基于统一强度理论的石油套管柱抗挤强度

为了研究石油套管柱的力学性能,采用统一强度理论,合理考虑中间主应力效应和材料拉压比的影响,推导了石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度计算公式,建立了石油套管柱双轴抗挤强度和三轴抗挤强度与单轴抗挤强度的关系,并分析了材料的拉压比、中间主应力效应、径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况等因素对不同类型抗挤强度的影响特性。研究结果表明:材料的拉压强度不等特性(SD效应)对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度均有显著影响,材料拉压比越大,套管柱的单轴抗挤强度越小,双轴抗挤强度越大,而三轴抗挤强度与双轴抗挤强度的差值和材料拉压比的关系与外荷载有关;中间主应力效应对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也有显著影响,随统一强度理论参数b值的增加,套管柱的单轴抗挤强度和双轴抗挤强度不断增大,考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,具有可观的经济效益;径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况对套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也具有一定影响。该结果适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度表达式分别统一起来,具有广泛的适用性,可为石油套管柱的抗挤强度设计提供借鉴。     

非均布载荷下套管强度问题研究

由于API规定的套管强度是均布载荷下的套管强度,因而在非均布载荷下套管强度要发生变化。解决非均布载荷下套管强度问题需要从两个方面入手,即套管强度的变化规律和套管强度的计算方法。文中举例说明应用方法。     

套管强度余量试验研究

套管强度余量的研究,为经济、可靠地设计管柱提供了有力参考。为此,通过对近几年国产套管实物试验数据的统计,采用与API套管强度额定值相比较的方法,反映了套管实物存在强度余量。统计检验分析表明,国内主要套管生产厂的API套管强度性能趋于稳定并达到较高水平,存在高于API额定值的强度余量。对套管实物强度余量与API额定值强度比差的正态分布做了比较,分析了套管强度余量的主要影响因素——钢级和壁厚,为合理选择套管并发挥强度余量提供了依据。采用套管强度余量设计管柱时,应对该批套管进行全面的实物试验评价。     

深水浅层固井胶结强度影响因素分析

深水表层未成岩地层土固结程度低、强度低,浅层固井难度大。为了合理进行浅层固井的设计及施工,分析了固井胶结强度影响因素。结合南海深水海域表层土质特点,利用相似性原理,进行浅层固井模拟实验,分析了水泥强度、候凝时间和套管尺寸对固井胶结性的影响规律。由实验结果得出:高强度水泥第一、第二胶结面胶结强度高于中强度水泥和低强度水泥,但强度差值不超过20%,且随着时间的延长,高强度水泥胶结强度与中、低强度水泥胶结强度趋于相同;3种强度水泥环的胶结强度均随候凝时间的延长而增加,但是候凝时间达到18 h后,界面胶结强度的增加趋势逐渐递减;使用?50.8 mm、?76.2 mm、?114.3 mm等3种不同尺寸的模拟套管,水泥环的胶结强度变化规律一致。研究表明,中、低强度水泥与高强度水泥在胶结强度方面相差较小,所以可以考虑研发中、低强度水泥替代高强度水泥用于浅层固井作业;浅层固井的候凝时间达到一定时间节点后,胶结强度增加趋势放缓,后期可进行浅层固井最佳候凝时间窗口的研究。利用相似性原理模拟现场施工工况的实验具有可靠性。     

管线钢的形变强化、包申格效应与钢管强度

基于管线钢的形变强化和包申格效应,分析了管线钢的强度水平、形变量、钢管成型方式和钢的显微组织对管线钢管强度的影响。结果表明:钢管强度是形变强化能力和包申格效应综合作用的结果;钢板强度水平可引起钢管强度变化;钢板屈强比较高时,因包申格效应大于形变强化效果,钢管屈服强度降低;随着钢管应变量的增加,钢管可获得高的强度;钢管成型后的扩径也有利于钢管强度的增加。     

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。     

提高水泥胶结强度的套管黏砂技术研究

为提高固井水泥胶结强度,对黏砂套管—水泥环间各界面进行强度校核,建立黏砂套管水泥胶结强度计算模型,分析胶结剂厚度与砂粒半径的比值、黏砂密度、胶结剂抗剪切强度及水泥环抗压强度等因素对水泥胶结强度的影响。研究结果表明:当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1时,黏砂套管水泥胶结强度最大,且在其他条件不变时,胶结剂厚度和砂粒半径的比值相同,对应的黏砂套管水泥胶结强度也相同;在临界黏砂密度内,黏砂套管水泥胶结强度与黏砂密度和胶结剂抗剪切强度呈线性增长关系;当水泥环抗压强度小于胶结剂抗拉强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗拉强度相关的定值,当水泥抗压强度介于胶结剂抗拉强度和1.5倍胶结剂抗剪切强度之间时,黏砂套管水泥胶结强度随水泥环抗压强度增大而增大,当水泥抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗剪切强度相关的定值。因此,当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1、黏砂密度为80%、胶结剂中添加质量分数为13%的四乙烯五胺固化剂及水泥环抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度可达最大值。     

