盐穴储气库造腔管柱失稳及其影响因素分析

盐穴储气库造腔管柱失稳不仅会降低造腔作业效率,影响造腔质量,还会造成管柱起出困难、造腔失败.基于现场盐穴造腔工艺流程,在建立造腔管柱振动控制方程和管内流体运动方程的基础上,采用ANSYS Fluent商业软件实现了造腔管柱数值求解.借助江汉油田现场M实例井参数,采用相似原理,设计了造腔管柱振动模拟实验台架,测得实验数据...     

气井带压作业管柱稳定性安全评估方法研究

为实现气井带压作业管柱安全性的主动控制，防止管柱失稳造成页岩气井喷事故，基于力学分析，考虑作业工况和井内环境参数等复杂因素的影响，建立了管柱轴向压曲力和管柱无支撑长度理论模型，并结合压杆稳定性理论提出了管柱安全无支撑长度理论模型，计算发现，理论计算结果与文献结果相近，验证了模型的可行性。理论模型计算结果表明：管柱下入作业比上提作业更易发生失稳，井内压力越大、井内管柱长度越短、管柱尺寸越小，越易发生失稳安全问题。最后基于安全无支撑长度理论模型和现场管柱起下作业安全准则，提出了失稳区、控制区和稳定区管柱稳定性安全评估方法。研究结果可为气井带压作业管柱稳定性安全智能预警与控制方法设计提供理论依据。     

开关井工况下完井管柱振动安全性分析

油田现场进行开关井作业时,管柱内压瞬时变化会引起管柱大幅受迫振动。考虑实际工况,改进了输流管道的水锤分析模型,使其适用于分析完井管柱在水锤作用下的振动特性。根据现场试验数据对比了开井工况下和排液工况下的振动加速度与振动频率。运用有限元软件Abaqus建立了三维有限元管柱模型,求得了管柱振型图、固有频率,然后对模型施加加速度得到其在危险时刻的应力分布情况。最后以管柱所受应力为指标,评价了在开关井工况下完井管柱的安全性。分析结果表明:开关井工况下完井管柱振动相对更为剧烈,且极易发生破坏性的共振,甚至会造成管柱的塑形变形。因此在开关井工况下,由于管柱的强烈受迫振动所产生的安全性隐患必须引起充分重视。     

动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究

为探究动态载荷作用下地下储气库(UGS)受压段管柱非线性屈曲特性,根据储气库井筒结构特点,建立了柔性约束下UGS管柱非线性屈曲力学模型,采用慢动力法阶跃式施加管柱外载荷,并结合考虑接触的管柱屈曲动力学方程,分析了动态载荷作用下管柱的非线性屈曲特性.以UGS-ZY 11井现场数据为例,通过ABAQUS模拟计算进行对比研究...     

水平井管柱力学研究现状分析和发展趋势

水平井管柱力学是水平井技术应用的理论基础和施工依据。通过深入分析水平井管柱在井下的受力与变形情况,能够准确判断管柱的强度、刚度和稳定性,合理的设计管柱组合及完井方案。本文通过对大量国内外现有文献的分析讨论,总结了目前国内外关于水平井管柱力学方面的研究成果,归纳了研究水平井管柱力学的几种常用方法,以及影响水平井管柱屈曲的几个主要影响因素,并对水平井管柱力学研究的未来发展趋势进行了探讨。     

端部约束细长无重管柱螺旋弯曲分析

由于Lubinski管柱力学理论未考虑端部边界约束对管柱螺旋弯曲的影响,试油作业中经常出现封隔器失封、测试工具损坏的现象。采用静力平衡法建立细长无重管柱弯曲微分方程;通过分析端部约束为固定端时弯曲微分方程的解,得到细长无重管柱弯曲构型与载荷之间的关系。并将结果与Lubinski管柱力学理论对比,通过实例,提出了合理组合管柱的建议。     

油气井管柱冲击动力问题研究概况和发展趋势

钻采作业中经常遇到管柱冲击动力问题。具体工况包括：①射孔和爆炸松扣解卡时,炸药爆炸引发的管柱冲击振动;②用震击器解卡时,突然泄流和震击力引发的管柱冲击振动;③钻柱、套管柱、油管柱、抽油杆柱断脱或刹车不灵或操作失误,导致管柱沿井筒向下滑落冲击井底或泵阀,以及管柱下放时突然遇阻的情况。对文献的相关研究进展进行了评述,并介绍了油气井管柱力学三原理、油气井管柱动力学基本方程、油气井管柱的屈曲和拉力扭矩分析、钻柱动力学、直杆和薄壁管在轴向冲击作用下的应力和变形、以及有限元力学仿真的研究进展;最后,对管柱冲击动力研究的力学模型、数学模型、求解方法和预期结果等提出了建议。     

