摘要：为解决Φ70 mm及以上抽油机井起下杆管过程中的防喷安全性隐患,优化设计了防喷脱接器结构,攻关形成了抽油机井大泵油管防喷技术,并结合理论分析及数值模拟方法建立了此工艺管柱作业过程防喷安全性评价方法。首先,通过数值模拟手段分析了防喷脱接器对接过程的使用强度。然后,开展了起抽油杆过程防喷脱接器密封系统的强度和密封性能研究,结合抽油杆起下过程工艺管柱的屈曲行为分析结果获得了防喷工具的防喷压力界限,其数值约为30.85 MPa。最后,结合起抽油杆过程中工艺管柱的受力特点,建立了该防喷工艺管柱作业过程防喷安全性评价方法,设计了其作业过程防喷安全性评价图版,实现了其作业过程防喷安全性的量化评价。研究成果可为不压井作业安全性提供理论依据。

摘要：复杂结构井,尤其是煤层气多分支水平井的分支井眼多、井眼轨道局部弯曲段多的特点使得井内管柱作业时所受摩阻、扭矩较大,造成作业困难甚至复杂事故。将二维刚性模型、二维整体模型及三维刚性模型3种刚杆模型进行程序化,并基于能量平衡原理,结合软绳模型及狗腿平面的管柱刚性,推导出刚度力模型,从计算效率及精度上通过对比确定刚度力模型为推荐最优计算模型。基于但不局限于杆管模型,细化并实现动态数字化井筒技术:利用三次样条插值函数及最小二乘法数据拟合进行井眼实际测井数据平滑处理,建立复杂结构井的三维"数学井筒";采用量化色度分级方法,将管柱摩阻、偏磨、井壁破碎及井壁坍塌风险等指标进行等级划分,建立带有指标分级云图的"物理井筒";结合工程需求,考虑井下工具组合及VR处理技术,实现可直接为工程服务的"工程井筒"。"三步"数字井筒技术路线为数字井筒的全面实现提出了可行性方案,所开发的复杂结构井三维数字井筒动态可视化软件平台可为复杂结构井工程提供极大的便利。

摘要：无隔水管深水钻井作业是深水钻井的关键环节之一,管柱的力学行为十分复杂。本文阐述了无隔水管深水钻井管柱的纵横弯曲变形力学模型、纵向振动力学模型及无隔水管深水钻井送入管柱设计与强度校核方法等,分析了作业管柱变形及运动的主要影响因素和规律,提出了解决这类复杂工程问题的简化思路。结果表明,作业管柱的轴向拉力过大或过小、海水深度大、平台偏移或升沉振动幅度过大以及海流流速快等因素对管柱的强度安全具有显著影响。在无隔水管深水钻井作业管柱强度设计与校核时,应充分考虑管柱的作业工况及环境载荷的影响。

摘要：井下作业技术作为石油和天然气勘探开发的重要工程技术和手段,近年来取得了显著的进步,做出了重要贡献。随着钻井技术的不断发展,井眼越来越复杂,对井下作业提出了更高的要求,以前单凭经验来进行操作的井下作业已经不适时宜了,经常造成各种井下管柱事故。井下作业管柱受力分析软件在设计过程中用于预测某些潜在危险,尽量避免作业事故发生,使得设计更为合理、切实可行;在作业过程中用以分析某些事故原因,以便针对性地来处理问题,节约事故处理时间,降低作业费用,提高作业效率。该软件可以对起下管柱过程、压裂过程和打捞过程等的管柱力学状态进行计算,并对油管的长度进行初步优化。该软件无论是对作业前的室内设计还是现场作业过程中的作业管柱受力分析都有一定的指导意义,在大港、长庆等油田得到了初步应用。

摘要：主要就压力、温度变化显著的压裂、酸化管柱进行管柱力学分析和计算。在方案设计阶段或压裂酸化施工阶段详细分析管柱的受力、变形及强度,管柱载荷变化规律,给出管柱变形及强度计算,从而确定出各工况下的极限操作参数。控制管柱的施工作业参数、管柱内外流体工况、工具深度以及井口油压、套压等。

摘要：酸压管柱是酸压作业顺利实施的重要保障。在深井酸压过程中,管串长,摩阻大,泵压高,温差大,压力高,施工时间长,管柱受力情况恶劣,变形严重,如在管柱结构设计时未充分考虑因此因素,可能会造成封隔器密封失效,导致酸压失败。本文通过对两口酸压井管柱的力学分析及强度校核,对酸压管柱结构提出优化方案,对酸压管柱的安全施工提供了可靠依据。

