基于水泥石实验数据的水泥环力学完整性分析

气井环空带压是高温、高压、高酸性气井开发中面临的一个重要难题。为此,针对从固井到生产作业中影响固井水泥环力学完整性的问题,采用弹塑性力学理论,建立套管—水泥环—地层系统耦合力学模型,求解水泥环Tresca应力和径向位移。结合龙岗气田X井尾管固井水泥石三轴应力实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度、屈服应变等岩石力学参数,进行了尾管固井段水泥环力学完整性评价:①固井初期,同一井深处,井筒内压力越大,水泥环受到Tresca应力和水泥环径向位移越大;相同内压下,随着井深的增大,水泥环受到的Tresca应力变化很小,但水泥环径向位移增加较为明显。②生产阶段,由于井筒内压力逐渐降低,水泥环受拉应力作用,水泥环移动方向与固井初期移动方向相反,随着压力的降低,在同一井深处,水泥环受到的Tresca应力和水泥环径向位移都变大;随着井深的增加,Tresca应力和径向位移逐渐增大。评价结论认为该井测试及生产期间不会引起尾管段水泥环力学完整性失效。

多管柱热应力模型预测采气井口装置的抬升

井口装置抬升现象常见于稠油热采井、注采井,生产气井却十分罕见。由于高产气井在生产过程中井口温度高,大温差使得井口附近自由段套管产生热应力变化,进而导致井口装置抬升,破坏气井完整性、损坏地面流程,引发灾难性的后果。为此,分析了因大温差导致套管热应变而引起井口装置抬升的机理,建立了气井井口装置抬升的多管柱热应力模型,并对井口装置的抬升高度进行了实例计算,其预测结果与实际监测结果十分接近,预测结果可靠。研究认为:随着气井产量的增加,井口温度逐渐升高,井口装置抬升高度将不断升高;而表层套管自由段长度对井口装置的抬升高度最为敏感,多层套管固井质量差时对井口装置抬升高度影响较大。最后指出了气井井口装置抬升带来的安全风险,并提出大产量气井应以保证固井质量、合理配产以及加强气井环空压力监测等3项技术措施来预防、监测采气井口装置抬升。

塔北隆起盐下油气藏井眼缩径研究

采用Heard非线性蠕变模型作为深井段盐岩蠕变本构方程,并建立含盐膏岩夹层的有限元模型,得到了塔里木羊塔克区块巨厚盐膏层变形及井眼缩径规律。研究表明,由于上覆岩层应力的作用,羊塔克隆起构造盐岩层翘曲段逐渐趋于平缓;在同一盐膏层井段不同井深处井眼蠕变缩径的程度明显不同,顶部和底部盐膏层井眼缩径速率最快,缩径量较大。据此,现场钻井工程师在进行盐膏层井段钻进的时候要特别注意打开盐膏层和钻出盐膏层井段时的钻井液密度控制,优选钻井方案,防止盐岩层井段发生卡钻等井下事故。

川东石炭系气藏含硫气井完井工艺探讨

为满足气井长期开采的需要,对川东石炭系目前的完井方式、完井管柱、油管及其材质、井下工具和井口装置进行系统的分析和研究,认为川东石炭系最好选择φ177.8mm套管(或φ127mm尾管)射孔完井;优选油管尺寸;选用抗硫材料,加缓蚀剂保护,采用生产封隔器完井等防腐方法。通过现场实施,气井产能得到明显提高。

高腐蚀环境下油井管剩余抗挤强度的理论解

在高温高压高酸性气田中,油井管局部腐蚀或点蚀会产生应力集中,降低油井管强度,严重时会发展成穿孔泄漏。在本体应力集中系数应力分量表达式的基础上,推导了浅半球腐蚀孔、半球腐蚀孔及深半球腐蚀孔的应力集中系数表达式,并对油井管的剩余抗挤强度进行修正,同时应用推导的腐蚀孔应力集中系数公式对套管的剩余抗挤强度影响规律进行研究。结果表明,腐蚀孔直径d=2.5mm、深度h=1mm时,套管剩余抗挤强度下降近46%,而当h=1mm、d=5或7mm时,套管剩余抗挤强度分别下降30%和20%。