硅粉对水泥石强度发展影响规律

硅酸盐油井水泥石强度都有临界温度,当达到临界温度以上时,水泥石强度要发生衰退,水泥石渗透率增大,甚至水泥石强度完全丧失,严重影响了油气井测试、开发等后期作业的顺利进行.在水泥中添加适量的高温强度稳定剂硅粉,将C/S摩尔比降到1.0左右,不但解决了高温下水泥石强度衰退问题,而且能提高水泥石强度.通过室内试验,研究分析了纯油井水泥石强度在高温下强度发展规律及强度发生衰退的原因,并从硅粉细度、加量以及温度等方面,研究分析了硅粉与水泥石强度发展之间的关系,找到了高温强度稳定剂对水泥石强度发展的影响规律.即:高温条件下,随着硅粉加量的增加,水泥石强度增大,而且硅粉细度越小,其强度增高的越大;水泥石在高温下反应初期发生了小幅度强度衰退,当硅粉参与反应后,水泥石进行二次强度发展,而且硅粉越细,二次强度发展越早,强度也越高.     

矩形常压液体贮槽的强度刚度设计

依据流体力学、材料力学的载荷分布理论、强度理论,进行液槽受力状态及强度分析,提出按平板受压计算所需强度及壁板厚度、按梁的弯曲计算所需强度及壁板厚度,以此探讨矩形常压液体贮槽的优化强度设计方法。     

制管工艺对热轧钢卷开平板屈服强度的影响

以热轧钢卷开平板为原料,采用JCOE工艺制成直缝埋弧焊管,对比分析了制管过程中成型、扩径工艺对开平板屈服强度的影响。拉伸试验发现,热轧钢卷开平板横向屈服强度均匀,纵向屈服强度偏差大。经过JCO成型后,制成的钢管相对于同位置钢板的横向屈服强度略有降低,纵向屈服强度有升有降,但总体呈上升趋势。钢管扩径后的横向屈服强度相对于相应位置钢板的横向屈服强度值降低。     

辽东湾北岸海冰物理力学性质

随着在海冰区海洋工程结构物的增多,对海冰力学性质的研究引起了注意。1985-1987年在渤海进行了海冰物理力学性质的初步研究,进行了6个方面的测试。测试内容有海冰的单轴抗压强度,弯曲强度,剪切强度,冰晶体结构,冰温度、冰盐度、冰密度、弹性模量,泊松比和海冰的断裂韧度。海冰的强度与海冰温度有密切关系。冰温度降低,冰强度增加,通过测量海冰盐度和它的强度发现海冰盐度越高,冰强度越低。海冰强度与加载速度有关系,加载速度直接影响海冰强度。     

S形水泥浆强度发展曲线成因分析及消除方法

水泥石在高温时会出现强度衰退现象,添加硅粉可以防止高温下水泥石强度的衰退,但在研究和实际应用中发现添加硅粉后水泥石在高温下还会出现强度衰退现象,导致水泥浆高温下的超声波强度发展曲线呈现S形。为了防止水泥石发生高温强度衰退影响固井质量,消除S形强度发展曲线,利用X射线粉末衍射仪（XRD）分别对抗高温高密度水泥浆在强度发展过程中12,24,48和90 h等时间点处的水泥石进行物相分析,根据物相分析结果探究S形强度发展曲线的成因。结果表明:水化反应前24 h,硅粉未参与反应,且5.0%的微硅粉不足以阻止C-S-H凝胶向低强度α-C2SH转变,因而水泥石出现高温强度衰退现象;水化反应24 h后,硅粉开始参与水化反应,阻止水泥石发生强度衰退。研究表明,硅粉活性不足是导致水泥浆强度发展曲线呈现S形的原因,增大硅粉比表面积可以提高其活性,防止水泥石出现短暂高温衰退现象,消除S形水泥浆强度发展曲线。      

海上油田深部调驱用冻胶体系强度调控机制及运移特性

针对海上油田储层非均质性较强、油层厚和井距大等特点,研制了一种适合于深部调驱的强度可控冻胶体系,即在常规有机酚醛冻胶基础上,加入强度调节剂叔丁基过氧化氢,调控冻胶强度。研究了叔丁基过氧化氢对冻胶体系成胶时间和强度的影响,利用扫描电镜分析不同老化时间下冻胶的微观结构和强度变化机理,研究多孔介质中静态成胶后水驱压力随老化时间的变化,分析其在多孔介质中的运移特性。结果表明,强度调节剂对成胶时间影响不大,随着老化时间延长和强度调节剂质量浓度的增加,在强度调节剂和油藏温度作用下,冻胶强度逐渐降低。常规有机酚醛冻胶加入强度调节剂叔丁基过氧化氢,使其老化30 d后,冻胶的三维空间网络结构被破坏程度较高,能够在多孔介质中发生运移。     

