基于蒙特卡洛方法的油气井管柱可靠性评估*

为提高油气井管柱服役的安全性,采用数据统计与可靠性理论评估油气井管柱可靠性。首先,识别影响管柱外载及其参数的变量,构建油气井管柱安全极限状态方程;然后,采集模型变量数据,确定变量分布与参数,形成油气井管柱可靠性数值模型;最后,通过蒙特卡洛方法计算影响管柱可靠性的关键变量和不同置信度水平下管柱剩余强度分布及安全系数取值。结果表明:目标区域油气井管柱剩余强度符合正态分布,得到不同置信度水平下管柱的可靠度,管柱的安全系数取值范围可满足管柱安全设计要求,所构建的方法可为实际生产中油气井井筒管柱安全评价提供技术支撑。     

轴向载荷波动下海上测试管柱动力响应与安全系数分析

为研究海上测试管柱在作业过程中轴向载荷波动对管柱强度和变形的影响,针对泥线上管柱的作业特点,对适应于简化条件下的泥线上管柱的轴向力计算方法及振动模型进行了推导;基于建立的管柱有限元模型及其固有频率分析结果,应用Workbench进行了不同频率、不同水深、不同波动幅度轴向力下测试管柱的动力响应分析及对应的安全系数计算。研究结果表明:轴向力三角形波动一定周期后,响应参数趋于稳定,波动幅度对管柱的响应结果影响不大;同幅度载荷变化下,正弦波动时的最大应力、最大变形响应数值较三角形波动时要小;随着水深的增加,最大变形、最大应力的数值均明显减小,二者响应规律基本一致;在基频不同倍数的波动下,波动频率对响应频率、稳定前的时间占比、幅度等影响明显;测试管柱在轴向波动载荷作用下的强度均满足材料的使用安全系数,但正弦波动时管柱的变形与应力始终随轴向力的变化而变化,正弦波动下的管柱易出现周期性疲劳破坏。     

枯竭油气藏储气库注采管柱疲劳寿命预测

为保障储气库安全平稳运行,针对储库注采管柱井下腐蚀问题,根据注采井内压力、温度耦合关系,建立井内压力、温度耦合计算模型,并结合Norsok模型预测整个井段内CO2腐蚀速率。深入研究管柱轴向受力情况,基于管螺纹校核公式,提出注采管柱疲劳寿命计算公式。结果表明:井内压力与井深的变化具有线性关系,温度近似二项式分布;管柱注采末期丝扣连接点轴向受力最大;此外,建立的注采管柱疲劳寿命预测模型,为储库管柱寿命预测提供新的方法。该研究可为储库安全防护、合理制定生产方案提供依据,保障储库安全运营。     

稠油热采井管柱失效动态风险分析研究

为保证稠油热采井筒管柱的安全运行，采用故障树与贝叶斯网络相结合的方法开展稠油热采井管柱失效风险分析，应用故障树分析方法定性识别管柱失效诱因，建立稠油热采井管柱失效场景演化模型，并将故障树转化为贝叶斯网络模型，应用贝叶斯网络对管柱失效风险进行定量分析，得出热采井管柱失效的关键致因和管柱失效的动态失效概率，以新疆油田某区块热采井的管柱失效为对象进行了案例分析。研究结果表明，该方法可为稠油热采井管柱失效风险分析及井筒完整性管理提供理论支撑和工程设计参考。     

钟市油田井下管柱腐蚀断裂机理与防治

针对钟市油田井下管柱腐蚀现状,通过分析注入水、环空水水化学成分及pH值、细菌等水质指标,结合断裂管柱腐蚀产物成分,研究管柱腐蚀断裂机理。结果表明,钟市油田注入水SO2-4质量浓度高达4 398.2 mg/L,利于硫酸盐还原菌(SRB)繁殖生长,SRB代谢产生H2S导致腐蚀加剧是注水井井下管柱断裂的主要原因。环空注入杀灭环空菌是解决管柱过早腐蚀断裂的有效方法,文章应用的环空保护液杀菌率100%、腐蚀速率0.058 mm/a,现场试验结果达到国家标准要求。     

井斜角与摩擦对连续油管正弦屈曲的影响研究

为了避免连续油管井下屈曲行为的产生,进而导致井下作业事故,开展了井下管柱正弦屈曲行为的研究。根据最 小势能原理建立了一个复杂的井下管柱正弦屈曲模型。在考虑摩擦的情况下,构建了斜井中的管柱屈曲微分方程组。通 过对屈曲微分方程组进行无量纲化处理,使方程组能独立于井下泥浆、井眼尺寸和管柱形式而存在。最后,采用虚功原 理研究了摩擦与井斜角对正弦屈曲临界载荷的影响。研究结果显示,正弦屈曲临界载荷将随着摩擦系数的增加而增加。 此外,随着井斜角的增加,正弦屈曲临界载荷也将不断增加。该研究结果可为连续油管预防井下作业事故的发生提供理 论性指导。     