金属纳米复合材料的界面和尺度效应

在宏观尺度上制造出具有纳米结构和纳米效应的高性能金属材料,并揭示这些材料的组织演化特征以实现功能调控,是金属材料学科面临的重大科学问题和需要解决的核心关键技术。阐述金属纳米材料界面、尺度与材料塑变、强化关系的主要研究进展,重点介绍宏观尺寸制备金属纳米复合材料、纳米尺度下经典Hall-Petch关系和复合材料混合定律的适用性、界面特征和尺度效应对材料微观结构、力学性能以及物理特性等的影响,指出面向应用的高性能金属纳米复合材料的发展趋势。

Bi_(1.6)Pb_(0.4)Sr_2Ca_2Cu_(3-x)Ti_xO_y体系的超导电性

采用普通固态反应法制备了Bi_(1.6)Pb_(0.4)Sr_2Ca_2Cu_(3-x)Ti_xO_y(X=0.0;0.05;0.1;0.2;0.3)系列超导样品。测量了样品的电阻——温度关系、交流磁化率——温度关系和X射线衍射谱,并进行了样品微区成份分析。作者发现:在X=0.0—0.2范围,该体系的零电阻温度均在100K以上,在X=0.3时,在液氮温区不超导;Ti含量X=0.1时,样品的单相性最好;Ti元素的微区分布不很均匀。我们倾向于认为Ti实际上可能不是替换Cu而是替换了Ca.

川东飞仙关组气藏高含硫气井完井工艺设计研究

川东飞仙关组气藏多属高含硫气藏,高含量硫化氢和二氧化碳是完井管柱,井下工具和井口装置的严重的腐蚀隐患,威胁着气井的安全生产,给完井工艺设计带来很大困难。针对川东飞仙组关高含硫气藏储层地质特征和完井工艺设计需要考虑的主要因素,提出了高酸性气井完井工艺设计的新思路,并制定了高峰场气田飞仙关组气藏高含硫气井的完井工艺设计方案。该完井方案可为川东其它飞仙关组高含硫气井的完井工艺设计提供可借鉴的方法,也有可供国内其它高含硫气井的完井工艺设计参考。

Bi(Pb)SrCa(Y)CuO体系的超导电性

该文报道Y部分替换Ca对不同组分Bi系超导体的影响,研究了体系的超导电性和微观结构.结果表明,在2212主组分中,样品是低Tc单相(Tc=80.6K);在2223主组分中,无论是掺Pb或不掺Pb情形下,少量的Y替换Ca都严重地抑制了2223相形成,但2212相的Tc可提高到87.3K.文中对Tc的变化做了讨论。

110K单相Bi系超导体的制备

采用普通固态反应法制备了名义组分为 Bi_(2.0-x)Pb_xS_(r1.9)Ca_(2.2)Cu_(3.3)O_y 超导体.对样品进行了物相分析、电阻率及磁化率测量.XRD 分析表明:富 Ca 富Cu 有利于高 T_c 相的形成,并且获得了高 T_c 单相样品。交流磁化率曲线测量表明:样品的低温区转变台阶位于85～95K 之间.且2212相的 T_c 随氧含量、组分、工艺等因素变化.

激光分子束外延

介绍了激光分子束外延(Laser Molecular Beam Epitaxy)的基本原理和技术特点,评述了激 光分子束外延技术在超导材料和磁性材料方面所取得的主要成就,并给出了这种技术在材料科学领 域的应用前景和发展潜力。

BT22钛合金及其大型锻件的研究进展

综述了国内外BT22合金及其改型合金的应用现状,归纳介绍了BT22合金的锻造加工及热处理工艺。结果表明,BT22合金在两相区低于β_转15～50℃的温度范围内多火次锻造,每火次变形量不低于60%。通过严格控制变形速率和终锻温度可制备出组织均匀、晶粒细小的锻件,经两阶段整体热处理后可获得强度、塑性和韧性的最佳匹配。针对我国的研究现状指出了BT22合金大型锻件制备方面亟待解决的问题和未来研究发展的方向。

磁体用Nb_3Sn超导体研究进展

Nb3Sn是典型的低温超导材料,主要应用于高能物理(HEP)和热核聚变(ITER)以及高场核磁共振(NMR)等磁体领域。Nb3Sn材料在2K时的上临界场Hc2达到30T,为其在高场磁体的应用提供了契机。综述了Nb3Sn的发展现状与研究成果,以及近年来其制备工艺的改进和存在的问题。

