实体膨胀管的膨胀力有限元数值模拟及其应用

针对塔河油田深井侧钻井巴楚组和桑塔木组地层泥岩垮塌难题,优选φ139.7 mm实体膨胀管对复杂泥岩段进行机械封隔。根据弹塑性有限元理论,利用有限元数值模拟研究了φ139.7 mm实体膨胀管的膨胀特性,探讨了膨胀率、屈服强度、摩擦系数和膨胀锥锥角对膨胀力的影响规律。在塔河油田 TK6-463CH 井进行了实体膨胀管的现场施工应用,将该井膨胀锥锥角设计为10°,预测膨胀力为603~607 kN,与实际计算结果相比误差小于8%,表明该方法具有合理可行性,为深井侧钻井膨胀管设计及膨胀管施工提供了技术支持。      

膨胀管中膨胀锥角与液压力关系研究

利用有限元模拟软件,着重从膨胀锥角与推进锥体所需的液压力的不断变化关系出发,研究锥角为多大时所需的液压推进力为最小,获得最优的锥角。通过参数优选,可以减小管内壁与锥头的摩擦,优化膨胀锥的结构,为现场应用提供了理论依据。     

实体膨胀管膨胀力影响因素数值模拟

根据弹塑性有限元理论,建立了膨胀套管膨胀所需膨胀液压力与摩擦因数、膨胀率、膨胀锥锥角的非线性接触的有限元力学模型。通过所建模型的求解,对膨胀液压力的影响因素进行了深入研究,并定量分析了摩擦因数、膨胀率、膨胀锥锥角对膨胀力的影响规律。研究表明:在其他条件相同的情况下,膨胀液压力随摩擦因数或膨胀膨胀幅度增加而线性增大,随膨胀锥角的增大,膨胀液压力呈现先减小后增大的规律。此研究为膨胀工艺的设计提供了理论参考。     

实体膨胀管膨胀过程数值模拟及结构优化

分析了实体膨胀管膨胀过程机理及影响因素。采用ANSYS软件对不同结构的膨胀管膨胀过程进行有限元模拟,模拟过程采用非线性准静态力学法,揭示了膨胀过程中管体的轴向、径向位移的变化规律及其主要影响因素。模拟结果表明：膨胀过程中管壁变薄,膨胀载荷与膨胀工具有直接关系,合理膨胀工具半锥角为10~15°。有限元数值模拟方法可以较好地预测实体膨胀管膨胀过程主要影响因素,可对选取合理膨胀工艺提供依据。     

实体膨胀管膨胀后轴向位移有限元数值模拟

实体膨胀管膨胀后轴向位移的变化规律,是确定待膨胀套管长度和确定膨胀工艺的基础,是实施井下套管膨胀作业前必须解决的问题。为研究膨胀管膨胀后的轴向位移的变化规律,建立了实体膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型。通过对所建模型的求解,对实体膨胀管膨胀后轴向位移与膨胀工具模角的关系进行了深入细致的研究,找出了膨胀工具与膨胀管在不同的接触条件、膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下轴向位移的变化规律。得出了套管膨胀后的轴向位移受多种因素影响的结论。并通过实验证明了所建立的模型解精度较高,能够满足工程需要。因此,在设计膨胀工艺时,应综合考虑膨胀工具与膨胀管的接触状态、膨胀管的膨胀率及膨胀工具模角,确定套管膨胀前的实际长度,以满足工程实际的需要。     

15CrMo实体膨胀管最优锥角有限元分析

利用有限元分析软件,根据弹塑性有限元接触问题的相关理论建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型。对壁厚6mm的ф108mm管进行膨胀过程的计算机模拟,着重研究在不同膨胀率下,膨胀锥角与锥体完成胀管所需的液压力的变化关系;确定不同膨胀率下所需的液压力最小的锥角值,即获得最优的锥角;研究了最优锥角下膨胀管的力学性能,通过参数优化设置,为现场应用提供理论依据。     

实体可膨胀管变形力与膨胀工具模角关系研究

建立了实体可膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型,通过对模型的求解,得出膨胀管与膨胀工具在不同的接触条件、可膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下,膨胀变形力与膨胀工具模角的关系。用107.95mm套管做了实体膨胀试验,通过试验测得的膨胀变形力与用模型求得的计算结果符合得很好,完全可以满足实际工程的需要,证明提出的模型及其求解结果正确可信。     

