特高压平板闸阀设计与密封性能分析

针对特高压井口平板闸阀设计指导空缺问题,参考API 6A和API 6D标准中的平板闸阀设计参数确定方法,给出175 MPa工作内压下阀体通径为78 mm的平板闸阀设计参数,补充并完善了国内外特高压井口平板闸阀设计方法,对所设计的平板闸阀采用有限元法分析其在螺栓预紧工况、额定工作内压工况和1.5倍静水压工况下的密封性能。所设计的平板闸阀可以满足密封准则,且能应对一定量的动载荷,可为特高压井口平板闸阀设计提供参考。

宝钢13Cr油套管一贯制技术进展

目前宝钢已建成13Cr油套管从炼钢到螺纹加工的全流程生产体制。介绍了宝钢13Cr炼钢连铸技术、轧制技术、热处理技术、探伤技术、螺纹加工技术等方面取得的进步,从钢水到螺纹的一贯制技术能力得到了大幅度提升,有力地支撑了我国高温高压油气井、深水油气井及储气库井的顺利开发。

油套管特殊螺纹加工常见问题及控制方法

为提高油套管特殊螺纹的加工质量,分析了加工生产中常见的质量问题,分别对牙型高度、螺纹锥度、椭圆度等尺寸精度,以及螺纹表面粗糙度、黑皮扣、毛刺、颤纹等表面质量问题进行了分析,并提出了解决方法。根据工件的材质和尺寸,合理选择吃刀量、转速、进给速度等加工参数和工艺,同时设计合理的刀具、夹具以及装夹方式等,提高了加工过程中工件和刀具的稳定性,有效提高了油套管特殊螺纹接头的加工质量。

BG-TH耐热套管特殊螺纹接头开发理论与试验研究

钢铁材料在热采井等350℃超高温度条件下,不仅材料屈服强度和抗拉强度下降,材料的其他物性参数也发生了很大变化,热应变从次要矛盾上升为主要矛盾。对P110和110H两种材质进行了室温与不同高温等级下的试验研究,基于高温下材料的“弹性应力”与“塑性应变”设计理念开发了BG-TH(Thermal)耐热套管,使用有限元分析与实物试验验证设计结构。结果表明,将耐热管材与耐热螺纹接头两者配合使用可提高套管在高温中的耐用性。

W形密封结构金属封隔器性能研究

针对橡胶封隔器难以适应150℃、70 MPa以上环境的缺点,设计一种适用于230℃、70 MPa工况,两端传递载荷,中间中空促进径向变形的W形密封结构的金属封隔器,并研究其密封性能。根据工况需求,以温度依赖性和超弹性激发应力选择β-NiTi合金作为W形密封结构材料,以W形结构坐封后产生的接触应力评价其密封性能,以工作承压后W形结构的弹性-超弹性应变率评价其解封性能,分析W形密封结构半径、壁厚及壁厚比对其密封性能的影响,并对设计优化后的W形结构进行密封性能仿真分析。结果表明:结构半径对W形密封结构的密封性能和解封性能影响较小,而壁厚与壁厚比均显著影响密封性能和解封性能;随着壁厚的增加,W形密封结构的密封性能逐渐下降但解封性能逐渐上升,随着壁厚比的增加,密封性能逐渐下降解封性能先上升后下降。对设计优化后的W形结构进行密封性能仿真分析,结果表明,基于β-NiTi合金材料的W形密封结构金属封隔器完全可以适用于高温高压环境,其在230℃、70 MPa的工况下坐封载荷为220 kN,弹性-超弹性应变率达90%以上。

超深井用160钢级超高强度高韧性套管的研制及组织表征

根据超深井开发要求对超高强度高韧性套管的合金化技术和制造工艺进行研究,开发出具有优异韧性和抗延迟断裂性能的BG160V超高强度高韧性套管,并分析了该BG160V套管在不同服役温度下的强韧性以及微观组织。工业性试制的性能检测结果表明:该套管的屈服强度达到1100 MPa以上,0℃横向夏比冲击功超过名义屈服强度的10%,满足超深井油气资源开发对套管性能的要求;管体晶粒度达到11级,平均有效晶粒尺寸2.45μm,细小的晶粒是材料具有良好韧性和抗延迟断裂性能的主要保证。

井口点火放空装置在天然气井处理中的绿色环保作用评价

天然气是清洁能源,其开发利用有助于减少酸雨形成,减缓地球温室效应,从根本上改善环境质量。天然气在冬季生产过程中,经常需要井口放空处理,如果直接将天然气排入大气中,则会造成环境污染;如果不进行放空,则不利于气井的正常处理,存在环境污染与气井管理的矛盾。针对这个问题,引入了井口点火放空橇,通过管线与气井井口采气树相连接,利用车载小型气液分离器将天然气进行气液分离,液体排入储液灌,天然气则在井口直接点火燃烧,有效避免了环境问题,又解决了气井的处理需求。井口点火放空橇体积小,以车载方式移动,施工时安装连接方便,两个小时内可完成施工作业,投入产出比为1.00∶4.34,推广应用前景广阔。

