实体膨胀管膨胀过程几何参数变化试验研究

对139.7mm×7.72mm N80钢级实体膨胀管实物膨胀过程进行了试验研究。基于实体膨胀管实物评价试验平台,设计了试验方案和检测方法,对比分析了实体膨胀管膨胀前、后几何参数变化。结果表明:实体膨胀管经膨胀变形后其外径椭圆度变大,均匀性显著变差,壁厚均匀性变化受膨胀变形的影响并不显著。     

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。     

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。     

实体膨胀管膨胀力解析解及试验研究

采用金属塑性变形理论,用解析法研究了实体膨胀管在大的径向塑性变形下的力学响应,获得了计算实体膨胀管膨胀力和接触压力的解析解模型。据此模型,计算了139.7 mm×7.72 mm N80钢级实体膨胀管以15%的膨胀率进行膨胀时所需的膨胀力。为了验证该解析解模型的准确性,试验研究了139.7 mm×7.72 mm N80钢级实体膨胀管以15%的膨胀率进行膨胀时膨胀力的变化状态,并将试验值与实例计算值进行对比,二者最大相对误差为9.2%,属于工程许可的精度范围。因此,该解析解模型可以用于指导膨胀工具和施工工艺设计。     

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。     

膨胀管膨胀过程中不均匀变形的试验研究

模拟井眼中的钻井实体膨胀管膨胀时的力学环境,选用35CrMo钢管,对实体膨胀管在5个不同膨胀幅度下的管子壁厚不均度及不圆度的变化规律进行了试验研究。发现膨胀管在膨胀后其壁厚不均度及不圆度会在原来的基础上进一步增大;对管子进行了探伤分析,发现膨胀使管子某些管段出现了开裂,但在纵向上的不同管段,管子出现缺陷的情况不一样。由此说明钻井膨胀管膨胀过程中存在着较为严重的不均匀变形现象,并对造成这些不均匀变形的原因进行了分析,同时认为这种不均匀变形是造成膨胀后管子抗挤强度降低的一个重要因素。这些认识对于膨胀管管材的相关标准制定及膨胀工艺设计研究具有重要意义。     

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。      

实体膨胀管实物膨胀评价装置设计

针对现有简易膨胀试验装置存在的膨胀力小、膨胀速度慢、膨胀过程和现场实际不一致等问题,设计了专业的实体膨胀管实物膨胀评价装置。该装置可模拟油田现场井下膨胀情况,对膨胀管进行膨胀检测和评价,且可在单纯的机械拉力或单纯的水压或两者共同作用下对膨胀管进行膨胀试验。利用该装置还可进行钢管膨胀变形规律研究、膨胀管材料选择和开发、膨胀锥优化设计、膨胀工艺研究等,在保证膨胀管产品质量的同时将大力促进实体膨胀管的国产化。     

基于有限元的膨胀管膨胀过程力学分析

为了研究膨胀管在膨胀过程中的力值分布、膨胀管外形尺寸的变化,以及管内的残余应力分布,对膨胀管和膨胀锥进行三维建模.通过ANSYS软件对膨胀过程进行有限元分析,得到膨胀管的应力分布、膨胀力值、残余应力、轴向收缩量以及壁厚变化情况.为现场施工提供理论指导.     

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°。     

垂直井螺旋弯曲管柱的摩擦和自锁分析

描述垂直井中螺旋弯曲管柱轴力分布和变形行为的力学方程是一组高阶非线性常微分方程组。求得了这组非线性方程在对称性条件下的渐近螺线解;分析了摩擦系数对整个管柱上的轴力分布、“中性点”位置、“自锁点”位置以及“自锁力”等的影响，导出了“中性点”、“自锁点”以及“自锁力”的计算公式;并绘制出对应不同摩擦系数的轴力分布曲线以及“中性点”、“自锁点”随端部轴压变化的曲线。本文研究的结果对于高温、高压深井井下作业管柱的合理设计和作业参数的合理选择等具有较大的实用价值。     

螺杆钻具井下磨铣管柱受力分析及改进设计

针对螺杆钻具磨铣钻削井下桥塞、水泥塞及类似钻削工作中管柱在井下所产生的巨大反扭矩的危害,在对磨铣钻削管柱进行受力分析的基础上,提出了改进方案,即"井下防扭装置"和"磨铣钻削管柱的配置",有效地降低了反扭矩带来的危害,改善了磨铣钻削管柱的受力状况。现场2口井的实际应用说明,改进后的管柱在应用上更为安全可靠,钻削用时比简易管柱缩短1/4~1/3。     

