弯曲井眼中管柱屈曲行为研究

给出了描述弯曲井眼中管柱屈曲及后屈曲行为的解析结果。通过求解由平衡法得到的管柱屈曲平衡方程,得到了管柱的正弦屈曲的构型和螺旋屈曲构型的解析解。解析结果与相应的数值结果有良好的一致性。在此基础上,确定了管柱的初始屈曲临界载荷、保持正弦屈曲构型的最大载荷和螺旋屈曲临界载荷。由此,进一步得到了管柱在后屈曲进程中载荷与变形受力的关系。     

裸眼跨隔中测管柱力学及允许测试压差分析

由于经典的无限长管柱力学理论不再适用于两端受到封隔器约束的有限长跨隔段管柱，因此，考虑井眼和封隔器的约束，用微元体分析法和能量法对跨隔管柱的弯曲行为重新进行了分析。分析表明，在井眼和封隔器的约束下，跨隔段管柱有三种屈曲构型：一个半波弯曲、两个半波弯曲和螺旋弯曲。求得了三个弯曲临界栽荷，跨距间管柱的挠度、弯矩及弯曲应力计算公式。据此，可以计算跨距间管枉、工具的强度或由跨距间管柱及．工具强度所允许的测试压差。     

管柱在水平井中屈曲方程的建立及求解

前人曾用能量法分析了管柱在水平井眼中的稳定性问题,建立起管柱的屈曲方程。文中用有限差分法分析了杆管柱,在水平井中的屈曲失稳问题,同时考虑了端部约束条件的影响,建立起管柱在水平井中的屈曲微分方程。在两端铰支约束下,用差分进行了求解,计算出杆管柱的临界失稳载荷,并通过实例验算其计算精度。     

支撑式跨隔测试管柱力学分析及其应用

与传统的单封隔器管柱相比,支撑式跨隔测试管柱受力状况更加复杂,测试风险加大,常常失利。为了解支撑式跨隔测试失败的原因,为管柱组合及施工参数选择提供依据,根据支撑式跨隔测试的特点和传统管柱力学研究的不足,用微元体分析法和能量法对有限长跨隔段、支撑段管柱的屈曲行为重新进行分析,求得了有限长管柱的屈曲临界载荷和屈曲构型。分析表明,有限长管柱有3种屈曲构型:1个半波弯曲、2个半波弯曲和螺旋弯曲。据此,可以计算有限长管柱的附加弯矩及附加弯曲应力,校核其强度安全性;可以合理组合管柱、合理确定测试压差。当井径一定时,可以作出跨距-测试压差安全施工界限图。该研究指导了塔中和轮南地区若干口井的跨隔测试,测试成功且没有发生管柱、工具损坏事故。     

水平井眼中管柱的屈曲和分叉

运用最小势能原理和变分方法,导出了描述水平井眼中管柱屈曲变形的微分方程——一个含有参数β的四阶非线性微分方程。求得了该非线性系统的两个分叉点(β₁=1, β₂=1.47)及相应的两个临界屈曲载荷F_crs和F_crh;并对其三种不同性态的分枝解进行分析。当β<β₁时,微分方程有零解,对应于管柱的直线稳定状态;当β₁≤β≤β₂时,微分方程有周期解,对应于管柱的正弦屈曲状态;而当β≥β₂时,微分方程有螺线解,对应于管柱的螺旋屈曲状态。本文的结果对水平井钻井、完井和增产改造等井下作业管柱的正确设计和作业参数的合理选择等具有重要的参考价值。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

垂直井眼中管柱屈曲精确解的应用

管柱在垂直井眼中的屈曲方程可以归结为一个非线性方程,Mitchell得出了该方程的精确解。在此基础上,分析和计算了方程解的性状、管柱与井壁的接触力曲线,以及管柱的缩短情况。分析表明,与传统Lubinski解相比,在精确解中管柱的轴线是由左旋和右旋相互交替的曲线;管柱和井眼的接触力在左右旋交界点最大;管柱每段螺旋长度越长,轴向载荷下变形越大。     

完井管柱力学分析及工程应用

分析了完井及其管柱的特点,综合考虑井身结构、管柱结构、工作载荷、高温高压及联作等因素,给出了管柱屈曲临界载荷;综合考虑管柱屈曲状态、弯曲摩阻、井口设备、井底封隔器对管柱轴向力与变形的相互影响,给出了管柱载荷、变形、应力计算公式。结合现场实践,得到了完井管柱力学分析方法,据此进行管柱下深、载荷、强度、轴向变形等必要的计算,可得到实用的结论与可操作的建议。     

管柱螺旋屈曲时接触压力的研究

在油井生产过程中管柱会受到各种载荷.管柱在轴向力作用时,在有外管壁或井壁约束的情况下,内管柱与外管壁或井壁间会产生接触压力,并可能发生螺旋屈曲,严重时会导致管柱失效.文中综述了一些学者的典型接触压力计算式,发现不同计算式间的计算结果差异很大.根据工程应用中的需要,进行了理论推导并首次对该问题作了实验检测,给出了三维光弹性应力冻结法的实验结果,探讨了管柱在屈曲时接触压力分布规律的三个阶段和工程应用的更接近实际的计算公式.在此基础上对前人所发表的不同接触压力表达式进行分析和探讨.为研究管柱屈曲时的受力情况和工程应用提供了理论与实验依据.     