复合膨胀式套管外封隔器研制与应用

随着油气田不断开发,造成地层压力变化较大,在调整井钻井过程中,采用套管外封隔器防止管外冒和层间窜,提高固井质量的井日益增多。但目前使用的充胀式套管外封隔器在井下长期受使用环境影响可能造成充胀腔内压力下降,造成环空密封失效的风险;普通压涨式封隔器密封压力不高;遇水膨胀封隔器动作时间长等难题。为此设计了复合膨胀式套管外封隔器,其带有的复合胶筒结构为双层机构包含内层普通橡胶和外层遇水遇油膨胀橡胶组合材质。与充涨式套管外封隔器相比,该工具能够实现机械永久锁定,环空密封压力高且持久,受使用环境影响小,施工风险小,且具备平衡压差等优点,性能可靠,成本低,经济效益明显。

国内外漂浮工具典型结构及攻关建议

漂浮下套管技术是提高长水平段水平井及大位移井完井管串下入效率的一种技术手段,漂浮工具的可靠性、稳定性对于该技术应用起到至关重要作用。目前国内外漂浮工具主要为盲板式及滑套式两种,盲板式漂浮工具经常在完井管串下入过程中提前失效,使套管下入更加困难,严重时将导致无法下到设计位置而被迫实施拔套管作业,增加了作业周期,并造成一定经济损失;滑套式漂浮工具内部零部件如果在套管内被胶塞顶替过程中发生卡阻,无法运移到浮箍位置,将出现套管内被水钻井液灌满,造成固井作业失败,严重时将导致该井报废。本文就目前国内外漂浮工具结构进行对比研究,对漂浮下套管技术的关键因素进行了分析。

一种水下外包式密封打压装置的现场实践

水下防喷器组各级防喷器开启腔的进液硬管为其关井部件之一,一旦其与防喷器本体脱开,防喷器组即面临着无法开启的复杂情况,进而无法起到井控作用;如果临时弃井回收水下防喷器则会产生大量的非生产时间,对于水下井口作业意味着待机同时无法保证井筒安全,因此设计及加工一种应急打压装置是非常有必要的。

井下保温油管的实验及数值模拟研究

实验室测试了3种保温材料的密度、硬度、抗压强度、导热系数及疏水耐蚀性能,优选出CHGB/MPE复合保温材料,利用有限差分法建立保温油管传热模型,并对其热性能进行评估。结果表明,保温油管保温性能与内保温层厚度正相关。

非均匀载荷条件下射孔套管抗挤强度的影响规律研究

油气井套管抗挤毁性能与材料屈服强度关系紧密,聚能射流穿孔过程中孔眼处存在的射孔裂纹将对射孔套管的抗挤强度产生显著影响。首先针对不同型号钢级的套管进行射孔侵彻实验;然后对无孔眼、机加孔眼和射孔孔眼试件进行静力外挤试验,对比射孔裂纹影响下试件抗外挤性能的变化;最后通过有限元仿真分析了射孔裂纹的存在对套管抗挤性能的影响。结果表明:射孔初始裂纹会加剧孔眼处套管的应力集中现象,并使得射孔套管的抗外挤强度显著下降。此外,相较于孔密与相位,孔径对射孔套管抗外挤强度的降低效果最为显著。

拧扣钳传动系统封闭安装条件的计算方法

提出了一种满足封闭齿轮安装条件的简易计算方法,优化了齿轮封闭安装的条件。通过分析拧扣钳的传动原理,推导了四齿轮内啮合和外啮合封闭曲线与齿距的关系,通过利用中心距O13的改变来满足设计需求的方法,并通过Matlab软件进行了计算,并对计算结果进行了分析。此计算方法能够快速得出结论,较以往计算结果范围更广、避免漏解,大大缩短了设计计算时间,其结果不仅能满足设计液压大钳开口齿轮的开口设计,也能快速满足其他设计结构的要求。

BT135VRE页岩气开发专用套管性能研究

与常规油气开采相比,页岩气开采多为大斜度和水平井,完井射孔多达20段以上,同时套管在井下还要受到反复的拉、压、挤等交变载荷,下井深、井下温度高,工况条件苛刻。针对以上问题,设计并开发了BT135VRE高钢级页岩气开采专用套管,同时对其理化性能、组织、热稳定性、常温抗挤毁性能、高温抗挤毁性能进行了研究。结果表明,在900℃淬火+670℃回火的热处理工艺下,BT135VRE屈服强度≥965 MPa,0℃横向冲击吸收功≥100 J,高强度下匹配高的韧性,同时材料在高温下还具有良好的热稳定性和高温抗挤毁性能,满足复杂工况条件下页岩气开采需求。

