水平井内管柱螺旋弯曲的研究

本文研究水平井中管柱（油管或钻杆柱）的螺旋弯曲及其临界（正弦）弯曲，同时还研究管柱在螺旋弯曲时产生的巨大摩擦力。随着轴向力的增加，临界（正弦）弯曲转化成螺旋弯曲。但是，除非在轴向载荷很大，约为正弦弯曲临界载荷的１．８倍，或是本文文献中给出的所谓螺旋弯曲载荷的１．３倍时，水平井井筒内管柱的变形才可能完全转化为螺旋弯曲变形，本文献中所谓的螺旋弯曲载荷实质上是指管柱产生螺旋弯曲过程中的平均轴向载荷。这就     

管柱在井内弯曲失稳的研究

运用流体力学分析了浮力对管柱的作用,从理论上证明浮力不可能使管柱弯曲失稳。运用力学叠加原理分析,管柱在内外压力下易造成失稳。     

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.     

基于弹簧理论的螺旋弯曲管柱强度分析

为了了解螺旋弯曲状态下管柱的应力分布规律,根据管柱螺旋弯曲的特点,利用弹簧理论,结合螺旋弯曲管柱力学分析成果,导出了螺旋弯曲状态下管柱内、外侧的第四相当应力计算公式,弥补了传统管柱力学分析的不足,提高了受压弯曲管柱强度校核的针对性与准确性。分析结果表明,在轴向压力作用下,弯曲管柱内侧的最大相当应力恒大于外侧,并且随着轴向压力的增大,管柱内侧最大相当应力线性增大。因此,对于受压弯曲管柱,应以管柱内壁为应力危险点校核其强度。     

管柱在垂直井筒内多次弯曲的计算

本文根据系统最小位能，用变分法建立方程：■此方程对现场的特种作业（固并，定向井）有理论指导意义，本文还例举了管柱在井筒内多次弯曲的计算实例。     

水平井双封隔器管柱力学分析

水力压缩式封隔器在坐封时会使管柱产生轴向应力,严重时会影响管柱的强度。以水平井双封隔器管柱为研究对象,考虑2个封隔器分别坐封时井口压力的大小,基于拉梅公式、广义胡克定律和杆件变形理论,推导了在井口压力的作用下管柱的轴向力、轴向应力及变形量计算公式。计算结果表明,当封隔器Ⅰ、Ⅱ先后以10 MPa和15 MPa井口压力坐封时,封隔器Ⅰ、Ⅱ之间的管柱轴向应力由49.94 MPa降低为15.08 MPa,而弯曲段到封隔器Ⅱ之间的管柱轴向应力由58.05 MPa 增加到107.96 MPa。由此可知,后坐封的封隔器会使其到弯曲段的管柱轴向应力增加,而使其到先坐封封隔器的管柱轴向应力降低,所以管柱的危险截面出现在后坐封的封隔器到弯曲段之间。     

深斜井反洗井管柱力学分析

针对注水开采工艺带来的管柱断裂、脱落、封隔器失效以及地层吸水能力下降等问题,对深斜井分层注水洗井工况进行了管柱力学研究,分析推导了管柱受力和变形计算公式。研究结果表明,管柱轴向力最大值在井口位置,并且随井深增加呈线性减小,封隔器位置轴向力存在突变。管柱轴向变形最大值在井底取得,并且随着井深增加而逐渐增大。由于井斜角的原因管柱轴向变形随井深的变化率在直井段最大,且为常数,其次是造斜段,稳斜段变化率最小。所得结果可为现场施工提供参考。     

进行管柱受力分析时值得重视的若干问题

对于压力和温度不太高或不合硫化氢的油气井封隔器管柱受力分析都比较简单,但对于井深、压力高、温度高、含硫化氢的气井,管柱受力分析就比较复杂了。高温高压含硫深气井在进行封隔器管柱受力分析时需要考虑相当多的技术问题,特别是技术细节问题,只有做到这样才能抓住管柱受力分析的关键和根本,使管柱受力分析建立在可靠的工艺基础上,也才能使完井试油和完井生产封隔器管柱在使用过程中更安全更可靠,防止封隔器管柱受力分析中出现简单化、主观化、片面化等问题。为此,笔者结合高压高温含硫深气井封隔器管柱受力分析研究、设计、实践经验谈谈自己的一些体会。     

直井油管柱螺旋弯曲研究

直井油管柱螺旋弯曲是油管柱弯曲最基本、最主要的一种弯曲形式,直井油管柱螺旋弯曲是深入研究直井油管柱受力和实用分析计算的重要基础.直井油管柱弯曲是从平面弯曲开始的,随着油管受力增加,油管平面弯曲的挠度也增加,平面弯曲逐渐向变挠度螺旋弯曲转变,变挠度螺旋弯曲挠度随着油管受力增加而增加,当变挠度螺旋弯曲最大挠度等于油套管间隙,油管最大挠度点与油层套管接触,油管受力继续增大,变挠度螺旋弯曲中间部分则向圆柱螺旋弯曲迅速转变,柱弯发生后油套管接触就产生了摩擦.文章介绍无重变挠度螺旋弯曲、有重变挠度螺旋弯曲的相关研究和应用.     

