水平井钻磨管柱油管组合方式研究及下入安全性分析

基于钻磨管柱下入过程易造成遇卡事故,油田采用了2种线重油管的组合方式进行钻磨作业,提高了管柱的下入能力,但未能得到2种线重油管组合方式优选的可靠依据。为得到2种线重油管的最优组合方式,采用微元法对管柱单元在各井段的受力进行分析,建立钻磨管柱的下入载荷计算模型;采用编程对油田水平井进行实例计算,计算结果与实测结果对比显示模型平均误差在8.12%左右,验证了模型的正确性;基于下入载荷计算模型,进行了钻磨管柱组合特性研究及参数敏感性分析。结果表明:采用2种线重油管的组合方式能增大钻磨管柱下入能力,当大线重油管所占整个钻磨管柱的长度为井斜角70.8°左右的井深时,组合比例最优,不同的摩擦系数μ决定不同最优组合比例。     

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。     

基于安全屏障模型的海上钻完井作业风险分析

海上钻完井作业面临海洋环境恶劣、浅层地质灾害等复杂工况,极易发生油气泄漏、井喷等事故。为有效预防海上钻完井作业事故,提出基于瑞士奶酪模型的安全屏障模型。采用事故树和故障模式及影响分析相结合的方法,分析作业过程风险。该模型根据挪威标准D-010,建立完井作业关井阶段的物理安全屏障和安全屏障控制原理图,在此基础上构建油气泄漏事故树和失效模式与影响分析表,找出关井阶段可能的油气泄漏途径。通过对重要度计算和风险优先度值排序确定作业过程中最薄弱的安全屏障和关键故障模式。结果表明,作业过程中最薄弱的安全屏障是采油树、油管和地面控制井下安全阀(SCSSV),采油树腐蚀、密封失效、油管接头密封失效和SCSSV开关故障是影响作业过程的关键故障模式。     

用ETA分析油管伤人事故

1991年12月23日,锦州采油厂作业二班在某井“起下”作业过程中,发生油管击伤人事故,造成一人死亡。事情的经过是这样的。作业二班在下直径76mm(3英寸)油管时,因两油管扣形成“粘扣”,不能上紧管扣,班长决定放     

焊肉位置对连续管冲蚀磨损规律研究

针对连续管在压裂作业时连续管内壁易受冲蚀磨损甚至导致失效的问题,基于液固两相流和冲蚀理论,利用FLUENT软件对比研究了带焊肉的直连续管、360°弯曲连续管、正弦弯曲连续管等连续管的内壁冲蚀磨损以及焊肉位置对360°弯曲连续管的冲蚀磨损规律。研究表明:360°弯曲连续管的最大冲蚀速率较直连续管增加了近22倍,正弦弯曲连续管的最大冲蚀速率较直连续管增加了近264倍;在360°弯曲连续管中,焊肉分布在外侧时连续管所受的最大冲蚀速率较无焊肉增加了约57%,焊肉在连续管内的扭转角度由90°增加到360°时,连续管最大冲蚀速率增加了约277%,建议控制焊肉位置以及焊肉扭转程度以减小冲蚀磨损。     

初始几何缺陷对埋地管道屈曲临界载荷影响研究

管道初始几何缺陷与屈曲临界载荷间的关系已经成为新的研究方向。利用有限元方法对管道初始几何缺陷与临界载荷的关系进行研究,建立管道模型,在特征值屈曲分析基础上,输入不同比例的几何缺陷,逐个分析管道模型中节点的横向位移情况。结果显示,当几何缺陷达到一定程度时,屈曲临界载荷明显降低,且与初始几何缺陷具有线性相关性,利用Matlab对结果作线性拟合,给出了修正后的屈曲临界载荷公式。     

侧向载荷作用下X90管道局部屈曲研究

为了获取X90高强度管道局部屈曲临界载荷随管道尺寸、内压及管材参数的变化规律,基于ANSYS建立了侧向载荷作用下X90管道局部屈曲有限元数值模型,分析了X90管道局部非线性屈曲模态及特点,探讨了管道参数及管材性能参数对屈曲临界载荷的影响。研究结果表明:管道屈曲临界载荷随管径及壁厚的增大而增大;随内压的增大呈现先增大后减小的趋势;随材料幂硬化指数的增大而减小,同时还会受到环向应力的影响,环向应力越大,其随幂硬化指数减小的速率越快;管材屈服强度的提高可以在一定程度上提高X90管道的抗屈曲能力。研究结果可为X90管道的设计提供理论基础和参考。     

井口爆炸事故分析

正1事故过程2012年12月3日天津大港油田某采油厂向井下公司下达长5井修井任务,要求井下公司对该井进行化学解堵作业,同时指定某石油化工有限公司现场指导化学解堵药剂的配置和指导服务。井下第一修井分公司101队于6日、7日依次完成下解堵管柱到预定位置、接油管挂、拆封井口等解堵作业前期工作。8日13时至15时,清水正循环洗井,其中,某石油化工有限公司员工纪某、李某率人负责配置解堵剂,18时开始向油层进行挤液。在挤注过程中,井口采油树底法兰泄露,纪     

