带有橡胶筒的膨胀套管内残余应力分析

根据弹塑性力学有限元法,建立了带有橡胶筒的膨胀套管的有限元模型,该模型中建立了3对接触对单元,即芯头与膨胀套管内壁接触对;橡胶筒内壁与膨胀管外壁接触对;橡胶筒外壁与外层套管内壁接触对。详细分析了橡胶筒厚度在1.5-3.5mm内,膨胀套管内的几种残余应力的定量关系,分析了膨胀套管内不同位置处,套管内残余应力的不均匀性,而导致套管内金属晶格产生不均匀的流动性。根据残余应力的分布情况,在所研究的膨胀套管结构尺寸下,得出了橡胶筒厚度的最佳结构尺寸范围为1.7-2.0mm,在此范围内的橡胶筒厚度,可以改善套管内的残余应力分布和改善金属晶格的流动性,为带有橡胶筒的膨胀套管结构尺寸设计提供了理论数据。     

摩擦因数对膨胀套管影响的有限元模拟研究

应用ABAQUS大型通用有限元软件和数值模拟分析方法,建立了膨胀套管膨胀过程的三维弹塑性非线性接触问题的有限元力学分析模型,直观地对膨胀套管的膨胀过程进行了模拟。分析得到摩擦因数与膨胀套管的总轴向位移、所需膨胀力和膨胀套管膨胀后壁厚减薄量的关系曲线以及定量关系的拟合计算式。分析还认为摩擦因数对膨胀后套管的最大等效残余应力和膨胀过程中的接触应力影响很小。     

膨胀套管润滑措施分析

对膨胀套管作业过程中膨胀工具与套管内壁间的摩擦与润滑问题进行了研究。从理论上对膨胀套管作业的摩擦与润滑方法进行了系统的分析阐述,并对采取固态磷化润滑膜的润滑效果进行了实物试验,与普通润滑方法的润滑效果进行了对比。结果显示,采用固态磷化膜润滑具有明显的润滑效果,降低了膨胀压力,并且使膨胀过程更加稳定,膨胀后的套管尺寸精度更加均整。最终分析认为,采取固态磷化润滑膜是膨胀套管作业中简单有效且低成本的润滑方法,可以用于实际生产。     

膨胀管外橡胶模块有限元分析与密封计算

为更好地对膨胀管外侧橡胶模块进行设计,研究了其在施工过程中的膨胀规律,分别对橡胶模块、膨胀锥、膨胀管建模,对膨胀过程进行有限元分析。通过分析橡胶模块外形和压缩率变化对膨胀力、最大接触压力、悬挂力及密封安全压力的影响关系,得到橡胶模块随着厚度和长度增加,其与套管内壁最大接触压力和所需的膨胀力均增加。随着橡胶模块压缩率增加,最大接触压力、悬挂力及密封安全压力均增加。     

双胶筒封隔器胶筒密封性能分析

以双胶筒封隔器为研究对象,应用ANSYS有限元软件建立封隔器密封元件的计算模型,分析了在不同加载方式、不同胶筒端面斜角以及不同摩擦因数等条件下,封隔器胶筒与套管之间接触压力的变化规律。指出不同的加载方式对封隔器胶筒所获得的接触压力有较大的影响,胶筒单向加载比双向加载能够获得更大的接触压力,2材料相同时,所产生的接触压力相差较大;胶筒端面斜角为40～50°、胶筒和套管壁的摩擦因数为0.5时,上下胶筒均能产生最大的接触应力,可获得最好的密封效果。     

伸缩节在膨胀套管作业中的应用

降低膨胀套管施工中的膨胀压力是膨胀套管补贴取得成功的重要保证。对于液压膨胀方式而言,较小的膨胀压力可以降低施工风险。通过对膨胀套管在井下膨胀过程中压力变化的分析,指出由于送入油管柱的重力的影响,造成初始锚定过程中存在无法克服的附加压力,提出利用伸缩节消除附加膨胀压力、提高锚定效果的方法。2口井的现场施工证明,在难以把握的膨胀管锚定阶段,也是膨胀压力最高的环节使用伸缩节,膨胀作业的压力与室内试验相比增加很少。伸缩节不仅能够降低膨胀作业过程中的最大压力,还能提高锚定效果,方便司钻的操作,特别适用于深井膨胀作业。     

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。     

基于摩擦因数的封隔器胶筒优化设计

为了进一步明确双胶筒封隔器的工作原理,避免胶筒发生破裂,对封隔器胶筒进行了优化设计。设计中,采用Mooney-Rivlin橡胶材料模型,建立了相应的数值模型,实现了双胶筒封隔器密封状态数值仿真。采用正交试验方法研究了胶筒及周围部件摩擦因数对胶筒最大接触压力的影响规律。研究结果指出,胶筒径向摩擦因数对其接触压力影响较大;减小胶筒摩擦因数或增加支撑环摩擦因数有利于使双胶筒同时形成密封,并且能增大最大接触压力作用范围,但在一定程度上会减小胶筒接触压力。现场试验结果表明,减小胶筒表面摩擦因数可有效避免单个胶筒因接触压力过大而导致破裂的问题。研究结果对封隔器优化设计具有重要的参考价值。     

膨胀套管关键技术的分析

膨胀套管技术是一项节约井眼直径的钻井新技术,起源于美国Enventure公司,现已广泛应用于深水井、复杂地层井的钻井勘探和对套损井的修复再生产,取得了巨大的经济效益和社会效益,而我国对该技术的研究还处于理论探索阶段.文章通过对膨胀套管的关键技术进行分析,指出了研究思路和方法,促进了该技术在我国的推广应用.     

