水下采油树油管悬挂器锁紧块参数设计

油管悬挂器是水下采油树的核心部件,其锁紧机构对油管悬挂器至关重要。阐述了油管悬挂器锁紧机构的组成、锁紧及解锁原理,确定了锁紧方案和解锁方案。对锁紧块在锁紧和解锁工况下的受力进行分析,得出2种工况下的推动环倾角均为45°。分析了单齿锁紧块和多齿锁紧块的受力情况和力传递途径,推导出单齿锁紧块和多齿锁紧块在X方向和Y方向的受力方程。建立了单齿轮廓和双齿轮廓的有限元模型,研究不同锁紧齿数对载荷传递路径的影响及不同路径应力分布。研究结果表明,2齿形的锁紧块结构更适合油管悬挂器的锁紧机构。     

油管自动分离机构优化设计

分离机构是油管机械化排放装置的组成部分，它能够自动地从整排油管中分离出单根油管，并运到指定位置。如设置一种动力机构来完成上述动作，则结构必然复杂和庞大。鉴于此，提出了一个不外设动力源，而仅靠油管和结构自身重力来实现分离油管的机构。分析了其工作原理，给出了有关运动学和动力学的解析式，进而进行了优化设计计算，得出了各部结构尺寸及重量分配的最佳关系。     

雷达天线结构静力分析

采用有限元方法,对雷达天线结构的应力、变形进行了计算分析.充分考虑天线安装、使用中的实际情况,兼顾杆件受力、变形情况和总体尺寸、重量等因素,既要保证结构的合理性又要保证天线承受的应力、应变最小,建立了有限元模型并进行了计算,为雷达天线的改进设计提供了依据.     

生产套管尺寸与井身结构的优化探讨

通过节点分析对油管尺寸进行了敏感性分析，优选出最佳的油管尺寸，并进行生产套管尺寸的优选；从注水泥施工和水泥环受力两个角度对水泥环的合理厚度进行了分析，得出了比较合理的水泥环厚度。在上述研究的基础上，推荐了4种非常规套管井身结构方案。     

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海上油气田开发时基本上采用丛式定向井。近几年，随着钻井技术的进步和油田开发的需要，陆上油气田的定向开发井和侧钻弯曲井也在逐年增多。对这些定向井如何设计优化油管柱，包括优选油管尺寸、计算校核油管强度、确定油管选材等，尤其是油管柱在弯曲井段的受力状况分析、各种受力强度计算，已经成为困扰现场采油工程师而急待解决的技术难题。为此，文章通过油管尺寸对产量的敏感性分析，单级和多级管柱中油管尺寸优化原则、优化方法、管柱的经济性安全性探讨，以及油管柱在不同工况条件的定向井中受外挤、内压、轴向应力、弯曲附加应力等的分析和计算，给出了定向井中的油管尺寸优选、油管柱设计和强度计算校核方法，解决了定向井中的油管柱设计、校核技术难题。对海上油气田定向井和陆上侧钻弯曲井的油管选材、油管尺寸优化、油管柱设计起指导和参考作用。     

钻杆立柱排放机械手设计及有限元仿真分析

为减轻石油勘探钻井过程中起吊排放钻杆立柱时的劳动强度,提高生产效率,设计了钻杆立柱排放机械手。设计了齿轮齿条传动与蜗轮蜗杆传动相组合的平移回转机构,以及平行四边形四连杆机构和变型椭圆仪机构相组合的伸缩机构,并对伸缩机构进行了受力分析,确定了伸缩机构运动过程杆件受力变化情况。对机械抓手进行了原理设计和力学分析,建立了机械抓手三维实体模型,并进行了运动分析和有限元强度分析。分析结果表明,伸缩机构各杆件受力极限值得到确定;机械抓手运动符合设计要求,最大变形量为0.13 mm,最大工作应力约为124 MPa,小于材料屈服极限,满足设计要求。     

直井管柱屈曲对轴力传递的影响

管柱屈曲状态决定着接触反力的大小,从而影响管柱轴力的传递。针对压缩式封隔器坐封过程中管柱受力及变形的特点,应用微元分析法研究管柱屈曲对轴力传递的影响,编制了计算机程序模拟管柱轴力计算。使用计算机程序分析了摩擦系数、油管尺寸、井眼尺寸对管柱轴力传递的影响。     