局部内缺陷套管剩余抗扭强度分析

关于含缺陷套管抗扭强度的研究较少,基于弹性失效准则分析缺陷套管强度又较为保守。为此,基于材料塑性破坏准则,运用非线性有限元方法并结合正交试验设计,对局部内缺陷套管剩余抗扭强度进行分析,探究了缺陷长度、宽度、深度、套管外径和径厚比等参数对套管剩余抗扭强度的影响规律。研究结果表明:随缺陷深度增加,抗扭强度呈线性大幅度降低;当缺陷长度小于临界长度时,抗扭强度随长度增加而增大,超过临界长度后,抗扭强度随长度增加而降低;当缺陷宽度小于临界宽度时,抗扭强度随宽度增加而增大,超过临界宽度后,抗扭强度随宽度增加而降低;随套管径厚比增加,无因次抗扭强度近似呈线性减小。缺陷深度是影响抗扭强度最重要的因素,缺陷宽度次之,缺陷长度和套管径厚比有一定的影响,而套管外径的影响可以忽略。在此基础上,拟合了抗扭强度计算公式,公式预测值与有限元分析结果误差较小,可为工程上局部内缺陷套管强度评价提供参考。     

薄壁球形容器静强度的可靠性设计

目前,球形容器是按规范和标准进行静强度(屈服强度和爆破强度)的常规设计、制造、检验和安全监察的。经长期实践证明,常规设计方法具有计算方便和安全可靠的特点。但是,常规设计未考虑设计变量的随机性,因此不知道所设计的球形容器静强度有多大的可靠度。为此,笔者在分析薄壁球形容器静强度和载荷分布规律的基础上,从确定球形容器静强度在不同工况应具有的最小可靠度入手,应用可靠性设计理论,得到了球形容器静强度的可靠性设计方法。1可靠性设计理论可靠性设计理论把球形容器静强度与载荷视作符合一定分布规律的随机变量,以控制静强度在不同…     

辽东湾北岸海冰物理力学性质

随着在海冰区海洋工程结构物的增多,对海冰力学性质的研究引起了注意。１９８５～１９８７年在渤海进行了海冰物理力学性质的初步研究,进行了６个方面的测试。测试内容有海冰的单轴抗压强度,弯曲强度,剪切强度,冰晶体结构,冰温度、冰密度、弹性模量,泊松比和海冰的断裂韧度。海冰的强度与海冰温度有密切关系。冰温度降低,冰强度增加,通过测量海冰盐度和它的强度发现海冰盐度越高,冰强度越低。海冰强度与加载速率有关系,加     

基于信息熵的扁平绕带式压力容器可靠度

基于信息熵中模糊性度量与随机性度量相等可实现模糊变量等效随机变量的原理,把扁平绕带式压力容器的静强度和载荷视为模糊变量,将模糊静强度和模糊载荷等效为随机静强度和随机载荷,讨论在最苛刻的压力试验条件下,扁平绕带式压力容器模糊静强度的可靠性。结果表明:(1)在最苛刻的气压试验条件下,扁平绕带式压力容器模糊屈服强度可靠度为0.926928,模糊爆破强度的可靠度为0.97739;(2)在最苛刻的液压试验条件下,扁平绕带式压力容器模糊屈服强度的可靠度为0.95053,模糊爆破强度的可靠度为0.953788。     

石油测井仪器承压外壳强度计算的实用方法探究

利用弹性力学理论导出了一种石油测井仪器的强度计算简便公式,并由实例验证了该强度计算公式的可靠性。研究表明,文章提出的石油测井仪器强度计算方法及所得的强度计算公式简单实用、可靠性强,为石油测井仪器的强度和承压外壳结构设计分析提供了一条快捷方便、行之有效的途径。     

自振空化射流空泡动力学特征及溃灭强度影响因素

以空泡动力学分析为基础,考虑自振射流流场压力变化特性、空泡传热和传质规律,建立了空化气泡在自振射流流场中动态变化的计算模型,研究了空泡溃灭强度的影响因素。研究表明,空化射流破坏岩石的能力主要取决于空泡第1次溃灭的强度,空泡后续溃灭的强度显著降低。自振效应使空泡溃灭压力峰值及其持续时间增大,能大幅提高空泡溃灭强度。水力参数是空泡溃灭强度的主要影响因素:一定射流速度下,存在最优的围压值,使空泡溃灭强度达到最大;增大射流速度能提高空泡溃灭强度。流体物性对空泡溃灭强度的影响较小:溃灭强度随流体密度增大而降低,受流体黏度和表面张力的影响较小。研究结果有助于了解空化效应提高射流冲蚀性能的作用机理,提升自振空化射流技术的现场应用效果。图10参23     

管线钢拉伸试验中异常屈服强度研究与分析

针对国内某制管厂在对管材进行拉伸试验时屈服强度普遍偏高问题进行了深入调查分析,结果显示：试验机系统误差是拉伸屈服强度和抗拉强度偏高的原因之一;此外,误把规定非比例延伸强度Rp0．5视为管线钢屈服强度Rt0.5,是屈服强度普遍升高的主要原因。