摘要：悬挂管柱正弦向螺旋屈曲转变时的屈曲构型发生跳跃性变化,管柱与井筒存在接触和脱离等非线性力学问题。基于慢动力法,将悬挂管柱静力屈曲问题转换成动力学问题,建立了悬挂管柱上端受拉、下端受压的后屈曲分析有限元模型。研究表明,通过虚拟较大的阻尼比,能够有效地抑制管柱振动,可以计算出稳定的正弦屈曲和螺旋屈曲构型。当无量纲长度取8时,正弦向螺旋屈曲转变的无量纲临界载荷为4. 11,螺旋屈曲构型中存在两个接触点,两接触点之间的螺旋角为77.9°,下接触点距井底的无量纲长度为1.30。摒弃了管柱屈曲挠曲线假设,得出了悬挂管柱螺旋屈曲的最小临界载荷,对扶正器安放位置设计具有实际意义。

摘要：针对无重管柱(忽略管柱重力的影响)螺旋屈曲问题,从虚功原理出发,将管柱边界条件分成2大类。指出前人的研究大多集中于第一类边界条件,而忽略了第二类边界条件。提出塞子模型模拟管柱的端部约束条件,并推导出管柱变形的广义势能泛函。利用最小势能原理,得到了第一类和第二类边界条件下的管柱完全螺旋屈曲段的变形方程,分析了边界条件对螺旋屈曲解的个数和稳定性、管柱与井壁接触力的影响规律。对于端部约束导致的过渡段,通过求解屈曲微分方程得出过渡段长度相对于长管柱整体而言是局部的。最后讨论了长管柱整体变形(完全螺旋屈曲段变形和过渡段变形)与边界条件之间的对应关系。边界条件是导致屈曲问题复杂化的一个重要因素,本文研究结果为深入认识边界条件的影响提供参考。

摘要：针对钻井过程中钻柱工作载荷或钻压超过某一临界值导致钻柱失稳现象,建立了钻柱非线性稳定性问题的分析模型,用数值分析的方法对整个钻柱系统的非线性屈曲过程进行了有限元仿真分析,解释了钻柱的失稳机理以及钻柱自重、钻压、转速、扭矩和井斜角等因素对钻柱屈曲的影响规律,研究了钻柱在井筒中发生屈曲时的位移、受力状况和各种工况下的失稳临界载荷。结果表明,在相同条件下钻柱螺旋屈曲临界载荷随井斜角增大而增大,呈非线性变化;临界载荷随扭矩的增大而减小,井斜角较大时临界载荷减小的幅度较小。对钻柱在井筒中的非线性屈曲行为研究和钻具组合设计的优化具有一定的参考价值。

摘要：井口抬升高度对深水高温油气井安全生产具有重大影响,传统预测模型只考虑了温度效应和鼓胀效应对井口抬升高度的影响,未充分考虑螺旋屈曲效应对井口抬升高度的影响。鉴于此,借助井筒温度模型,在考虑温度效应和鼓胀效应的基础上,加入螺旋屈曲效应,建立了井口抬升高度预测模型并进行求解,得到较为准确的井口抬升高度。实例计算结果表明:随着时间的延长和产量的增加,螺旋屈曲效应引起的各层管柱屈曲段长度、井口抬升力以及抬升高度都将增加,但增加的幅度逐渐减小,最后趋于稳定;生产过程中生产套管和技术套管始终处于受压状态,对井口抬升起主要作用;表层套管和隔水导管处于受拉状态,管柱不发生屈曲现象。研究结果对井口抬升高度预测及油气井安全生产具有重要的指导意义。

摘要：通过考虑重力、转速和井斜角对钻柱屈曲的影响,利用能量方法研究了斜直井中轴向载荷、重力和离心力共同作用下钻柱的螺旋屈曲问题,着重研究了重力的轴向分力、转速和井斜角对钻柱屈曲的影响,推导了钻速、井斜角和轴向力间的数学关系表达式。理论分析表明,在相同条件下钻柱螺旋屈曲临界载荷随井斜角增大而增大,且呈非线性;临界载荷随转速增大而减小,且井斜角较大时减小幅度较大;钻柱重力线密度对临界载荷的影响大小与井斜角和屈曲模态有关。

