水平井套管悬重规律解析分析

对水平井下套过程中的套管悬重规律进行了理论研究，建立了套管拉力微分方程，并经过严密的数学推导得到了套管悬重的解析解，该解析解简便实用，可用于预测和计算水平井套管下入过程中的悬重规律。文中采用这些公式对长庆油田塞平－１水平井所用套管结构的悬重规律进行了理论计算，该材料结果与实测数据较吻合，验证了本文理论模型的合理性。     

水平井中钻柱与井壁之间的摩阻计算

本文用柔杆模式计算了钻井和起下钻过程中钻柱与井壁之间的摩阻．该计算方法用于大庆油田和华北油田多口水平井的设计和施工，取得较好的效果．     

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利用模拟装置实现了卡瓦与套管在地面上的实验，使用电测的方法测量胀卡时套管外表面的应变．由实验数据获得计算网格节点处的应变，同时利用单位咬合力作用套管的有限元结果进行数值法计算，获得卡瓦各咬合齿对套管咬合力的分布，为卡瓦的优化设计提供了可靠数据．     

水平井压裂水泥环应力分析

为获取准确的井筒应力分布,根据弹性平面应变力学理论,考虑套管-水泥环-地层系统各部分的应力加载过程和水力裂缝产生的诱导应力场,建立了水平井压裂时套管-水泥环-地层系统应力分布的计算模型。利用该模型,分析了水力裂缝形成前后的系统应力分布,以及裂缝诱导应力场、水泥石杨氏模量、套管壁厚对水泥环内壁应力分布的影响。分析结果表明:随着与裂缝的距离增大,水泥环内壁受到的径向压缩应力逐渐降低,环向应力逐渐由压缩应力变为拉伸应力;优化裂缝间距、降低水泥石杨氏模量、增加套管壁厚可以降低水泥环内壁受力,缓解水泥环内壁的应力集中程度。本文所建模型可为水力压裂水平井的固井设计以及裂缝间距设计提供理论指导。     

裸眼完井螺旋钻孔-射孔套管的有限元分析

针对裸眼完井中一种新型的螺旋钻孔-射孔套管,结合室内材料试验及有限元法,对不同深度的直井和水平井中套管承受非均匀载荷的力学性能进行分析。结果表明:随井深增加,套管所受应力和最大变形增加;同井深情况下,随着套管孔眼数量和孔眼面积增加,套管最大变形增加,最小应力减小、最大应力增加。应力集中是降低套管承载力的主要因素,选用套管时要考虑到载荷不均匀系数引起的应力破坏和变形引起的失稳破坏。研究结论可为合理选择、设计套管,确定套管钻孔和射孔的孔径、密度、相位,分析钻孔后套管的剩余强度,保证套管使用的安全性提供一定的理论依据。     

水平井开采石油遇到的几个流体力学问题

本文从渗流力学和流体动力学方面讨论了利用水平井技术开采石油时在油藏工程和采油工程中遇到的几个力学问题,如水平井产量的计算,水平井非稳态试井及流场分析,水平井井筒内压力降及其对产量的影响、水平井近井油藏和井筒内流体流动耦合等,半提出水平井开采机理仍存在很多基础理论需要研究解决。     

套管外压挤毁强度分析与计算

在对大量的套管全尺寸挤毁试验结果分析的基础上，提出套管外压失稳机理：实际工程中的套管截面不是理想圆，在外压作用下的非圆套管圆周方向上环向应力分布不均匀，有附加弯矩效应；随外压增加，在最大压缩环向应力处达到屈服；当屈服逸到一定程度时，材料由于强度承载力不足而失效，导致套管发生失稳挤毁。基于上述套管强度挤毁准则，分析了理想弹塑性套管在轴向载荷作用下的抗挤强度计算方法，得到较保守的套管挤毁压力计算公式。与试验结果对比表明：导出的计算公式偏差较小，计算精度满足工程要求，失稳强度准则是适用的。     

套管-水泥浆系统流固耦合振动特性研究

已有文献在计算振动固井套管固有振动特性时,未充分考虑水泥浆和套管流固耦合的影响,难以准确地得出套管在水泥浆条件下的振动特性。本文进一步考虑了套管和水泥浆的耦合振动特性,基于Euler-Bernoulli梁柱理论及Hamilton变分原理推导了套管与水泥浆耦合振动控制方程,采用有限元方法计算了套管在水泥浆条件下的振动特性,综合分析了管内压力、水泥浆密度、套管长度、水泥浆阻尼等因素对耦合系统横向振动固有频率的影响。结果表明:套管-水泥浆系统的耦合特性不可忽略,随着水泥浆密度的增加,套管横向振动的固有频率降低;套管内流体压力、水泥浆的粘性阻尼和科氏阻尼对耦合系统的横向振动固有频率影响较小,可以忽略不计;随着套管长度的增加,套管横向振动固有频率减小。研究结果可为振动发生器的优化设计提供理论基础。     

