考虑残余应变的连续油管螺旋屈曲载荷新公式

在假设连续油管初始形态为正弦形态,受外载发生屈曲后由正弦形态变成螺旋屈曲形态的基础上,推导得出在斜直井中考虑残余应变的连续油管螺旋屈曲载荷计算新公式。利用新公式进行的实例计算和分析表明,当井斜角小于2°时,连续油管螺旋屈曲载荷随着初始幅值角的增大而增大,但井斜角大于2°后,螺旋屈曲载荷随初始幅值角的增大而减小,且随着井斜角的增大,减小的幅度变大;井斜角的增大,使连续油管的螺旋屈曲载荷增大。     

诱发扭矩下连续管螺旋屈曲研究

连续管在受到首端压力时会发生屈曲,并在随后的行进过程中产生诱发扭矩,诱发扭矩可能影响油管形态进而影响实际钻井和完井过程,研究诱发扭矩对连续管在井眼中行进非常必要。在假设连续管初始形态为正弦形态、受外部载荷作用后由正弦屈曲变成螺旋屈曲形态的基础上,推导了水平井中考虑诱发扭矩影响后的连续管螺旋屈曲新公式,并通过计算和分析钢丝屈曲试验数据发现,考虑诱发扭矩影响后微分方程结果退化后与只考虑轴向载荷的相关文献的结果一致,表明诱发扭矩对连续管螺旋屈曲行进无影响。分析了试验中螺旋反转次数和理论上螺旋反转次数不同的原因。研究结果对于理解管柱井下力学行为、改善管柱轴力传递具有一定的参考意义。     

连续油管疲劳寿命预测模型的建立

连续油管的疲劳是应力状态较复杂的多轴低周疲劳 ,目前该疲劳寿命预测理论还不成熟 ,为此 ,在前人疲劳研究方法的基础上 ,建立了连续油管的疲劳寿命预测模型。在该模型中 ,将连续油管的复杂应力转化为等效的单向拉伸应力 ,将连续油管的低周疲劳应变 -寿命关系转化为应力 -寿命关系 ,得到了一个半经验寿命公式。用国外连续油管的部分疲劳实验数据对公式进行对比验证 ,结果表明 ,建立的寿命预测模型计算寿命值与实验值基本接近 ,模型基本正确。     

井口处连续油管最大允许轴向载荷分析

针对井口处的连续油管,考虑残余曲率,通过梁弯曲理论推导出连续油管的形态方程和挠度方程,建立了连续油管截面应力模型和最大允许轴向载荷模型。研究表明,连续油管易在凹侧外表面产生过大压应力,发生强度失效; 连续油管最大允许轴向载荷随着井口处长度增大而减小,随着连续油管壁厚增大而增大。井口处长度对最大允许轴向载荷起主要作用,在实际应用过程中应尽可能缩短注入头下端和井口位置上端之间的长度。     

高温高压超深气井油管柱屈曲行为研究

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并以塔里木油田某超深井为例,针对管柱屈曲行为开展了油管柱屈曲形态与其横向位移、油管—套管接触压力分析。结果表明:(1)所建立的高温高压深井超深井油管柱屈曲分析有限元模型可以对油管柱屈曲形态进行全井段分析,复杂力学工况下的油管柱中和点到封隔器处的油管柱处于非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲;(2)油管柱底部轴向压力为205 k N时,油管柱接触段的顶部和底部分别发生正弦屈曲、螺旋屈曲自锁现象,该自锁现象可能导致油管柱处于永久性的屈曲状态。结论认为,所建立的模型可用于分析油管—套管屈曲过程中的屈曲形态、接触压力及其摩擦力,为油管柱屈曲形态、摩擦损伤失效分析及预防措施制定等提供了方法和依据。还提出了延长管柱使用寿命的措施建议:油管柱坐封前在井口施加适当的提拉力、增加底部油管柱结构尺寸、提高井口油压或适当降低产量等。     

连续油管在内压作用下直径增长模型的建立

根据疲劳循环屈服强度衰减模型和弹塑性变形理论,推导了连续油管在内压作用下的直径增长（鼓胀）的理论模型。模型推导过程是：首先根据线性弹性理论和变形塑性理论推导出周向应变的数学表达式,进而导出径向应变。再通过合理的假设,建立用于计算直径增长的计算机逻辑框图。理论模型计算结果表明,当连续油管在内压下循环弯曲时,疲劳循环屈服强度衰减不可避免地导致直径增长。最后,进行了连续油管循环弯曲试验,试验数据与理论模型相当吻合,验证了理论模型的正确性。这一模型将为理解连续油管鼓胀的机理以及准确预测连续油管直径增长提供一个有效的工具。     

组合载荷下初始缺陷连续油管局部应力计算

连续油管工作条件极为恶劣,且存在一些初始缺陷,有缺陷的油管重新下入井内可能发生连续油管穿孔或断裂事故。建立了CT80级60mm×4mm连续油管的轴向和环向2种缺陷形式的力学模型并进行有限元分析;分析了在轴向拉伸、弯曲、内压组合工况下2种缺陷的局部应力状态;对2种缺陷局部应力进行对比,评估在不同组合载荷下2种缺陷对连续油管的危害性。     

连续油管斜接焊缝弯曲过程应变分析

针对连续油管使用过程中出现的对接斜焊缝失效问题,采用ANSYS有限元分析软件建立了连续油管弯曲-矫直几何模型,对HS110钢级Φ50.8 mm×4.78 mm连续油管斜接焊缝的疲劳应变强度进行了分析。分析结果显示,连续油管斜接焊缝热影响区在弯曲状态下的等效应变比本体材料高30%左右;零内压弯曲情况下,随着循环次数的增加,弯曲后等效应变和矫直后残余应变在弯曲内侧内壁上增长最快;带压作业情况下,当内压超过15 MPa后,其残余应变迅速增加。研究表明,连续油管在弯曲作业过程中,斜接焊缝热影响区的强度有较大程度下降,连续油管的累积应变在弯曲内侧内壁处累积最快,此处易发生疲劳失效。     

连续油管对接焊残余应力场分析

基于ABAQUS有限元模拟软件对CT90钢级Φ38.1 mm×2.7 mm连续油管焊接接头的残余应力进行模拟,建立了连续油管对接焊有限元模型,得到了连续油管对接焊时焊缝处残余应力分布规律。结果显示,随着热源的移动,温度降低,残余应力增加,期间周向出现了最大残余拉应力405.7 MPa,轴向出现了最大残余压应力195.7 MPa;冷却后,最大残余应力主要集中在焊缝处,并沿着垂直于焊缝方向逐步递减。试验结果对连续油管后续消除对接焊残余应力提供了理论依据。     

连续油管的挤毁压力分析

随着连续油管在高压井和超深井中作业次数的增多,连续油管的压力挤毁问题日益突出。现文根据连续油管在井下的应力状态,推导了理想圆截面管的外部挤毁压力公式和椭圆截面管在无内压和存在内压２种情况下的外部挤毁压力公式。