应变对Nb3Sn多芯股线载流能力的影响

采用Pacman弹簧装置测量了4.2 K,12 T条件下Nb_3Sn多芯股线的I_c-ε特征曲线.材料轴向应变变化范围在-0.9%—+0.6%.通过偏量比例模型模拟了材料临界电流I_c随应变状态的变化规律.研究了轴向应变条件下超导材料载流能力(I_c)的衰退和lg V-lg I曲线斜率n值的变化,通过临界电流随轴向应变的变化规律比较了不同制备工艺Nb_3Sn股线的轴向应变敏感性.

高强高导铜铌微观复合材料的微观结构与性能

采用集束拉拔制备技术获得了含有N=854铌芯的Cu-Nb微观复合材料。在77K条件下材料的电阻率为0.36μΩ·cm,在293K时,复合材料导电率大于70%IACS。复合材料截面面积大于5mm2时,复合材料室温抗拉强度达到915MPa。通过扫描电镜观察了材料拉伸断口形貌及芯丝排布情况。

高温超导氧化物YBCO的掺杂效应研究进展

综述了近10年来高温超导氧化物YBCO掺杂效应研究的进展。通过化学掺杂不但能提高YBCO的临界电流密度和临界转变温度等超导性能,而且能改善超导体的力学性能和影响晶体生长的热力学行为等。掺杂效应的研究使YBCO的应用性能得到了提高,同时为研究超导机制提供了更多的理论信息。

Ti600高温钛合金中析出物与蠕变性能的关系

根据Ti600合金中析出物的特点,设计5种热处理工艺,研究不同热处理工艺下合金的蠕变性能。结果表明:Ti600合金经1060℃固溶处理后,随着时效时间的延长,蠕变过程中动态析出效应逐渐减弱,合金对应的抗蠕变性能增强。在时效过程中,当有α2相形成时,合金具有最强的蠕变强化效应。Si元素无论是以固溶状态还是以析出状态存在,都具有蠕变强化作用,但固溶状态的强化效果优于析出状态的。固溶后时效时间的不同表明Ti600合金存在不同程度的蠕变动态析出强化效应,但是这种强化效应也伴随着析出物形成过程的扩散效应,这种扩散效应抵消了动态析出的强化效果。因此,为了强化蠕变性能,合金应该在充分时效的情况下使用。

4145H石油钻铤钢示波冲击性能研究

对4145H钻铤钢纵向取样,研究了不同温度下的示波冲击特性。结果表明,取样钻铤的冲击功值满足《SYT5144-2007钻铤》和《API SPEC7》标准要求,并得出了4145H钻铤钢的冲击功随温度的降低而降低,起裂功与冲击功的比值随温度的降低而升高,裂纹扩展功以及裂纹扩展功与冲击功的比值随温度的降低而降低。在钻井工程中表现为常温下裂纹在钻铤中扩展速率较慢,钻铤不容易断;低温下裂纹在钻铤中扩展速率较快,钻铤更容易断。该研究成果为合理指导4145H钻铤的生产工艺和现场使用提供了依据,为分析4145H钻铤断裂机理提供了基础实验依据。

下部钻柱有限元动力学仿真研究

针对下部钻柱在钻井过程中的振动状态,分析了振动机理,并建立下部钻柱组合节点单元三维动力学模型,运用强迫频率理论和高斯列主消元法对动力学方程组进行求解,得到不同转速下的最大径向变形及弯曲应力,绘出相应的幅频响应曲线,确定相应的临界转速。研究表明,钻柱转速对钻柱振动影响较大,通常钻柱工作转速要避开钻具组合谐振频率,可减缓钻柱振动,保护钻柱。

两种典型热处理工艺对TC18钛合金组织性能的影响

采用两阶段退火和固溶强化两种典型的热处理制度,通过力学性能检测、显微组织分析和XRD物相分析,系统研究了整体热处理工艺对TC18钛合金大型锻件组织和性能的影响。结果表明:两阶段退火态的组织不仅满足强度和塑性匹配,而且断裂韧性KIC值可达75 MPa.m1/2;固溶强化热处理后的组织虽具有比前者更高的强度,但塑性损失较大,断裂韧性KIC值较低。