套管膨胀过程中膨胀锥锥角对驱动力的影响

采用有限元方法模拟套管膨胀过程,求解了膨胀锥锥角不同时的液压驱动力,并分析了所需驱动力的大小与膨胀锥锥角的关系。结果表明,套管膨胀过程中膨胀锥存在一个最优锥角,在此锥角下膨胀套管所需的驱动力最小。在小于最优锥角范围内,驱动力随锥角的增大快速降低,在大于锥角范围内,驱动力随锥角的增大有增大的趋势。对于结构参数相同而材料钢级不同的套管,最优膨胀锥锥角较接近,与最优锥角对应的最小驱动力也较接近。     

实体膨胀管膨胀工具优化分析

为了使膨胀管技术在国内得到大范围应用,采用三维弹塑性接触问题有限元法着重研究膨胀工具的锥角、定径长在膨胀过程中变形力以及残余应力的变化规律。采用ANSYS10.0建立膨胀管模型以及膨胀锥三维实体模型,单元类型选择Solid95,网格划分采用映射网格。研究结果表明,在膨胀锥锥角保持不变的情况下,膨胀锥定径长对膨胀后套管的残余应力没有太大影响,但对套管膨胀所需要的膨胀力有较大影响;膨胀锥锥角对套管最大残余应力没有影响,但对膨胀力的影响十分明显,当膨胀力的径向分力大于材料的抗拉强度时,材料将发生破坏。     

膨胀锥斜面角对膨胀管裸眼系统的影响分析

以?194×10型膨胀管为例,利用ABAQUS软件对30组不同膨胀锥斜面角度的模型进行了分析。研究了膨胀锥斜面角度与膨胀管膨胀后的壁厚、缩短率和内径扩大率以及最大膨胀压力之间的变化规律。研究结果表明,膨胀压力与锥体斜面角度呈现先减小后增大的趋势,且角度越大,压力波动越大。膨胀后管体的壁厚减薄率随着锥体斜面角度的变化规律为:1°~24°时随着角度的增大而明显增大;25°~30°时随着角度的变化,膨胀管壁厚减薄率变化不明显。膨胀管内径扩大率与膨胀锥斜面角度之间呈非线性关系。在1°~24°之间时,随着锥体斜面角度的增大,内径扩大率逐渐增大;在25°~30°之间时,随着角度的增大,内径扩大率并不明显。锥体斜面角度为1°和2°时,内径扩大率为负值。最后通过现场试验,验证了计算结果的合理性。     

钻杆流场诱导腐蚀模拟

钴杆是钻柱系统的重要组成部分,在工作中除要承受多种载荷外,还要受到钻井液等流体的诱导腐蚀,是钻柱系统的薄弱环节,现场实际工作中钻杆失效事故更是频繁发生.而钻杆失效高发区域便为加厚过渡带,传统上的钻杆失效数值模拟分析采用的主要方法是建立钻杆加厚过渡带的力学模型,从该区域受到载荷的情况下分析其等效应力的分布和应力集中系数的...     

膨胀管膨胀压力及承压能力分析

针对膨胀管作业过程中出现膨胀压力过大,油管上提不及时导致的油管弯曲变形甚至发射腔破裂等问题,详细分析了膨胀管膨胀时的压力变化过程,并从理论和试验的角度,对膨胀压力以及膨胀管能够承受的极限压力进行计算和比较。结果表明,膨胀压力的峰值出现在膨胀锥经过膨胀管的密封装置处;密封装置在膨胀过程中经过单向膨胀和双向挤压2个阶段,此时应该上提油管避免憋压;膨胀管的发射腔处承压能力最弱。     

高温热管换热器优化设计

在离散型设计的基础上 ,提出了合理的高温热管换热器优化设计计算模型———分步计算方法 ,并通过实际算例分析了这种计算方法的合理性 ,为高温热管换热器的推广应用奠定了一定的理论基础。     

实体膨胀管开发及修井应用技术研究

中原油田是复杂断块油田,套管损坏对油田开发后期带来了严重影响,2005年以来研究开发了实体膨胀管补贴套管技术,在膨胀管材料,连接技术、密封技术、膨胀工艺等方面的研究取得了突破,具有修复后内通径大、密封可靠、强度高、耐腐蚀等优点,整体技术达到了国际先进水平,并在套管堵漏、封堵出水层及套管加固等方面进行了应用.截至2008年底,已经成功应用21口井,下井最大深度3450 m,补贴最长井段53 m,形成了适应深井、高温高压、高矿化度井的膨胀管补贴技术,可进一步推广应用.     

六刀翼多夹层PDC钻头井下流场的模拟与设计

为了深入分析PDC钻头的流场,从而优化PDC钻头的水力结构设计,利用计算流体力学技术,对六刀翼多夹层PDC钻头实体的三维流场进行了数值模拟。模拟直观地显示了钻头水眼设计存在的水力能量分配不均问题和流场的流动情况。流场的三维模拟结果揭示了CFD技术对钻头水眼位置和安装角度设计的影响。