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...     

垂直井中管杆柱的扶正器安放问题研究

管杆柱屈曲给生产带来许多问题,文中采用弹性稳定理论中的能量方法,分析了受轴向分布载荷作用的垂直管杆柱的稳定性,得到了关于轴向分布载荷、底端轴向载荷和管杆柱几何参数的稳定性方程,并求得了它的解析解。该解对于垂直井中管杆柱的扶正器应用具有指导意义,方程中针对不同端部边界条件的管杆柱约束系数取值不同。为了便于理解,文中给出了算例。     

内外液压作用下套管柱屈曲载荷的级数解

关于油井套管柱的屈曲问题虽已经有一些研究文献，但深入系统地研究该问题的文献并不多，由于其微分方程求解困难。各文献并没有给出一致的套管临界屈曲载荷，并且给出的结果普遍偏高，文章首次将套管和内，外部液体一起考虑，建立微分方程，并用无穷级数法求解，得到了比较准确的临界屈曲载荷，论述了管柱内，外壁侧向液压对管柱发生屈曲的影响，对于开口管柱，当其处于微弯状态时，内、外壁同压力上起管柱任一截面的弯矩等于作用于底端的轴向力和沿轴线均匀分布的液柱重力所产生的弯矩。其结果可供油井设计和施工参考。     

水平井裸眼分段压裂完井管柱下入屈曲磨损预测模型及规律

针对水平井裸眼分段压裂完井管柱下入屈曲磨损的问题,使用微元法确定管柱轴力及摩擦阻力,采用能量法计算管柱临界屈曲载荷,根据White和Dason的"磨损效率"模型,建立了全井段管柱定量摩擦磨损量预测模型。基于此,探究了压裂级数、分段间距、油管规格对管柱屈曲及磨损的影响规律。研究结果表明:1压裂级数的提高使管柱中和点上移,每提升10级压裂,中和点约上移13.5 m,而分段间距长度和油管规格提高使中和点下移;2管柱屈曲风险随压裂级数增大而增大,随油管规格和分段间距长度增加而减小,每提升1 m分段间距长度,管柱最大屈曲风险位置的安全系数约提高0.1;3压裂级数与分段间距对管柱全井段磨损量影响较小,而油管规格提高使得管柱全井段磨损深度减小,但磨损面更宽。     

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。     

钻柱螺旋屈曲时钻速与轴向力间的关系

在研究垂直井眼中钻柱在自重作用下发生屈曲时,一直沿用Lubinski的临界钻压条件得出结论,但该结论是在静态下考虑钻柱的失稳问题时获得的,由于钻柱还会受到其他因素的影响,因而该结论具有明显的缺陷。鉴于此,通过考虑离心力和重力对钻柱屈曲的影响,运用能量法研究了钻柱最大转速与螺旋屈曲时临界轴向力间的关系。根据能量法原理,确定钻柱的弯曲变形能等于重力做的功和离心力做的功之和,推导了钻速和轴向临界力间的数学关系表达式。研究结果发现,在工作状态下,钻柱的临界压力会明显地小于静态时的临界力,这在一定程度上弥补了Lubinski无重钻杆螺旋失稳条件的缺陷。对实际的钻探工程来说具有十分重要的指导意义。     

直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型研究

采用有限元法对直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的控制微分方程进行了求解，对钻柱螺旋屈曲准静态加载模型的合理性进行了理论验证，证明了钻柱螺旋屈曲准静态加载问题和特征值问题，力学模型中考虑了钻柱的重力，摒弃了传统分析中的小位移假设。研究表明，钻柱的螺旋屈曲过程是一个稳定的加载过程；钻柱屈曲位移的幅值随轴向载荷的增大而增大；钻柱的屈曲位移、弯矩和井壁约束力线密度都呈周期性变化；将钻柱的螺旋屈曲问题作为一个准静态加载问题来分析是合理的；采用准静态加载模型计算得到的钻柱初始失稳载荷与钻柱正弦屈曲线性特征值问题的分析结果吻合。