超深井径向钻孔钛合金管转向阻力计算及安全评估

为了解决塔河油田6000 m及以上深井径向钻孔作业时管柱强度低、无法很好地传递钻压等问题,提出利用修井机和油管、钛合金管进行径向钻孔工艺,并通过数值模拟的方法优选有矫直段的单向弯曲转向轨道,研究轨道转向半径、钛合金管外径及壁厚、轨道与管柱间隙对钻进能力的影响,其次,通过正交试验方法,对上述参数进行敏感度分析并进行参数优...     

连续管钻塞水平段铁屑运移机理研究

针对水平井段连续管钻磨桥塞时铁屑运移规律尚认识不清,沉积的铁屑堆积在井下工具周围而导致卡钻的问题,在欧拉坐标系下考虑相间滑移速度以及铁屑流参数,建立了三维井眼环空铁屑运移模型,采用Standard κ－ε湍流模型及SIMPLEC算法进行数值计算,研究了环空偏心度、钻塞液排量、铁屑直径、钻塞液粘度和铁屑体积分数对水平段铁屑运移的影响,得到了环空铁屑体积分数和固定铁屑床高度的分布规律。研究表明:增大钻塞液排量、减小铁屑直径、减小环空偏心度、增大钻塞液粘度和减小铁屑体积分数,可提高连续管钻塞水平段铁屑运移效率。水平段铁屑运移机理研究可为连续管钻磨桥塞卡钻问题的解决提供技术支持。     

连续管钻塞水平段铁屑运移机理研究北大核心CSCD

针对水平井段连续管钻磨桥塞时铁屑运移规律尚认识不清,沉积的铁屑堆积在井下工具周围而导致卡钻的问题,在欧拉坐标系下考虑相间滑移速度以及铁屑流参数,建立了三维井眼环空铁屑运移模型,采用Standardκ-ε湍流模型及SIMPLEC算法进行数值计算,研究了环空偏心度、钻塞液排量、铁屑直径、钻塞液粘度和铁屑体积分数对水平段铁屑运移的影响,得到了环空铁屑体积分数和固定铁屑床高度的分布规律。研究表明:增大钻塞液排量、减小铁屑直径、减小环空偏心度、增大钻塞液粘度和减小铁屑体积分数,可提高连续管钻塞水平段铁屑运移效率。水平段铁屑运移机理研究可为连续管钻磨桥塞卡钻问题的解决提供技术支持。     

考虑结伴行为的双出口超市元胞自动机模型

为研究结伴行为以及障碍物对疏散过程的影响,建立考虑2人结伴行为的双出口元胞自动机疏散模型.模型在静态场中引入危险度模拟行人路径选择,设置个体和2人结伴疏散人群,研究不同行人密度下二者的疏散过程,比较疏散效率;分析相同密度下不同结伴比例的行人疏散过程,得到最优比例;设置横向、竖向和横竖3种障碍物排列方式,模拟个体疏散和结...     

扶正器对超深气井油管柱屈曲行为的影响研究

为对苛刻工况中超深气井油管柱的屈曲行为进行完整、定量的研究，针对塔里木油田某超深气井油管柱，采用接触问题的有限元法，建立了原始油管和带扶正器油管2种工况下的有限元模型，并对油管柱的屈曲、接触问题进行模拟。结果表明:2种工况下的油管柱均在中和点到封隔器段发生了非均匀的正弦屈曲，加扶正器油管屈曲后横向位移小，屈曲段变长，屈曲形态有所改善；该模型可以全井段对原始油管柱和带扶正器油管柱屈曲形态进行对比分析，并且可获取原始油管屈曲后与套管的接触压力及其摩擦力，可为扶正器位置设计和油套管摩擦损伤失效分析提供定量数据参考。     

油田CO2驱注采井缓蚀剂防腐性能评价*

为应对CO₂驱油过程中油井管材腐蚀严重、管线穿孔、破损现象，为油田优选缓蚀剂刻不容缓，针对油田某CO₂驱注采井不同注采周期分析其井筒温度压力场，通过对现场使用的缓蚀剂A，开展缓蚀剂的室内评价，预测全井段管柱腐蚀速率，计算油管柱剩余强度和油管柱安全系数，评价该井不同工况条件下的腐蚀失效周期，综合评价缓蚀剂防腐效果。结果表明:添加缓蚀剂后，油管安全生产周期明显延长，腐蚀速率控制在工程设计允值之内，该方法能有效评价缓蚀剂的应用效果，为现场缓蚀剂选择及管柱强度安全校核提供思路。     