边界元理论在复杂外边界油藏水平井渗流中的应用

受构造作用的影响,实际油藏的外边界往往是复杂多样的.本文从渗流理论出发建立了复杂外边界油藏水平井渗流数学模型,并采用Lord Kelvin点源解、贝塞尔函数积分和泊松叠加公式等方法求解了复杂外边界油藏水平井的边界元基本解,利用边界元的理论建立了复杂外边界油藏水平井井底压力响应数学模型.通过计算得到了无因次压力和压力导数双对数理论图版,并在其基础上分析了复杂外边界油藏水平井渗流特征及其影响因素.     

受压油管屈曲变形与内外层杆管接触分析

针对机械采油工程中杆管偏磨问题, 考虑直井内受压油管屈曲变形与套管、 抽油杆的双层接触, 以及油管和抽油杆的变截面结构和环空间隙, 采用有限元结构稳定性分 析方法对受压油管进行失稳计算, 将求得的多阶失稳波形叠加值作为油管柱的初始位移, 再 采用大位移和接触非线性分析方法模拟受压油管屈曲变形, 以及与套管和抽油杆间的接触摩 擦, 为套管内受压油管屈曲变形分析提供了一种计算方法.     

射孔套管弹性抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低．建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制一般方程，并采用摄动理论给出了射孔段套管弹性抗挤能力降低系数一般计算公式．并与方孔精确解比较后得出，摄动法所得近似解具有足够的精度．为进一步开展射孔套管的弹塑性抗挤分析奠定了基础．     

扁化效应对弯曲段套管抗挤强度的影响对比分析

针对弯曲段套管抗挤强度随井眼曲率变化规律问题，利用材料力学理论将弯曲段套管等价为均布载荷作用下的弯曲梁模型，根据拉梅厚壁筒理论和强度理论得到套管抗挤强度公式．借鉴扁化变形在圆管类结构中的研究思路，将其拓展到套管抗挤强度分析，对比分析是否考虑扁化效应下四种规格套管不同井眼曲率下的抗外挤强度．研究表明，套管轴向应力随井眼曲率基本呈线性变化；套管抗挤强度随井眼曲率的增加非线性下降．井眼曲率为2o/30 m时，是否考虑套管扁化变形得到的5 1/2"×10.54 mm P110套管抗挤强度误差为12.8 %；井眼曲率为12o/30 m时，误差46.9 %．井眼曲率为2o/30 m时，4 1/2"×9.65 mm TP140V套管抗挤强度误差11.9 %；井眼曲率为12o/30 m时，误差44.7 %．可见，考虑扁化变形后套管抗挤强度小于未考虑扁化变形情况；井眼曲率不大时，两种算法的差距较小，随着井眼曲率的增加，套管扁化变形对套管抗挤强度的影响不能忽略．     

考虑水泥环完整性的油气井最大允许井口压力计算方法

在最大允许井口压力计算方法中考虑水泥环的完整性,以厚壁圆筒的弹塑性分析理论为基础,建立了套管-水泥环-地层组合体力学模型,将(内层)水泥环内壁发生破坏作为环空允许带压的限制条件。基于Drucker-Prager与拉伸破坏准则计算了某实例井各环空的最大允许井口压力,并将其结果与采用API RP 90标准推荐做法的计算结果进行了对比。计算结果表明:如果环空带压值增大,对于套管-水泥环-地层组合体而言,垂深最深与最浅处的水泥环内壁将最有可能率先发生破坏;采用本文方法的计算结果有可能会小于依据API RP 90标准的计算结果,依据API RP 90标准计算得到A、B环空的最大允许井口压力分别为17.04MPa和6.39MPa,而采用本文方法计算得到A、B环空的最大允许井口压力分别为15.1MPa和17.5MPa。     

桥梁结构静动力性能分析及其CAD微机系统

本文介绍了桥梁结构的力学计算方法，对桥梁结构ＣＡＤ系统的研制和设计方法进行了初步探讨，并列举应用实例说明了平面连续梁模型和空间有限元模型计算结果的区别，表明对桥梁结构进行全面的力学性能计算分析是十分必要的．     