摘要：连续油管在油田井下作业领域已得到广泛应用,但不可避免的出现连续油管断裂等不同类型井下事故。目前国内外对拉断和剪断连续油管落鱼打捞研究较多,但对压断连续油管打捞的研究较少。压断连续油管鱼顶复杂,本体在井内呈螺旋屈曲状态,打捞难度极大,文章通过一口井案例研究与实践,分析压断连续油管螺旋屈曲状态并建立穿心引入模型,针对性研制打捞工具并制定打捞工艺方案,形成了一种压断连续油管落鱼打捞技术,并通过现场试验得到验证。研究表明:压断连续油管在井内处于螺旋屈曲状态,处置的关键在于解除螺旋造成的摩擦阻力;采用特制的螺旋屈曲释放工具和管柱组合能够分段释放螺旋状态,设计的打捞工具简单可靠;过油管修整鱼顶可降低井径比,防止二次弯折,减少晃动,同时能够有效重建循环通道,防止偏磨套管。文章所涉及的研究方法和技术措施,能够为打捞压断连续油管落鱼提供一定的借鉴和指导。

摘要：钻导向孔的成功与否是决定3 300m长江天然气管道穿越工程成败的关键,需要对钻导向孔的钻柱进行力学分析,提前判断钻柱的受力情况,并判断钻具组合是否满足施工要求。为此,综合利用传统的软钻柱模型和较新的ABIS模型,研发了HDD钻导向孔钻柱力学分析软件,可进行钻导向孔时钻柱的受力分析和三维图像显示。将该软件与国外常用的Ridgewood Software(RS)软件进行对比,从井口推力及井口扭矩来看,两者的计算结果很接近;同时还将该软件在某管道穿越工程中进行了模拟应用,将软件计算结果与实测数据进行了比较。结果表明:HDD钻导向孔钻柱力学分析软件能够很好地预测钻导向孔时钻柱的力学状态,并能用三维图像直观地显示导向孔内钻杆的变形与应力分布情况。该软件的成功研制与应用,为长江3 300m天然气管道穿越工程钻导向孔的钻具组合提供了技术支持,其国产化对管道穿越工程钻导向孔的设计和大规模的工程应用奠定了基础。

摘要：高温高压定向井测试管柱的力学行为复杂且管柱失效问题突出,涉及到温度、压力、井眼轨迹、管柱屈曲及摩擦力等一系列因素。常规的测试管柱力学模型适用于直井,对于定向井和水平井而言适用性差。当井斜存在时,除了考虑温度效应和鼓胀效应外,还应考虑管柱屈曲和摩擦力的作用。基于温度和压力模型计算了沿管柱的温度和压力分布。随后在平衡方程的基础上,考虑由于温度变化、压力变化、管柱屈曲和摩擦力而引起的管柱伸长或缩短以及管柱端部的约束条件,建立了测试管柱的力学模型,采用迭代法进行求解。最后以塔里木盆地的一口定向井为例对模型进行了应用。应用结果表明:摩擦力和螺旋屈曲可抑制轴向力在管柱上的传递,若忽略摩擦力和管柱屈曲的影响,管柱的有效轴向力则被高估;由于井口和封隔器的约束,随着生产时间的延长和产量的增加,管柱上的平均温度升高,管柱的螺旋屈曲段增大,轴向力减小;当地层温度和产量超过一定值时,管柱将进入屈服状态,或者封隔器无法封住管柱,给生产安全带来严重威胁;通过优化管柱元件以及在井口施加预紧力等措施,大大增加了测试管柱的安全操作范围。研究结果对高温高压定向井测试管柱的设计和优化具有重要意义。

摘要：连续管在作业过程中因受残余应力等多种因素的作用,容易发生塑性变形伸长。在分析连续管残余应力的形成及塑性伸长原理的基础上,重点讨论了轴向载荷引起的伸长、热伸长、内外压差引起的伸长及螺旋弯曲引起的缩短等4种变形问题,研究了相应的理论计算公式和计算方法,并通过实例计算绘制关系曲线,阐明了连续管变形伸长的基本特点:连续管在起下作业中的塑性变形伸长比常规油管复杂,其变形伸长量比较明显;连续管轴向伸长量和螺旋屈曲缩短量都比较大,在作业中应重点考虑;热伸长和内外压差引起的伸长比较小,在作业中可不作为重点考虑;在实际作业中连续管总的变形伸长量是上述4种变形的不同组合,由于伸长与缩短相互抵消,故总的变形伸长量并不大。

摘要：渤海某凝析气田为近年发现的大气田,具有超深井、超高温、高含硫化氢和二氧化碳等特点,面临着储层埋深深、高温、高腐蚀、注采转换以及投产时间紧等一系列困难。在国内外、海上陆地气井管柱结构的基础上,对油管和井下工具进行了优选,综合分析圈闭压力、回接尾管防腐材质情况、管柱伸缩等确定了生产封隔器下深于回接点以下,并通过油管加扶正器的方法解决生产封隔器以上管柱的螺旋屈曲问题。成功设计了一套适合海上凝析气田的生产管柱,为后期海上凝析气田管柱设计提供借鉴和参考意见。