直井油管柱扶正器间距设计研究

为了避免生产过程中直井的油管柱受井底的轴向载荷失稳变形从而导致油管柱与井筒发生磨损,防止油管柱发生失稳变形引发事故,安装扶正器是有效的措施。针对扶正器的安装主要依靠经验,缺乏理论分析指导,既容易导致事故发生又增加成本的问题,基于封隔器—油管柱的实际受力及变形分析,建立了油管柱失稳力学模型,推导了直井中相邻扶正器临界失稳长度的计算公式,得出了扶正器的合理间距,并利用MATLAB进行实例的分析计算。结果表明:从中和点到井底,扶正器的布置间距呈现减小趋势;井口油压的降低导致油管柱临界失稳长度变小,使得扶正器的布置间距更加密集。该间距设计对油管柱扶正器的现场布置有实际的指导意义。     

海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术

为了有效预测海上气井环空带压油套管柱潜在失效风险及安全管理环空压力，提出1种基于井口压力、温度和液位多参数监测的海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术。首先，结合气井生产状态参数和完井信息，建立气井井筒压力分布计算方法；然后，根据力学知识分析气井环空带压油套管柱应力场特点，进而提出利用环空带压井油套管柱安全系数作为油套管柱失效评价依据；最终，开发海上气井环空带压安全监测系统并开展现场案例井分析。研究结果表明:监测系统能够准确获取环空带压状态参数，通过环空压力状态变化分析阐述“A”环空带压机理为泄漏点处油套管之间压力平衡的保持；结合实际井口环空压力监测数据，井筒安全系数能够实时表征油套管柱安全状态。     

连续管复合裂纹的应力强度因子有限元分析

针对解析法计算连续管复合裂纹应力强度因子繁琐的问题，引入扩展有限元法（XFEM）进行分析。应用有限元软件ABAQUS计算不同裂纹角度对应的连续管Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型裂纹的裂尖应力强度因子KⅠ，KⅡ，KⅢ，分析了裂纹角度对应力强度因子的影响，并模拟得到了受单向拉伸载荷的连续管裂纹扩展的整个过程。研究结果表明:扩展有限元解与计算解很接近，验证了利用扩展有限元法计算复合型应力强度因子的有效性。随着裂纹夹角θ的增大，裂尖处KⅠ不断减小、KⅡ始终很小，可以忽略、KⅢ先增大后减小、总应力强度因子K不断减小。通过扩展有限元法计算出裂尖应力强度因子，可有效预测含裂纹CT80连续管的安全性。     

深水水下测试树球阀剪切连续油管性能分析

为研究不同工况、不同结构参数对于深水水下测试树球阀剪切连续油管性能的影响,采用有限元分析软件建立剪切分析模型,对不同工况下剪切过程进行数值模拟,并与试验对比验证分析模型的准确性;结果显示,有限元模型结果与试验结果相对偏差小于5%;油管剪切过程中会出现2个剪切力矩峰值,通过分析不同工况下2个峰值变化规律,发现油管承受拉力越大、球阀剪切速度越小、球阀外径越小剪切过程所需剪切力越小,剪切性能越好。研究结果表明:得到的剪切模型及不同工况下剪切力变化规律,可为水下测试树的设计选型及现场应用提供指导及参考意义。     

基于熵权可拓物元模型的城市轨道交通线路运营风险评价

为全面、客观地了解城市轨道交通线路的运营风险,通过分析轨道交通线路历史故障的原因,构建了线路运营风险评价指标体系,并基于熵权可拓物元模型提出评价方法。该方法利用数理统计划分评价指标的经典域,利用熵权模型计算指标权重,利用可拓物元模型计算综合评价值和风险等级。结果表明:所构建的轨道交通线路运营风险评估指标体系切实可行;基于熵权可拓物元模型提出的评价方法能客观有效地评估线路运营风险,同时有助于有针对性地加强线路运营风险管理。     

海上平台事故应急演练评估方法研究

针对目前我国海上平台事故应急演练缺乏有效评估体系的现状,结合海上平台事故应急演练典型示例,运用“事故应急指挥系统（ICS）”基本理念,对整个应急演练过程进行系统分析,从人员安全、资产保护、环境保护、企业声誉等4个方面搭建应急演练评估框架。采用层次分析法构建计算模型,合理设置评估指标权重,最终建立了1套具有海洋石油行业特点的应急演练评估指标体系,并选取国内1个海上平台事故应急演练进行了应用分析。研究结果表明:构建的演练评估指标体系及评估方法能较好地应用于海上平台事故应急演练过程,进而在演练评估结果的基础上,实现应急演练的持续改进。