深层气井油套管柱力学分析方法探讨

吉林探区气井测试虽然在井口选择及管柱优化设计上取得了一些经验,但对深层气井测试管柱安全分析缺乏深入研究,对测试管柱作业安全构成极大威胁,以往的经验做法无法适应新的作业环境要求,为此开展深井试气管柱力学分析尤为重要。根据文献,结合深井安全试气工作的需要,针对试气管柱结构、试气作业的特点,在结构屈曲、压杆稳定性研究成果的基础上,综合考虑井下实际工况,考虑吉林探区常用的井口释放悬重和投球打压坐封方式,将管柱作为井眼约束下的空间压杆,建立了管柱失稳变形的微分方程,以此分析管柱弯曲失稳的临界载荷,分析弯曲管柱的轴向受力与变形情况,分析管柱在井下的载荷、应力及其安全性,为深井测试提供技术保障。     

油气井杆管柱力学研究进展与争论

油气井杆管柱是石油钻采作业的脊梁和中枢神经。在石油与天然气工程学科中,油气井杆管柱力学是一门重要的应用基础科学。先介绍了油气井杆管柱力学的相关专著、从事油气井杆管柱力学研究学者、研究油气井杆管柱力学的方法并澄清了一些基本概念;进一步重点介绍了油气井杆管柱力学基本原理、油气井杆管柱的运动状态、油气井杆管柱动力学基本方程、油气井杆管柱的稳定性、油气井杆管柱的稳态拉力扭矩、下部钻具三维力学分析、钻柱动力学、套管柱力学分析、测试管柱力学分析、压裂注水注汽管柱力学分析、有杆泵抽油系统诊断和参数优选与节能、采气管柱的振动、管柱的冲击震动、膨胀筛(套)管力学分析、隔水管柱力学分析、振动波信号在管柱中的传播、管柱的磨损和腐蚀与冲蚀、管柱的剩余强度和疲劳强度预测等方向的进展与争论;展望了油气井杆管柱力学的重点研究方向。     

油气井杆管柱力学研究现状和发展方向

油气井杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作 ,在各种力的作用下 ,处于十分复杂的变形和运动状态。对油气井管柱进行系统的、准确的力学分析 ,具有重要的工程实用意义。鉴于此 ,介绍了油气井杆管柱的组成及研究油气井杆管柱力学的重要意义。重点阐述油气井管柱的运动状态、动力学基本方程、油气井杆管柱稳态拉力和扭矩、下部钻具三维力学分析、钻柱振动、杆管柱的稳定性、有杆泵抽油系统参数诊断和优选等方面的研究意义、研究应用现状和发展方向     

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明：空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效　情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接Ø279. 4 mm 钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施     

充满液体的圆筒中受压屈曲杆柱旋转实验

在钻井过程中,下部钻柱的主要运动形式为受压屈曲后的自转和涡动。受压屈曲钻柱旋转可以增大钻柱与井壁的接触摩擦力,诱发钻柱横向振动和涡动,造成井壁失稳和钻柱损坏,甚至造成钻井作业失败。目前,井筒中受压屈曲旋转钻柱的运动规律的认识尚不全面甚至部分认识是错误的。通过实验研究了载荷、转速、钻井液和圆筒内径等参数对圆筒中的受压屈曲杆柱旋转运动的影响。分析了模拟钻柱在液体中由正向涡动转为自转和反向涡动的耗散能量。结果表明：①随着载荷的增大,屈曲钻柱首先正向涡动;其次既有正向涡动,又有自转;然后沿部分井壁反向涡动和自转的组合;最后沿井壁反向涡动。②钻井液的动力润滑作用可以减小钻柱正向涡动旋转幅值,并能阻止反向涡动的形成。③提高钻井液的动力润滑性、减小井眼直径、增加井斜角,出现反向涡动的载荷增大。④钻柱随载荷增加可能出现2次反向涡动。⑤钻柱运动状态转换符合最小耗散功率原理。     