遇油膨胀封隔器胶筒密封性能有限元分析

胶筒的密封性能直接制约着封隔器的工作性能,对胶筒密封性能研究的关键就是研究胶筒与井壁之间的最大接触压力。为此,建立了遇油膨胀封隔器的计算模型,采用有限元软件对遇油膨胀封隔器在井下的密封性能进行研究,分析了胶筒长度和坐封环境温度对胶筒与井壁之间接触压力的影响。研究结果表明,随着胶筒长度的增加,胶筒与井壁之间的最大接触压力增加,但当胶筒长度增加到3.0 m后接触压力增加变缓;随着坐封环境温度的升高,胶筒与井壁之间的最大接触压力减小,且减小幅度较大。在塔河油田的应用结果表明,当遇油膨胀封隔器两端压力不高于90.00 MPa时,胶筒长度为3.0 m的遇油膨胀封隔器能够满足封隔地层要求,封隔器胶筒应力也低于橡胶材料的破坏极限。     

泥岩浸水膨胀对套管损坏影响分析

泥岩浸水膨胀产生局部地应力异常是导致油水井套管损坏的主要原因之一,通过理论和数值模拟,研究了泥岩膨胀产生的附加套管载荷,泥岩浸水范围不同、井周的地层参数不同对泥岩浸水膨胀后产生的附加载荷不同。泥岩浸水速度和最终浸水程度与临近层的压力有关,压力越高浸水速度和浸水范围越大,产生的膨胀载荷越大,在实际生产过程中应该控制不同产层之间的压力差,减小泥岩浸水导致套损情况发生。     

实体膨胀管内涂层研究

实体膨胀管内涂层的研究开发,是实体膨胀管膨胀成功与否的关键技术之一。利用石墨、双马来酰亚胺、酚醛改性环氧树脂研制的内涂层具有耐高温、减摩的效果。在给定的试验条件下,填充石墨能够有效地改善这种内涂层的摩擦性能,石墨填充量在40%~50%之间时,复合材料的摩擦学性能较好。该内涂层在其应用的环境温度(室温至150℃)下,具有良好的摩擦学性能,内涂层的寿命完全满足一次性使用的要求。     

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。     

深海脐带缆内套管间相互作用的研究

深海脐带缆是连接上部控制装置和海底生产系统的生命线,其内部各套管之间的相互接触作用是影响脐带缆安全性的一个重要因素。建立脐带缆局部有限元模型,分析其在不同工况下相关应力的变化。分析结果表明:摩擦系数对该模型的最大等效应力、接触应力均有影响,尤其在载荷大到一定程度时对摩擦应力影响较大。     

实体膨胀管数值模拟及膨胀锥锥角优化设计

选择了一种实体膨胀管,对其不同锥角时的膨胀过程进行了详细的数值模拟,研究了膨胀锥锥角与膨胀压力、压力波动、膨胀后半径及轴向缩短量的关系,以期为膨胀锥的优化设计提供理论参考。建模时采用非线性有限元分析软件ABAQUS,膨胀锥为主面,膨胀管内壁为从面。结果表明,随着锥角的增大,膨胀压力和启动压力都逐渐增大,轴向缩短量随着锥角的增大而减小,锥角为15°时膨胀管轴向缩短量约为总膨胀长度的1.7%,综合膨胀压力、膨胀后半径及压力波动,比较理想的膨胀锥锥角为15～17°以及22°。     

史密斯膨胀锥整形临界参数指标研究

鉴于目前对整形工具的选用规格和避免套管损伤的最大整形量还没有明确定论的现状,通过显式动力有限元程序LS-DYNA模拟膨胀锥整形过程,分析套管和水泥环的应力扩张趋势,确定了整形过程中膨胀锥应用规格和最大可整形量等临界指标。建模时切向接触条件使用Cou-lomb摩擦模型,在模型的顶面边界和底面边界施加垂直方向约束。研究结果认为,屈服强度和工程需求内径是决定膨胀锥整形临界指标的主要因素,修套过程中膨胀锥对套管和水泥环造成的破坏较大,相对于套管,水泥环更容易发生破坏。     

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。     

膨胀波纹管胀管器结构设计与试验

膨胀工具的结构直接影响波纹管的机械膨胀过程。设计了φ241.3 mm滚轮胀管器和球形胀管器。滚轮胀管器主要由壳体、底堵打捞短节和3组滚轮系统构成,其胀管单元的结构与运动状态设计必须保证在有效胀开波纹管管体的前提下,以胀管所需的钻压或扭矩最小为目标;球形胀管器的作用是将水力膨胀后的波纹管主体修正到要求的形状和尺寸,主要由球形胀管器接头、巴掌、球形滚轮和锁紧轴组成。对设计的2种胀管器进行了强度校核和现场试验验证,结果表明,2种胀管器工作正常,结构强度和轴承系统的性能满足使用要求。     

新型随钻液压扩眼器的研制

鉴于目前国内外随钻扩眼器存在的问题,以及不能满足海洋钻井技术要求的状况,研制了一种安全性和可靠性较高的新型随钻液压扩眼器。该液压扩眼器通过投球、憋压实现刀翼的收放。扩眼器直径为215.9mm,扩眼后井眼直径为254mm,误差小于5%,刀翼伸出力为15.533kN,刀翼的缩回力为55.477kN。现场应用表明,使用Φ215.9mm扩眼器扩眼后,井眼扩大率为20%～25%,能满足海洋石油钻探的要求。新型随钻液压扩眼器采用投球、憋压推动活塞高效运行的方法,使扩眼器刀翼伸出和收回的动作准确无误。     

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。