关于套管柱三轴抗挤强度设计问题的讨论

重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题,即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式,以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式,对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。     

关于套管柱三轴抗挤强度设计问题的讨论

重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题，即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式，以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式，对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。     

套管柱三轴应力校核软件的设计与实现

为了顺利、安全地进行石油开采,针对套管三轴应力受力特征,开发了一种套管柱三轴应力校核软件.提出了软件开发的思路、技术要求以及结构框架.使用该软件可对套管柱进行三维应力校核,达到合理设计之目的.最后给出符合要求的三轴抗外挤安全系数、三轴抗内压安全系数、三轴抗拉安全系数.现场测试结果表明,该软件能够实现检验石油套管三维应力强度的目的.     

套管柱强度设计计算

本文对套管三轴应力设计原理进行了讨论,推导了三轴应力强度公式,对套管柱的受力情况进行了全面分析;同时提出了以等安全系数法为基础的改进等安全系数法,该方法在外载考虑上比等安全系数法更全面合理,设计步骤有所改进。以提出的方法为基础,结合现场实际,在微机上开发了相应的商品化软件,在现场获得了广泛使用。     

对双向应力椭圆理论的质疑

目前在套管柱强度设计中广泛应用的双向应力椭圆 (塑性椭圆 )理论 ,在其推导过程中忽略了与周向应力σt 具有同等地位、同等重要性的径向应力σr,这在理论上是不正确的 ,并由此导致了椭圆的 4个象限出现违背第四强度理论的自相矛盾现象。双向应力椭圆理论曲线与实验数据符合程度不高。所以 ,应当重新评价双向应力椭圆的正确性 ,研究套管柱组合强度设计的新理论。     

超高压地层组合套管的优化设计

国内许多油田深部地层的径向超高压,导致套管大量被挤毁变形,严重影响了油气的正常生产,针对这个问题,本文根据弹性力学中的厚壁简理论和机械优化设计理论,提出了组合套管的优化设计方法。用该方法设计的组合套管,可有效地防止深部软岩地层的径向超高压所引起的套管变形或挤毁。     

基于统一强度理论的土压力公式

基于俞茂宏统一强度理论,考虑中间主应力效应,按照现有的极限状态分析方法,推导了土压力计算公式,Rankine土压力公式为其特例。按有效应力法与总应力法对土压力的计算公式进行了推导与分析,同时与已有文献的实例进行了对比分析。结果表明,得出的解答具有广泛代表性。     

椰壳纤维土的三轴试验研究

采用室内三轴试验的方法,研究了椰壳纤维土的应力-应变关系及强度特性。探讨了不同加筋情况下椰壳纤维土的加筋效果及变化规律。试验结果表明:在红黏土中掺入椰壳纤维,能够提高土体抵抗变形的能力;椰壳纤维的加筋作用只有当试样的应变足够大时才能发挥出来;且随着轴向应变的增加,椰壳纤维土的加筋作用越来越明显;椰壳纤维土的应力-应变曲线近似呈双曲线,其试样的主要破坏形式表现为鼓胀破坏;在红黏土中加入椰壳纤维后,纤维土的黏聚力c值和内摩擦角φ值均有一定的提高;其中黏聚力c值提高明显,而内摩擦角φ值变化不明显;相同条件下,随着椰壳纤维掺量的增加,椰壳纤维土的加筋效果逐渐提高;相同条件下,围压越低,纤维土的加筋效果越好。     

冷弯薄壁槽钢轴压柱承载力的计算方法探讨

对冷弯薄壁槽钢轴压柱分别用中国规范(GB50018-2002)中的有效宽度法(EWM)和美国规范(AISI S100-2007)中的直接强度法(DSM)进行了稳定承载力计算,并与试验进行了比较.结果表明:有效宽度法和直接强度法均可有效预测冷弯薄壁槽钢轴压柱稳定承载力,GB50018-2002中的有效宽度法计算结果偏于安全.     

浅议常规三轴试验及其参数指标的选用

本文通过对常规三轴试验的具体介绍,根据试验条件和实际工程情况,分析了试验参数指标的选用及试验方法的适用范围,同时,针对试验条件和常规三轴仪对影响抗剪强度的因素进行了具体分析.     