高温高压深井天然气测试管柱力学分析

高温高压深井由于地层具有很大的不确定性,测试过程中油气产量、压力、温度等参数变化范围大,使得深井测试中易出现井下工具和管柱变形、断裂等问题。以测试井井筒压力、温度预测计算为基础,结合高温高压深井的特点,分析了压力、温度变化和流体流动引起的活塞效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应和温度效应对井下测试管柱受力和变形的影响,并建立了测试过程中井筒内温度、压力随井深变化的预测模型,编制了高温高压深井的测试管柱力学分析软件。该成果为高温高压深井测试管柱强度设计与校核、施工参数计算等提供了依据。     

封隔器管柱屈曲变形及约束载荷分析

目前的封隔器管柱屈曲分析没有考虑靠近封隔器段非螺旋屈曲段管柱,没有给出非螺旋屈曲段管柱的变形表达式和封隔器对管柱的约束载荷。鉴于此,取管柱微元体进行受力分析,根据平衡条件和小挠度梁屈曲理论,得到了紧靠封隔器段平面屈曲管柱及螺旋屈曲管柱的屈曲变形微分方程;根据屈曲变形微分方程,利用边界条件得到了紧靠封隔器的平面屈曲管柱的挠度,推导出了封隔器对管柱的约束力和约束弯矩,可供管柱强度校核及封隔器胶筒设计参考。     

管柱力学分析在深井酸压施工中的应用

酸压管柱是酸压作业顺利实施的重要保障。在深井酸压过程中,管串长,摩阻大,泵压高,温差大,压力高,施工时间长,管柱受力情况恶劣,变形严重,如在管柱结构设计时未充分考虑因此因素,可能会造成封隔器密封失效,导致酸压失败。本文通过对两口酸压井管柱的力学分析及强度校核,对酸压管柱结构提出优化方案,对酸压管柱的安全施工提供了可靠依据。     

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。     

卡在卡瓦内管柱力学模型的探讨

在分析国内外卡在卡瓦内管柱力学模型的基础上，采用ANSYS软件，对钳牙与钻杆进行三维接触分析，弄清了钳牙与钻杆的接触状况，揭示了钳牙接触应力的分布规律；在此基础上确定了合理的管柱力学模型：将管柱视为厚壁筒，卡瓦夹紧部分的管体的径向位移非均匀分布，卡瓦夹紧力均匀分布，考虑轴向拉应力和卡瓦下边缘管柱横截面上的弯矩，为卡瓦的结构优化设计和新型卡瓦的研制提供一定的指导。     

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。     

Q235带钢生产螺旋埋弧焊管时的弯曲样不合格原因分析

用Ｑ２３５带钢生产螺旋埋弧焊管，在进行弯曲性能检验时，发现有不合格现象，为分析其产生原因，进行了金相，扫描电镜，能谱分析等试验。结果表明：母材中夹杂物数量多，工艺控制不良，母材与焊缝的非等强匹配是造成弯曲性能出现不合格的原因。     

底部支撑锚定分注管柱的研究与应用

华北油田注水井具有井眼深、温度高、斜度大等特点,曾经采用不同类型封隔器进行分注,但大部分分注井管柱有效期短,部分井管柱还出现起出困难甚至大修的情况,无法满足油藏分注的要求。通过对常规分注管柱井下受力的分析研究,论证其短寿命原因,提出了分注管柱底部支撑锚定的方式,从根本上解决了深井分注管柱上下蠕动的问题。此外,现有的封隔器用于多级分注时解封负荷过大且易上大修,研制出的新型逐级解封封隔器可以解决常规封隔器下井后的安全起出问题,具有一定的推广价值。     

油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

在油气井测试过程中,特别是高温高压气井、超深井、水平井的测试,测试管柱在轴向力、管内外压力、弯矩、扭矩及温度等因素的作用下,会形成复杂的应力和应变,有时会造成管柱断脱和屈服破坏。为此,开发了油气测试管柱力学分析与优化设计软件。该软件考虑井眼轨道、测试管柱结构、测试阀类型、井内外流体性能、管柱内外压力、管柱与井壁间的摩擦因数、管柱温度及地层温度,可计算出油气测试过程不同作业阶段管柱的受力状态,包含管柱的轴向拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性状态及伸长等参数,可以对多级管柱组合的各级长度进行优化。现场应用结果显示,软件的计算精度满足工程作业需要。     

川东北三高气井测试管柱力学研究

川东北海相碳酸岩气藏地质条件复杂,气井高温、高压、高产使测试管柱在整个测试过程中载荷和变形变化复杂,给完井测试工作的安全、高效开展带来了挑战。针对川东北三高气井测试管柱工作条件和测试作业的特点,考虑管柱组合、管柱载荷、高温高压等因素及屈曲状态、井口和封隔器约束的影响,并综合考虑管内外流体压力、黏滞摩擦、弯曲失稳后法向支反力及库仑摩擦力的影响,给出了井下管柱载荷、变形计算方法与公式。在此基础上,使用可视化Visual Basic语言编制了测试管柱力学分析软件,并使用软件对川东北元坝1井测试管柱进行力学分析,证明了软件和数学模型的科学性和实用性。     

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。