丙烯精馏塔节能及扩能优化方案研究

为探讨丙烯精馏塔进料位置以及塔板数对能耗的影响，在控制最优进料位置变量的基础上，通过ProII软件流程模拟与Origin软件数据拟合，得到一定进料组成时，塔底重沸器负荷与塔板数的方程表达式，发现丙烯精馏塔的热负荷随着塔板数的增加而降低，且降低的幅度逐渐减小并最终到达极值。并结合公用工程与设备造价，为新建或改造丙烯精馏塔的具体方案提供一定的理论支持。在老厂改造时，可通过优化进料位置或增加塔板数，达到节能降耗及扩能增产的目的。     

多孔弹性海床上的管土相互作用数值模拟

采用有限元软件ABAQUS对管土系统进行分析，土体的本构模型采用多孔弹性模型。通过改变管道的水下重、环境载荷等参数进行计算，可以得到管道的位移、海床孔隙水压力分布、土体侧向隆起。计算结果表明，管道的水下重、环境栽荷、土性参数均对管土系统有影响。     

新疆油田呼图壁储气库气井管柱腐蚀实验研究

新疆油田公司依据中石油股份公司储气库建设要求,启动了＂呼图壁气田改建储气库＂建设工作。储气库的主要气源是从土库曼斯坦进关的天然气,该天然气中CO2≤2%,CO2分压最大为0.68MPa,采出时在井口及井底,天然气的含水量普遍高于对应温度、压力下的天然气饱和含水汽量,即低于露点温度,会导致较为严重的CO2腐蚀。通过分析知道呼图壁气田影响二氧化碳腐蚀的环境影响因素主要有二氧化碳分压、地层水矿化度及Cl-含量、温度、流速等,由此设计了室内模拟实验条件;评价了P110、3Cr110、普通13Cr110、HP1-13Cr110抗CO2（含Cl-）腐蚀性能。得到了室内模拟条件下,不同目标管材的平均腐蚀速率与局部腐蚀速率,根据实验结果确定不同管材的腐蚀状况,为储气库气井管柱的选材提供依据。     

砂质海底管土相互作用的数值模拟

利用有限元计算软件ABAQUS,分别采用非线性弹性模型、多孔弹性模型、Ram-berg-Osgood弹塑性模型对管土系统进行有限元计算。构建了有限单元模型,并对接触面、约束方程进行了说明,分析了管道的沉降量、侧向阻力系数与管重间的关系,计算结果与有关的试验结果相吻合,具有可比性,表明对管土相互作用进行数值模拟是可行的。并得到了管道侧向失稳的判别准则,可为今后进一步的试验研究提供参考意见。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟

催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器,这种分布器存在着气体分布不均匀和喷嘴的冲蚀磨损问题。为此,对树枝状气体分布器区域进行计算流体力学（CFD）模拟,重点考察分布器内气相流场的特征。计算结果表明：树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大的变化,而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同,导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性;此外,气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象,压力分布不均匀,易产生催化剂倒吸现象,造成喷嘴的冲蚀磨损。     

燃料浓度对可燃气云爆炸影响的实验研究与数值模拟

以0．02mm厚度的聚乙烯薄膜为约束物，进行了半径0．5m的半球形乙炔／空气气云爆炸实验。结果表明，在100mJ弱点火条件下，乙炔的爆炸界限(乙炔的质量分数)由1．5％～82．2％缩小到5．3％～17．8％，乙炔的最危险质量分数为13．3％。建立了描述可燃气云爆炸的数学模型，并采用SIMPLE算法对模型进行求解，得到了不同燃料质量分数的爆炸超压分布。计算结果与实验值相比较，最大相对偏差为10．11％。对甲烷／空气、乙烯／空气、乙炔／空气等气云爆炸威力进行了预测，当处于最危险质量分数时，大体积的3种气云爆炸均可造成建筑物的损坏，而随着质量分数偏离最危险质量分数，破坏能力随之降低。     

J55套管的膨胀性能研究

膨胀管技术是21世纪石油钻采行业的核心技术之一,掌握膨胀管在径向膨胀过程中发生永久塑性变形的力学性能变化是膨胀管选材的核心。为此,采用膨胀锥自上而下对J55套管（Φ114.3 mm） 进行了膨胀工艺试验,测定并比较了9.3%的径向膨胀后与膨胀前的力学性能。研究结果揭示了J55套管的膨胀性能：套管的长度减小约4.4%,壁厚减小约6%,不均匀变形程度增加;由于加工硬化,套管的洛氏硬度和抗拉强度增加,而断后伸长率和断面收缩率出现不同程度下降,但均满足API SPEC 5CT标准。断口SEM形貌进一步表明膨胀前后均属于韧性断裂,膨胀后断口上的韧窝小而浅,且分布不均匀,断面较膨胀前的更为平整。该试验成果为膨胀管的材质研究、加工质量控制与工程应用提供了数据支持。     

流固耦合多相多组分渗流数学模型的建立

根据流固耦合渗流的基本思想,首次建立了流固耦合渗流的运动方程,并在此基础上建立了流固耦合多相多组分渗流的数学模型,为流固耦合渗流油藏数值模拟奠定了理论基础。