疏松砂岩地层套管可靠性分析

建立了套管、水泥环和地层的三维有限元模型。采用蒙特卡罗法,分析了输入随机变量对套管可靠性的影响。结果表明,出砂区域管体有效应力和轴向应力比盖层和底层管体的明显增大;上覆岩层压力与套管厚度对出砂区域管体应力的变化起主要作用,是影响套管失效概率的主要因素。     

疏松砂岩地层套管可靠性分析

建立了套管、水泥环和地层的三维有限元模型。采用蒙特卡罗法，分析了输入随机变量对套管可靠性的影响。结果表明，出砂区域管体有效应力和轴向应力比盖层和底层管体的明显增大；上覆岩层压力与套管厚度对出砂区域管体应力的变化起主要作用，是影响套管失效概率的主要因素。     

应用有限元分析法分析热采井套管柱应力

以套管-水泥环-地层为研究对象,在理想状况下,受均匀内压、均匀地应力、温度载荷等共同作用时的承载特性进行分析。采用PLANE183平面应变单元,对套管-水泥环-地层进行单元离散,建立套管柱有限元力学模型。推导并建立了位移函数、形函数的计算方程。通过算例说明模型和计算方法的可行性。     

蠕变地层中含缺陷套管外挤压力分布的数值模拟

将蠕变地层视为粘弹性体,分别采用Maxwell粘弹性模型和线性强化弹塑性模型,建立了含缺陷套管—水泥环—蠕变地层有限元计算模型,旨在应用数值方法模拟在地质和工程因素及其联合作用下含缺陷套管外壁所受蠕动压力的分布规律,并对这类套管抗非均匀载荷的能力进行了有限元分析。采用逐步超松弛(SOR)迭代法进行了计算,为加快收敛速度,计算程序支持最佳松弛因子的自动快速搜索。算例分析表明,非均匀地应力条件下,最大地应力方向上套管外挤蠕动压力最小,而最小地应力方向上套管外挤蠕动压力最大;磨损缺陷改变了均匀载荷下套管外挤蠕动压力的分布规律,磨损处蠕动压力明显增大;与非均匀载荷相比,磨损是影响套管外蠕动压力分布更为敏感的因素。该数值结果可为复杂条件下含缺陷套管强度设计提供理论指导。     

套管头结构有限元分析及评价

针对固井过程中套管头损坏现象,采用有限元软件建立套管头整体有限元模型,对套管头在不同工况条件下进行应力计算,得到套管头整体及各部件的应力分布状态,并依据给出的复杂应力评定标准对其进行强度评价,并计算出不同类型套管头的极限悬挂载荷,给出了不同套管柱套管头悬挂重量的最优载荷,为套管头在完井作业中能够安全可靠地工作提供了保证。     

井下钻柱受力实测接头研究

为了进一步了解钻进过程中钻柱在井下的实际受力状况 ,研制了井下钻柱受力实测接头。介绍了该接头的数据采集与处理方法、测量的参数、总体结构和基本工作特性。用所研制的测力接头在胜利油田进行了井下实际测量 ,得到了各参数的实测曲线。对实测结果的初步分析表明 ,下钻过程中钻柱轴向加速度的最大值可达到 98m/s2 ,由动载荷引起的钻柱轴向力的附加值最大可达到悬重的 5 %。     

套管腐蚀缺陷的规则化处理及抗挤强度分析

随着复杂结构井在石油钻采中的广泛应用,由腐蚀缺陷引起的套管挤毁失效问题日益突出,导致修井周期增大,开采成本增加,成为制约钻采效益的主要因素之一。针对上述问题,将GB/T 19624—2004含缺陷压力容器评定标准运用到含腐蚀缺陷套管的抗挤强度分析中,将不同形貌的套管腐蚀缺陷规则化处理。通过理论与仿真对比验证,建立了精确的含腐蚀缺陷套管有限元模型。利用ANSYS研究了不同腐蚀缺陷套管的抗挤毁强度。研究结果表明:在椭球型腐蚀缺陷长轴长度、短轴长度、缺陷深度和穿透型缺陷长度、宽度5个结构参数中,椭球型缺陷深度、短轴长度和穿透型缺陷的宽度是套管强度的最敏感参数。因此套管的抗挤强度分析应着重考虑腐蚀缺陷的影响。针对设计和使用的每种套管,都应考虑可预见的腐蚀缺陷进行精细化数值计算,以确保其安全工作。