大位移塑性变形下连续油管直径增长规律研究

连续油管的工作过程是大变形塑性过程。在内压、弯曲疲劳周期复合载荷作用下,随着循环次数的增加,连续油管直径增长、壁厚减薄,同时椭圆化。连续油管直径的改变会引起与其配套设备的不兼容性,进而导致连续油管严重机械损坏。在对轴向应变、环向应变、径向应变软件仿真计算和全尺寸试验对比分析的基础上,阐述了连续油管管体直径改变的规律,找出连续油管在疲劳损伤过程中的最大直径的增长规律。在25MPa内压、300mm行程作用下,直径增长呈指数形式,且通过最大直径与循环的关系及拟合公式,可以预判连续油管的疲劳损伤程度及变形危险区域。     

地基沉降对石油储罐象足屈曲的影响

为优化大型石油储罐的抗震设计,针对大型非锚固外浮顶储罐,综合考虑地基、非锚固罐底、变壁厚、抗风圈等几何结构和材料特性等因素,采用有限元分析(FEA)法构建储罐全模型,分析地基沉降对罐壁象足屈曲临界载荷的影响;基于Fourier变换,通过若干阶谐波组合的形式模拟储罐地基沉降,分析地基谐波沉降前后储罐的径向变形、屈曲模态与屈曲强度,探明储罐地基单次谐波沉降的谐波次数、谐波幅值、谐波的波峰与波谷对象足屈曲临界载荷的影响。结果表明:地基谐波沉降在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷。储罐象足屈曲临界压应力随地基谐波沉降幅值的增大而减小;相同沉降量下,随着谐波次数的增大,储罐抗屈曲的能力越来越弱。     

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。     

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。     

连续油管疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

连续油管工作在大位移塑性变形条件下,受力复杂,工况恶劣。其破坏形式多种多样,尤以疲劳居多。根据连续油管的工作原理,利用磁记忆检测方法,进行连续油管全尺寸疲劳试验,研究连续油管在内压、轴向拉伸及弯曲等交变载荷作用下,疲劳破坏过程的磁记忆特征信号变化规律,采用区域积分面积-寿命关系曲线,分析大位移塑性变形下的连续油管疲劳损伤过程的磁记忆信号特征值的规律。试验表明:磁记忆特征值可以很好的描述连续油管疲劳损伤程度,为现场连续油管服役过程工作寿命及损伤程度的判定提供依据。     

防喷盒聚氨酯胶筒密封性能及其主控因素分析*

为使连续管防喷盒密封胶筒满足深井、高压气井等工况的密封需求,基于有限元方法建立胶筒密封模型,以胶筒密封面上的有效接触应力作为密封性能的评估指标,研究胶筒的结构、材料和工况等参数对防喷盒胶筒密封性能的影响,明确防喷盒胶筒密封性能的主控因素。结果表明:井筒介质压力、胶筒硬度、胶筒与连续管的间隙和摩擦系数是影响胶筒密封性能的主要因素,且井筒介质压力增大,防喷盒胶筒的密封性能增强,当胶筒硬度为75,85 HA、间隙为1.5 mm、摩擦系数为0.1时,胶筒的密封效果更好。连续管的运动方向对胶筒的密封性能有影响,连续管的运动速度对胶筒的密封性能基本无影响。     

水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究

针对水力压裂中连续管内壁冲蚀磨损严重和连续管易失效的问题,基于液-固两 相流和冲蚀理论,建立了连续管内部砂砾冲蚀模型。采用Grant和Tabakoff模型求解砂 砾冲蚀速率,借助实验数据验证了CFD数值模型。利用该模型研究了连续管在不同弯曲 度、砂砾粒度、压裂液注入量、质量流量、压裂液粘度对连续管内壁的冲蚀特性。研究 表明:弯曲连续管比直连续管冲蚀磨损严重,且弯曲度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较 大。随着注入量的增加,壁厚平均损失值和壁厚损失峰值呈现快速递增趋势。支撑剂固 体颗粒的粒度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较大,粒度为40目时连续管冲蚀速率最大。 随质量流量的增加,连续管剩余寿命呈线性下降。随压裂液粘度的增加,连续管内壁冲 蚀速率总体呈现下降趋势。     

基于磁记忆检测方法的连续油管刻伤试验研究

随着连续油管的大规模投入使用,油管损伤引起的安全事故与日俱增。为了及时对油管使用过程中产生的缺陷进行检测、识别及定位,基于磁记忆检测方法,对连续油管进行管壁刻伤试验,结合workbench有限元方法模拟刻伤处的应力分布,对比分析不同刻伤类型产生的典型信号特征及信号特征值变化趋势。结果表明:刻伤部位的磁记忆信号曲线与应力分布曲线的特征及峰值变化趋势一致,随着刻伤宽度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线由单峰向双峰过渡,磁记忆信号峰值及应力峰值呈降低趋势;随着刻伤深度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线峰峰值增加,磁记忆信号峰值及应力峰值呈升高趋势。     

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。