深层页岩油气用抗非均质载荷套管开发和性能评价

针对深层页岩油和页岩气开采特点及服役条件,开发出BG125HC高强度抗非均质载荷套管,并对其力学性能进行了测试。结果表明,BG125HC高强度抗非均质载荷套管冲击功不小于名义屈服强度值的10%(Akv≥YS_(min)/10),150℃下屈服强度降低5.9%;压溃强度超出API标准要求37%;抗剪切变形能力较Q125钢级套管提高17%。BG125HC高强度抗非均质载荷套管适用于深层页岩油和页岩气资源规模开发。

88.9mm套管电缆传输燃气动力补贴技术研究及应用

在油田开发的中后期油气田增产作业过程中,由于地质因素等造成油气井套管损坏,套管损坏制约着油气井正常生产,甚至可能导致井筒溢流等严重后果,及时有效地封堵加固受损套管,是保证油气井正常生产的重要技术手段。研究并设计了88.9 mm(3.5″)套管电缆传输燃气动力补贴工具。介绍了燃气动力补贴工具的原理和技术特点,借助有限元模拟对膨胀锥和锚定结构及工具参数进行了优化设计,并完成了地面试验和该技术及工艺的现场应用,补贴后全井筒试压50 MPa,稳压10min,压降0.7 MPa。现场应用表明:该工具设计合理,首次使用电缆传输便取得了成功。

连续管与套管摩擦磨损规律研究

通过摩擦磨损试验和硬度试验测定了连续管的摩擦因数、磨损系数和硬度值,通过白光干涉三维形貌仪、光学显微镜和扫描电镜对磨损区域进行表征,得到了表面的磨损形式。基于试验所得磨损系数建立了连续管与套管的Archard磨损模型,利用有限元软件计算分析了正压力、往复距离、往复次数对连续管摩擦磨损的影响。研究结果表明,连续管与套管在干摩擦条件下摩擦因数约为0.3534,磨损形式主要为磨粒磨损,沿摩擦方向的亚表层区域出现塑性变形;CT90连续管的布氏硬度值约为233 N·mm^(-2),磨损系数为6.897×10^(-6);随着法向正压力及相对滑动距离的增大,连续管磨损逐渐增大,且基本呈线性增长。

特殊螺纹接头上扣模拟与扭矩计算

油套管特殊螺纹接头上扣扭矩曲线形状受摩擦因数、螺纹直径、螺纹锥度和密封面直径等偏差组合的影响,基于Python语言开发了Abaqus特殊螺纹接头有限元分析模块,可以对螺纹接头进行上扣直至拧接屈服过程的高效有限元仿真,根据上扣扭矩曲线模型对结果进行积分,求取上扣扭矩并绘制扭矩曲线。根据不同接头表面处理、螺纹脂型号,结合实际试验对摩擦因数进行曲线校正,在实际应用中具有很高的可操作性与准确性,所开发的有限元分析模块具有易于继承与扩展升级的特点,方便引入到不同结构形式的螺纹接头中。

井下应急封隔器结构设计及胶筒坐封效果评价

为应对海洋钻井过程出现的高压溢流和井涌风险,设计了一种井下应急封隔器装置,在内外胶筒间添加金属骨架提高其坐封强度。为评估井下应急封隔器的坐封效果,利用有限元方法建立井下应急封隔器模型,模拟了封隔器的坐封过程,并对比了金属骨架对胶筒接触应力、坐封效果的影响。结果表明:20 MPa坐封压力下,胶筒与套管接触应力达到12.1 MPa,封隔器能够封堵20 MPa井下溢流;添加金属骨架后,胶筒峰值应力、变形均显著降低,坐封能力大幅提升。所设计的井下应急封隔器装置可实现高压溢流、井涌的有效封堵,保障平台作业安全。

高钢级套管复合载荷试验堵头焊接工艺研究

为了确保高钢级特殊螺纹套管在复合载荷试验过程中试样与堵头焊接的可靠性,分析高钢级特殊螺纹套管堵头材料的焊接性能,选择合适的焊材及焊接结构,制定高钢级特殊螺纹套管复合载荷试验堵头焊接工艺,采用2种焊条进行多层多道焊接并进行焊前预热、焊后热处理的工艺能有效提高焊缝强度及韧性。实践表明,制定的焊接工艺能够保证堵头焊接的连接强度,可满足API RP 5C5—2017规定的高钢级特殊螺纹套管CAL IV级复合载荷试验要求。