射孔套管剩余强度有限元分析

利用非线性弹塑性有限元法,建立了螺旋布孔的射孔套管强度分析的空间有限元力学模型,对影响射孔套管剩余强度和抗挤强度的各种因素进行了分析.结果表明,套管管材、壁厚、套管尺寸以及射孔参数(孔径、孔密、相位角)对射孔后的套管抗挤强度有不同程度的影响,总结了其中的变化规律并提出了优选参数,研究结果为合理地选择射孔段套管、延长其使用寿命提供了一定的理论依据.     

油气井工程中地应力场反演研究的发展

在石油勘探开发中,地应力研究区块较大,而测量的已知参数信息量少,直接用有限元数值模拟所得的结果往往与实际情况有较大的偏差,这些问题成为地应力理论分析和数值模拟的“瓶颈”。为此提出将反演理论引入油气勘探开发的“深部”复杂地层地应力研究,并详细论述了地应力场反演研究在油气井工程中的应用和发展。将岩土工程反演理论和有限元数值模拟相结合,引入油气井工程深部地层中地应力分布与勘探井、开发井准确定井位以及生产井中套管损坏机理的研究中,将在该领域突破理论和方法上的研究“瓶颈”。最后对于推动地应力场反演理论在油气井工程深部地层中的应用与发展,提出了研究中应解决的关键技术问题。     

探针式铣锥结构参数优化设计

针对套管大修时没有锥孔的铣锥其铣削效率低的问题,根据流体力学理论,对探针式铣锥结构进行了流体力学分析,推导出了流体对铣锥锥孔所产生周向力和扭矩的计算公式,计算了流体对6孔和8孔铣锥所产生的周向力和扭矩.对比计算结果得知,在相同条件下流体对8孔铣锥所产生的扭矩大于6孔铣锥.分析流体对铣锥锥孔所产生的周向力和扭矩的计算公式可知,存在一个流体对铣锥产生最大扭矩的锥孔流体入口角度,计算得这个最佳锥孔流体入口角度为45°.为有效增加流体对铣锥所产生的扭矩,提高铣削效率,可将6孔铣锥改为8孔铣锥,且将锥孔流体入口角度设计为45°.这为优化铣锥结构,设计新型、高效的套管修复工具提供了依据.     

基于残余应力的热采井套管安全评价分析

针对热采井中套管接头螺纹发生漏失和滑脱现象,采用有限元数值模拟,得到井筒的温度场分布,将温度场导入到应力场中计算套管残余拉应力与吞吐周期的变化规律,并进行曲线拟合,建立了适合于蒸汽吞吐过程中套管残余应力评估的关系式;结合套管的剩余强度和极限剩余强度对套管进行了安全评价。该研究结果为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供了理论依据。     

端面金属自密封特殊钩形螺纹有限元分析

针对常规API套管螺纹在膨胀时不能保持其结构和密封性能的问题,设计了一种端面金属自密封的膨胀套管特殊钩形螺纹结构,根据弹塑性有限元理论,建立了该特殊螺纹的有限元模型,模型结构中包括膨胀锥、膨胀套管及其特殊螺纹结构,研究了膨胀过程中特殊螺纹部分的Von Mises应力分布大小,结果表明该螺纹满足力学要求。分析了套管膨胀后端面金属自密封处的密封性和特殊螺纹部分的密封性,最终提出在预留退刀槽部分设计安装1个橡胶密封圈,增加1个密封圈后,能够保证该特殊钩形螺纹的密封完整性,为膨胀套管特殊螺纹结构设计提供了理论依据。     

热采井蒸汽吞吐过程形成的一界面微间隙计算

根据热采井套管柱的受力环境和注热模式,将研究的热采井套管柱力学模型划分为4个区段进行分析,即井口活动伸长段、低温区间隔伸长压缩活动段、封隔器活动段以及射孔段间隔伸长压缩活动段。针对不同的套管柱区段,建立了2种一界面微间隙宽度数学模型。为了综合评价微间隙,将2种模型叠加后几何平均,得到综合评价水泥环微间隙的数学模型,利用该数学模型可以方便地计算不同区段的一界面微间隙宽度。这为准确的CBL/VDL测井解释提供了理论依据。     

钻进过程中井壁稳定性动态分析

现有的井壁稳定研究大多都属于静态的研究,并且将岩石近似为力学性质恒定的各向同性体,所得出的结论相对于钻井工作这一动态过程中所出现的真实情况会产生一定的误差。根据Mohr-Coulomb强度准则推导出的钻井液安全密度窗口计算公式,得到了适用的钻井液密度安全范围,然后利用有限元分析中的单元生死技术,模拟了钻井工程中井眼延伸和钻井液向地层渗透进而形成泥饼和污染带的过程,并将模拟得出的结果与理论计算出的钻井液安全密度窗口相结合,研究了在动态条件下更符合真实钻井过程的井壁应力变化规律。     

气体钻井井斜有限元岩石应力分析

气体钻井易井斜,钻井施工主要通过调整钻具组合和钻井参数进行轨迹控制,然而在高陡构造地区,气体钻井井斜变化严重超出井身质量控制要求,为后期作业带来了严重影响。因此,气体钻井井斜变化必须考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定程度的影响,而现有的数学模型复杂,计算量大,不能真实地模拟井下钻井的力学变化。为此,利用有限元理论,建立了实体三维力学模型,可以充分考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定性的影响进行Von Mises应力计算,根据地层应力值的变化,可以直观地分析出气体钻井井斜规律。通过对该模型力学计算结果的分析表明：在相同地层倾角和岩石强度下,气体钻井井斜幅度大于钻井液钻井的井斜幅度,井壁更不稳定,钻井时更易出现井眼扩大现象;当地层倾角小于45°时,井斜具有上倾趋势;地层倾角等于45°时,井斜趋势不明显;地层倾角大于45°时,井斜具有下倾趋势。     

重馏分特征化对油气藏流体相态特征模拟计算的影响

目前最常用的重馏分特征化方法是直接将C7＋（或C11＋）按伽马分布函数中指数分布延伸,即常常直接将伽马分布函数的形态系数值取为1。不同类型的油气流体,这样处理未必能与实际的重馏分组成分布实现最佳匹配,有可能使状态方程预测的相行为出现严重的偏差。以实测油气流体的烃组成数据为基础,运用热力学分布函数预测理论,借助WinPorp相态模拟软件,通过延伸北海油田等多个实际油气烃类体系C7＋和C11＋重馏分中各窄馏分的组成分布,分析伽马分布函数形态系数取值对C7＋和C11＋不同碳数重质组分延伸起点的适应性,以及不同延伸计算结果对相态模拟的影响,说明正确的重馏分特征化方法对相态模拟的重要意义,并给出改善重馏分特征化合理性的建议。     

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。