Φ３１．７５ｍｍ连续油管测试堵塞器的研制

现有连续油管测试堵塞器配套使用的连续油管最小尺寸为Φ３８．１ｍｍ,工作筒密封面最小内径为
Φ６９．８５ｍｍ,主要通过下压或向下震击剪断剪钉的方式与连续油管脱离,而中海油海上油田与Ｙ接头连接的密封
筒尺寸大部分为Φ６１ｍｍ,且小直径连续油管的挠度较大,常因不能有效传递向下压力而无法剪断剪钉,针对上述
情况研制了用于Φ３１．７５ｍｍ连续油管的测试堵塞器,在渤海油田的三次现场试验表明,该测试堵塞器可满足密封
尺寸为Φ６１ｍｍ的工作筒,为保证密封可靠性,在测试期间连续油管的上提或下放速度应控制在１０～１５ｍ／ｍｉｎ之间。     

海洋修井机井架的有限元分析

海洋修井机井架的设计除能满足钩载工况外，还应满足风载工况。对井架在几种风能和钩载工况下的受力进行了模拟计算和有限元分析。结果表明：在钩载工况作用下，井架大腿的应力不是很大，应力最大值位于井架上体收口处两条前大腿上；井架的主要受力工况不是钩载，而是风载；在同一级别风速下，井架受斜向风时受力最大，背向风次之，侧向风最小；设计井架时，应尽可能减小井架的门框尺寸，以减小井架迎风面积，使风载减到最小程度。     

连续油管压裂管柱轴向载荷传递规律研究

对连续油管压裂管柱轴向载荷传递规律进行了研究,同时对影响连续油管轴向载荷传递规律的因素进行敏感性分析。结果表明:管柱尺寸、井眼摩擦因数、方位变化、施加在封隔器上的坐封力对载荷传递影响较大;随着摩擦因数、方位变化率、坐封力增加,轴向力传递效果变差。该研究方法可用于连续油管压裂管柱水平延伸能力分析,可以确定连续油管压裂管柱井下延伸能力,为连续油管压裂施工提供设计依据。     

新型油管加热采油装置的技术分析

针对含蜡油井、高凝油井、稠油油井生产过程中的举升难题,研制了一种新型油管加热采油装置。该装置利用油井中的油管柱作热源体将电能转化为热能,加热油管内的液体。介绍了油管加热装置的工作原理及各部分的组成,并对地面供电电源、能量控制传输装置、井下绝缘隔离系统及井下发热电路等4部分从结构、原理、性能参数等方面进行了分析。该加热装置在胜利、辽河、大庆、新疆等油田的含蜡油井、高凝油井、稠油井应用200余井次,均取得良好效果。     

节能型XXJ300/500液压蓄能修井机

针对现有常规修井机存在的能量浪费现象,研制成节能型ＸＸＪ３００／５００液压蓄能修井机。在起升力和速度与常规修井机相等的条件下,节能型修井机装机功率不到常规修井机的三分之一,可回收利用油管柱下放释放出来的部分位能,实现不开机下放油管柱作业。如果配用液压油管钳,不必另设动力源和液压系统,直接接到节能机的液压系统即可工作。由于直接用组合油缸起下油管,不用绞车和井架,油缸运动件的行程是固定的,不会发生碰天车之类的恶性事故。现场试验表明,这种修井机节能效果非常显著,大大降低了修井作业成本,应用前景广阔。     

钢带式超长冲程抽油装置用钢带的设计计算

综述了钢带式超长冲程抽油装置用钢带的设计计算方法。指出每种绕带滚筒直径均对应一个最佳钢带厚度，不同直径的滚筒应卷绕厚度最佳的钢带，以获得最大的举液高度。小直径油管更有利于增加举液高度。列出的公式可以确定钢带的几何尺寸和强度特性。     

浮球暂堵酸化设计与应用

从浮球在井筒液体中的受力情况出发，通过分析浮球在油、套管中的运动状态，导出了计算浮球上升（或下沉）速度，球和流体的运送时间及浮球运移的方程；探讨了浮球从井口输送到射孔段的输送条件，得出了浮球坐封到炮眼上及保持浮球稳定坐封于炮眼上的条件及其相关公式。计算结果表明，该方法可用于指导现场浮球暂堵酸化的设计与施工。     