基于流固耦合作用的抽水引起地面沉降计算模型

过量开采地下承压水会引起地基土体的变形，进一步导致地面沉降和地裂缝等地质灾害，抽水引起地层的变形过程是土层中孔隙水和土颗粒相互作用的复杂过程．两步法和流固耦合法是计算地面沉降常用的两种思路，它们的适用性各有不同．本文基于理想的地层模型，分别建立两步法计算模型和流固耦合计算模型，利用FLAC3D6.0有限差分软件对模型进行求解，对比分析两类方法计算结果的差异．结果表明流固耦合法符合力学机制，能够更好地反映土体变形的发展过程，但计算时间更长．而两步法适用于稳定流，在渗流达到稳定流时两步法计算的孔压分布和地面沉降能够满足工程精度要求．本文的研究成果为合理选取地面沉降计算方法提供依据．     

封隔器胶筒表面形貌对密封性能影响研究

水平井分段压裂是目前低渗油气藏增产的主要措施之一,压裂封隔器是分段压裂时层与层之间封隔的关键工具,其封隔性能直接影响压裂施工工艺的施工质量和成功率。由于受到深井地层高温、高压等恶劣环境的影响,封隔器胶筒坐封后与套管间的接触应力、Mises应力直接影响其封隔能力和使用寿命。本文通过改变封隔器胶筒表面圆弧半径R、圆弧顶距胶筒表面距离δ、波纹间隙ΔH等参数来研究胶筒与套管间接触应力情况,结果表明:与常规封隔器胶筒相比,改进的封隔器胶筒与套管的最大接触应力提高了1.64倍~3.97倍;圆弧半径为1.25mm,波纹间隙为0.5mm的改进胶筒Mises应力降低了约11%。这不仅保证了封隔器密封可靠性,而且降低了胶筒被撕裂的风险。表面轮廓为波纹状的封隔器胶筒可广泛运用于水平井分段压裂工艺中。     

深井/超深井开窗钻头切削齿切削力学分析

针对深井/超深井套管开窗侧钻的特殊性问题中所研究设计的双作用强侧切开窗钻头的结构特点,基于金属切削理论、开窗钻头与布齿规律,建立了开窗钻头切削齿切削力学模型,推导出开窗钻头的几何学方程,完成了切削齿切削力学模型的求解;最后使用本文研制的双作用强侧切开窗钻头进行套管开窗实验,对切削齿切削力学计算模型、仿真结果进行验证。结果表明:在开窗钻头切入套管的初始阶段,仿真计算得到的主切削力比实验所得数据略大,在中间阶段略小,到后期又略大;仿真计算结果能够准确地反映主切削力的变化规律,基本能满足工程应用的要求。本文研究结果为开窗钻头切削力的分析计算提供了理论依据,为深井/超深井套管开窗钻头的设计及切削力学研究提供参考。     

结构力学分析方法在南海水平井钻进预测中的应用

本文探讨了结构力学分析方法-非线性有限元性在预测水平井钻进中的工程应用,在钻探水平井尤其是大位移水平井中,事先较准确地预测出钻柱的钻进扭矩及钻头前进的方向,是取得水平井成功的关键条件之一。利用非线性有限元理论,着重分析了水平井实际钻进中的钻柱大变形非线性及钻柱与井壁的接触非线性问题,并导出了一套非线性有限元钻柱力学模式,在此基础上编制了一套非线性力学计算程序软件,并在海洋石油南海西部石油公司一个钻井平台水平井钻井进行了五口井的实际验证,获得了一些有启迪性的结论。     

粗糙套管内流体的流动与放热

本文对粗糙套管内水的放热及摩阻进行了试验研究,提出了相应的经验公式.试验表明,放热系数可增加一倍多.此外根据湍流理论还发展了半理论的计算方法,后者能很好地整理大量的粗糙套管的试验数据.     

冲击温度的近似计算方法

将冲击温度的计算归纳为三种近似方法，并对这三种方法进行了概述，同时还给出了一些材料参数的估算方法．在利用等熵线计算冲击温度时，从冲击绝热线出发推导了一个半解析的等熵方程．计算了铁的冲击温度，并与实验测量值作了比较．结果表明，利用三项式物态方程并考虑熔化相变潜能的影响后算得的冲击温度与测量值符合得比较好，另外，本文还对影响冲击温度计算值的若干因素进行了分析．