Ф139.7 mm(51/2英寸)J55套管,在膨胀锥角5、8和10°及膨胀速度5和10m/min条件下,对其中5根套管内壁做润滑处理后进行实物膨胀试验研究,另外1根套管只做原始抗挤强度试验。结果表明,磷化润滑处理后的套管与心头间的摩擦因数小于牛油石灰润滑处理后套管与心头间的摩擦因数,改善膨胀套管内壁的润滑条件,可以大大减小膨胀液压力;随着摩擦因数的减小,膨胀后套管的轴向缩短率增大,壁厚减薄幅度减小,有利于提高膨胀后套管的抗挤强度;膨胀前套管的抗外挤毁压力为51.3 MPa,膨胀后套管的平均抗外挤毁压力为28.7 MPa,其抗外挤毁压力降低了44.1%。     

套管抗挤毁强度主要影响因素试验研究

对17根Ф177.80mm套管进行几何尺寸测量、材料性能及外压挤毁试验,研究了几何尺寸、屈服强度及残余应力对套管抗挤毁强度的影响。结果表明:各因素综合影响套管的抗挤毁强度;椭圆度变化>0.5%、壁厚不均匀度>10%或其不同截面间变化>5%均将明显降低套管的抗挤毁强度;椭圆度及其不同截面间变化<0.2%,将明显提高套管的抗挤毁强度。在屈服强度达到钢级要求的同时,控制好套管的几何尺寸精度并降低残余应力,可以生产出具有较高抗挤毁强度的套管。     

热采井膨胀管补贴技术试验研究

对用于高温热采井的膨胀管补贴工具,包括不锈钢环密封、铜敷焊密封、铜环嵌焊密封进行了试验研究。通过对耐高温材料与焊接工艺的改进,实现了膨胀压力低、耐高温、密封能力高等性能指标,为实现高温热采井膨胀管补贴技术的工业化应用奠定了基础。     

膨胀管可捞底堵的研制与仿真

针对膨胀管底堵处理的问题,研制了可捞底堵,具有普通底堵的封压效果,同时节约了底堵的磨铣工序,只需下打捞矛将底堵捞出井筒即可,且锥形底堵对膨胀管有二次膨胀整形的作用。对分瓣爪进行了理论强度分析,并对其工况进行了有限元仿真分析和优化。     

膨胀管技术中膨胀力的理论计算

结合膨胀管材料的应力-应变试验曲线,考虑管材在膨胀过程中发生的应力强化现象,将膨胀管材看作幂强化模型,并采用单一曲线假设引入中间应力影响系数,将膨胀管在膨胀变形过程中的周向应力和等效应力联系起来,导出了管材膨胀过程中膨胀力的计算公式。应用该公式计算出的膨胀力与试验值和用有限元软件模拟计算出的膨胀力值很接近,其误差在-7.3%～-3.4%之间,验证了公式的合理性。     

大通径膨胀管技术试验研究

普通膨胀管存在壁薄、承载能力差等问题,并制约本体的膨胀幅度,是限制该技术进一步发展的主要因素。针对上述问题提出大通径膨胀管技术,将膨胀工具外置于膨胀管,利用液压缸作为动力,能够进一步提高膨胀幅度、降低膨胀压力。以114mm×5mm膨胀管为例进行试验,结果表明：与传统膨胀管结构相比,大通径膨胀管技术能够在相同膨胀率条件下降低膨胀压力30%;大通径技术无需悬挂橡胶,膨胀管与套管之间为全段金属密封,进一步提高膨胀管悬挂力。新技术简化了膨胀管加工工艺,提高了安全性和可靠性。     

屈服强度对膨胀管残余应力分布的影响

为了获得膨胀管膨胀后的残余应力分布,应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟膨胀管膨胀过程.膨胀管材料采用双线性随动硬化模型,改变材料的屈服强度,得到了残余应力随屈服强度的变化趋势,为膨胀管材料的选取、过大残余应力的预防和消除等工作提供了依据;改用应变率相关的材料模型,验证了应变率效应对残余应力的影响,对膨胀管材料...     

实体膨胀管钻井工艺在塔河油田的应用

塔河油田侧钻井段泥岩裸露给钻井与完井作业造成很大影响。为此,将实体膨胀管钻井技术在塔河油田进行推广应用。该技术的成功应用,解决了177.8 mm套管开窗侧钻难题,为后期钻井、完井和采油作业开辟了新的途径。针对膨胀管钻井工艺研究的一系列配套技术保障了膨胀作业的顺利实施,为同类型油气井现场作业提供了重要的依据和借鉴。通过分析塔河油田膨胀管钻井工艺现场施工参数,验证了基于弹塑性力学膨胀力计算解析解的适用性,为后期工艺优化提供了指导。根据膨胀力计算理论分析膨胀力影响因素可知,适当增大半锥角并尽可能降低摩擦因数可降低现场施工泵压,有利于减少施工过程中的复杂情况。     

薄壁外压容器设计的图算法与解析公式法

对薄壁外压容器设计中的图算法与解析公式法进行了分析探讨,详细推导了外压容器设计中的图算法,并采用计算示例说明了应用图算法时应注意的问题。同时,根据工程设计中薄壁外压容器一般为短圆筒弹性失稳的特点,给出了薄壁外压容器设计的解析公式。解析公式的计算结果与图算法、SW6-4. 0计算得到的结果吻合较好,可以给广大设计人员提供便利。     

套管膨胀后的抗挤强度计算

对膨胀套管膨胀后抗挤强度下降的原因进行了分析,考虑材料的包辛格效应及大的环向残余应力水平对套管抗挤强度的影响,对API屈服强度套管挤毁公式进行了修订,给出了膨胀后套管抗挤强度的计算方法,并对相关参数取值方法进行了讨论,以实测数据对理论计算结果进行了验证,证明修订后的公式具有高的计算精度。     

数值模拟法在膨胀套管修复套损井技术中的应用

为了分析膨胀套管在套损井修复过程中的应力、应变及残余应力情况,剖析膨胀过程中管材内部变化规律,利用ANSYS软件建立了膨胀套管在套损井修复应用中的有限元模型,优选模型的边界条件,进行模型的数值模拟分析.数值模拟结果直观地反映了管材膨胀过程中的应力一应变情况,结合实验室台架试验及现场施工,总结出可在制管、套管膨胀和后处理3个阶段采取有效措施消减残余应力;膨胀套管在高压液体作用下发生二次形变后.内径尺寸比膨胀锥的外径单边增加0.9～1.3 mm,据此修正了膨胀锥、膨胀套管和原套管尺寸间的经验公式.在华北油田京708井采用膨胀套管技术修复套损井,施工完成后,产油量增加,含水率降低,达到施工要求,表明膨胀套管补贴套损井技术的有限元数值模拟分析符合油田现场施工的需求.