接箍锚定式井下节流器锚定机构性能分析及优化

目前苏里格气田广泛应用的卡瓦式井下节流器在打捞时存在解卡工艺复杂、卡瓦咬死油管导致打捞成功率低等问题,为此研发了一种接箍锚定式井下节流器,依靠卡爪锚定于油管接箍槽间隙,具有易解卡、不卡死油管、不下滑和钢丝作业一趟完成打捞的特点。为了提高接箍锚定式井下节流器锚定机构的工作性能,利用ANSYS有限元分析软件,建立了锚定机构与油管接箍的有限元模型,模拟了锚定机构在锚定、打捞时的工作过程;利用中心组合设计法建立了节流器最小打捞力以及下击作业时卡爪所受最大应力与卡爪长度、卡爪厚度的数学模型,分析其影响变化规律,得出最佳卡爪长度、卡爪厚度分别为95.6 mm和2.9 mm,最小打捞力为1.9 kN,下击作业时卡爪所受最大应力为732 MPa,与原节流器相比明显提高。研究结果表明,接箍锚定式井下节流器锚定机构设计合理,在保证节流器锚定机构安全工作的同时,优化了节流器锚定机构的卡爪参数组合,为接箍锚定式井下节流器的现场应用提供了技术保障。      

连续气举条件下举液管柱传热系数的确定

气举管柱温度分布对气举井设计和运行有着重要的意义,而传热系数是影响系统传热 和温度分布的重要参数,要准确地预测管柱内流体的温度梯度必须首先确定传热系数。针对气举 井实际工况,首次推导出气举管柱的传热系数计算公式,从而为气举管柱流温计算奠定了基础。 计算结果表明,注气点以上和注气点以下传热系数相差很大,所以在实际工程计算时必须分别予 以考虑,并且在计算中可以忽略油管和套管传热系数对气举管柱总传热系数的影响。     

斜井抽油杆扶正器安放间距三维计算

在斜井抽油杆上合理布置扶正器可减缓抽油杆与油管的相互磨损，延长油井免修期，降低生产成本。采用力学分析的方法，结合井眼轨迹数据，由下到上逐跨计算了抽油杆柱的扶正器间距和轴向力。假定抽油杆柱上只有扶正器处与油管接触，通过反复试算确定了两相邻扶正器之间的合适间距、上扶正器处的轴向力和侧向力。研究结果表明，相邻两扶正器的间距取决于上述轴向力、侧向力、井眼几何尺寸、杆抗弯刚度和杆与管间隙的大小。抽油杆柱最下端作用力的大小取决于液体压强、柱塞重量、摩擦力、液体阻力和惯性。而侧向力的大小取决于井眼见何尺寸、轴向力和抽油杆重量。计算实例及现场应用均表明三维计算方法是可行的。     

连续管井下作业摩阻计算分析

在综合分析现场3种摩阻计算模型优缺点的基础上,提出软模型是计算连续管作业摩阻的最优模型。根据连续管作业的特点,考虑到井眼轨迹中曲率和方位的变化,建立了连续管单元几何力学模型。分析了连续管单元的受力情况,给出了连续管摩阻的计算模型。进一步探讨了发生屈曲时连续管的受力情况,最终建立了三维井眼中连续管井下作业摩阻计算模型。结合中海油湛江DF1-1气田A1h井数据,对连续管井下作业轴向载荷和注入头载荷进行了预测,为连续管技术的应用提供理论基础。     

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在油气井测试过程中，为了保证测试安全，必须准确掌握油管的轴向力与变形情况。测试油管下部因受压会发生螺旋屈曲，并与套管接触产生摩擦力。屈曲后油管进一步变形时，油管轴向力与变形的关系非常复杂。常规计算方法没有考虑摩擦力对变形的影响，其结果不适用于高温高压井测试管柱安全分析。文章经过把塑性力学应力一应变关系与油管轴向力一变形关系进行对比，提出了用塑性力学增量理论的思想，来计算油管轴向力与变形的增量计算模型。通过现场应用，证明了这种计算方法的科学性和实用性。