摘要：深水钻井作业主要包括导管喷射安装、表层套管井段钻井、水下防喷器组和深水钻井隔水管安装及后续钻井等4个主要作业环节,涉及导管、钻井隔水管、送入管柱等3类管柱系统。与陆地及浅水近海钻井不同,由于深水钻井工况的独特性,管柱在作业过程中产生复杂的力学行为,严重影响深水钻井的安全高效作业。因此,开展深水钻井管柱力学与设计控制技术研究,对于推动深水钻井科技进步具有重要意义。深水导管喷射安装技术是适应深水钻井的特殊要求而发展起来的一种浅层作业技术,也是深水钻井作业程序的第一步。作业过程涉及导管和送入管柱2类管柱系统,主要目的在于建立安全稳定的水下井口,为后续的钻井作业奠定基础。例如送入管柱的力学行为分析与优化设计研究、水下井口的管土相互作用与导管承载能力研究等,对实现水下井口安全稳定的目标具有重要意义。本文从工程应用与技术研发2个方面,对涉及其中的送入管柱强度设计与校核、导管喷射安装工艺和导管承载能力等3个方面的研究进展进行了综述与展望。认为深水导管喷射安装的未来研究将侧重于极限工况下导管的入泥深度与承载力计算、喷射钻进参数优化、导管喷射安装风险评估与可靠性预测,以及深水导管喷射安装模拟实验等内容。深水钻井隔水管是连接浮式钻井平台与水下井口的重要设备,可提供钻井液循环通道、支持辅助管线、引导钻具、下放与回收防喷器组等。深水钻井隔水管在整个钻井作业过程中涉及安装、正常钻进、回收与紧急撤离等作业过程。由于波流联合作用力的动态效应,深水钻井隔水管在服役期间会产生轴向拉伸、横向弯曲、耦合振动等一系列复杂力学行为,给深水钻井安全作业带来巨大挑战。因此,对深水钻井隔水管力学行为进行研究,确保其安全可靠性,是深水钻井研究的关键问题之一。本文着眼于深水钻井隔水管的顶张力控制、纵横弯曲变形、横向振动特性、纵向振动特性、耦合振动特性及涡激振动特性等主要力学问题,从载荷计算、控制方程、边界条件及求解方法等方面入手,总结了深水钻井隔水管系统在力学与设计控制技术方面取得的新进展,对目前研究中仍然存在的问题进行了剖析和探讨。研究认为在以后的工作中,应在深水钻井隔水管安装作业窗口分析预测、隔水管涡激振动响应与抑制、隔水管疲劳寿命计算与评估,以及隔水管力学行为模拟实验等方面加强研究。在深水井筒整个寿命期间,最大限度地使井筒中地层流体处于有效控制的安全运行状态,防止浅层气和浅水流入侵,提高固井质量,避免水下套管柱变形甚至挤毁等,对于提高深水油气井筒的完整性具有重要的实际意义。本文以深水井筒的温度分布规律、套管环空压力变化及套管应力分布等研究为主,对深水井筒完整性预测和预防研究进行了综述,主要内容包括地层非稳态传热、套管环空循环温度分布、密闭环空内流体升温膨胀引起的附加载荷和预防措施、多层套管柱环空压力计算、套管—水泥环—地层系统热力耦合响应等。分析认为充分考虑深水钻井特殊工艺与环境约束条件、建立适用于深水井身结构与套管柱优化设计方法、开展深水井筒完整性风险评估与设计控制技术研发将是未来关注的重点。开展深水钻井管柱力学模拟实验研究,获取相关的有效数据,对于提高深水管柱力学与设计控制研究水平具有必要性。本文建立了"深水管柱力学模拟实验系统",并对其结构组成、操作方法、技术参数及主要功能等进行了详细说明,介绍了深水钻井隔水管力学行为模拟实验与疲劳寿命测试方面取得的新进展。本文对深水导管喷射安装技术、深水钻井隔水管系统力学与设计控制技术以及深水井筒完整性预测和预防研究等方面的新进展进行了综述和展望,对指导今后的深水钻井管柱力学与设计控制技术研究具有参考价值。

摘要：针对高温高压高产(三高)气井流体诱发油管柱振动失效问题,采用微元法、能量法结合哈密顿原理,考虑了油管自重、井眼轨迹变化、井筒温度压力变化、油套管接触碰撞等因素,建立了三高气井油管柱三维非线性流致振动模型。采用拉格朗日和三次埃尔米特函数离散控制方程,并使用增量形式的Newmark‑β和Newton‑Raphson联合迭代求解离散后的控制方程。根据中国南海三高气井参数,采用相似原理,设计了油管柱流致振动模拟试验装置,测得油管柱振动响应数据,与理论模型计算结果对比,验证了振动模型的正确性。采用实例井参数,分析了油管柱振动特性,结果表明,上部油管三维空间横向振动明显,而中下部油管长时间紧靠于套管壁上发生振动,导致下部油管易发生纵向和横向的磨损,同时油管纵向振动出现混沌现象,且中下部位置油管混沌现象最明显,因此,现场设计人员需重点关注下部油管柱的安全性。

摘要：深水钻井过程中,从平台延伸到井底的钻柱会在不同深度处与隔水管或井筒发生多点碰撞和摩擦,呈现出接触非线性特征.为了准确掌握深水钻井管柱系统的非线性动力学特性,将其简化为管中管结构,并提出了对应的管柱动力学模型.采用Abaqus有限元软件,对建立的管柱动力学模型进行动态响应模拟,并将模拟结果导入Isight优化软件,进行基于可靠度分析的多目标优化设计,确定出在工程可行性和安全可靠性方面都满足要求的设计参数组合.研究发现,相比于单独考虑隔水管的模型,提出的管中管模型所模拟的管柱系统整体变形程度较小,说明内外管柱之间的相互作用对深水钻井管柱系统的整体偏移有抑制作用;此外,提出的基于可靠度分析的多目标优化设计方法,可以避免优化设计结果因靠近约束边界而在参数波动情况下失效的问题.

摘要：针对当前高校油气井专业油气井管柱力学与控制实验室建设现状,明确了油气井管柱力学与控制实验室建设内容,并根据经费情况和场地要求,分别设计了总体、经济、模拟三种油气井管柱力学与控制实验室建设方案,对比分析三种方案各自的优缺点,为高校油气井专业油气井管柱力学与控制实验室最终建设方案的制定奠定基础。