基于振动力学的抽油杆柱传动效率数值仿真研究

抽油杆柱是抽油机井井下系统的主要组成之一,其传动效率一直被人们所忽视。由于抽油杆柱的细长结构,在传动载荷过程中引起较大的振动而消耗能量。根据振动理论,在考虑抽油杆柱初始几何缺陷条件下,建立抽油杆柱动态失稳的力学模型,采用间隙元理论,建立抽油杆与油管的动态碰撞接触边界,应用数值求解技术对抽油杆柱三维振动进行模拟,获得抽油杆柱的传动效率。将计算结果与试验井测试结果进行对比,两者具有较好的一致性,同时分析了杆柱传动效率与相关参数的关系,定量给出了对杆柱传动的效率影响,为提高井下效率奠定了理论基础。     

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文章分析研究了大位移井钻井过程中对钻具破坏很强的一种扭转振动：“粘滞—滑动”,这种振动在大位移井钻井过程中发生的概率比较大,表现为或停或转的状态,转动的瞬间钻头以很大的速度冲出,引起钻头与地层、钻柱与井壁强烈碰撞,因此引起钻具失效。通过建立大位移井钻柱的等效扭转摆模型,分析了在钻头与地层扭矩及钻柱与井壁间摩阻扭矩作用下钻柱的动态行为,给出了钻柱所受摩阻力与钻柱动态位移之间的函数关系。分析了钻柱“粘滞—滑动”振动所遵循的物理规律,获得了大位移井“粘滞—滑动”共振频率的分布。结果表明：大位移井的“粘滞—滑动”现象表现为低频反应。根据“粘滞—滑动”共振所满足的条件,通过调整钻井参数可以避免“粘滞—滑动”现象的发生;扭转负反馈对“粘滞—滑动”现象有一定的阻碍作用。该问题的分析结果具有较高的理论价值和实际意义,对大位移井钻进中如何减少钻具失效问题提供力学依据。     

抽油杆柱扭转机理分析与力学模型的建立

在综合分析抽油杆柱破坏形式的基础上 ,找到了抽油杆柱产生扭转运动的原因 ,即抽油杆柱屈曲和悬绳器钢丝绳打扭。探讨了抽油杆柱扭转振动的上下端边界条件 ,在对抽油杆柱适当简化的基础上 ,利用弹性理论和单元分析法 ,建立了抽油杆柱扭转振动的动力学模型 ,并研究了该模型的求解方法。为抽油杆柱的扭转脱扣、偏磨及抽油泵柱塞螺旋划痕等破坏形式的量化分析奠定了理论基础     

钻柱纵向受迫振动的广义传递矩阵法

钻柱纵向受迫振动的研究在钻柱的三种振动形态中最为重要。本文建立了能更真实反映钻柱系统的纵向受迫振动模型,此模型适合于任意组合钻柱。分析钻柱各种能量损耗后,给出钻柱纵向振动时的阻尼系数计算公式。根据钻柱纵向受迫振动的特点,本文提出广义状态向量的新概念,并且用此向量描述钻柱的振动状态。用广义传递矩阵方法研究钻柱纵向受迫振动的一般规律,克服了直接求问题的解析解存在的困难。文章给出计算任意组合钻柱系统的纵向受迫振动的稳态响应的一般公式和不同测量条件下求状态向量的不同途径。     

地层测试管柱力学分析

地层测试是油气田勘探和开发的重要过程。在地层测试过程中,测试管柱在多种载荷作用下,形成复杂的应力和应变,有时会引起管柱的屈服破坏、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈曲,造成较大的经济损失。根据地层测试作业过程,考虑井眼轨道、测试管柱的组成、井内流体的性能、管柱内外压强、管柱与井壁的摩擦系数、地温梯度、空气温度、油管温度、测试阀的类型、封隔器的类型、封隔器的活塞效应、管柱螺旋失稳效应等参数,建立了测试管柱在整个作业阶段的力学分析数学模型,并用差分法求解,给出沿整个管柱的拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性、伸长等参数。用Visual Basic 2008编制了计算软件,并进行了现场应用。     

气体钻井钻柱振动特性及控制措施

为解决气体钻井钻柱频繁失效的实际问题,综合考虑钻柱纵横扭耦合振动,根据气体钻井全井段钻柱系统动力学模型分析了气体钻井钻柱的振动特性,并从减振抑振角度提出了空气锤钻井工艺和采用减振减阻工具两种振动控制措施。以川西某实钻井气体钻进段为例,在利用美国ESSO公司现场数据验证全井段钻柱系统三向耦合振动力学模型可行性与结果可靠性的基础上,量化评价了常规气体钻井和采用振动控制措施气体钻井工艺的钻柱振动特性。对比分析表明,这两种工艺措施的减振抑振效果明显,不仅能够有效减弱气体钻井中下部钻柱的振动强度,而且使上部钻柱的动态应力也大大降低。