钻柱腐蚀疲劳寿命评价和影响因素分析

油气钻井过程中钻柱受力复杂,容易发生断裂情况,根据现场情况评价钻柱腐蚀疲劳寿命可以为钻柱安全使用提供依据。从现场实用角度,通过轴向力、循环应力和疲劳极限的计算,对比了基于疲劳系数、寿命百分数和旋转计数的钻柱疲劳评价方法,并考虑了腐蚀的影响。分析结果表明,当在严重狗腿度的井段钻进时,弯曲应力和屈曲增加将加快钻柱疲劳失效;当对应的机械钻速降低、转速增加时,钻柱的剩余使用寿命将进一步降低;当发生较严重的腐蚀时,钻柱剩余使用寿命将迅速降低。在高抗拉井段和狗腿度变化大的井段的钻柱应定期倒换使用,以保障现场钻具安全规范使用。

稠油水驱注采管柱极限寿命预测与安全管控

国内部分稠油油田长期注水造成管柱存在完整性问题,目前主要使用的N80、J55碳钢材质油管腐蚀后剩余强度难以满足需要,管柱穿孔、断裂时有发生。为了确定注采井管柱更换时机,基于CO_(2)腐蚀预测与O_(2)腐蚀预测模型,建立了注采井油套管腐蚀预测方法,选取渤海某油田注采井验证了计算方法的适用性与可靠性;参考API 5C3,建立了管柱考虑腐蚀的强度计算方法,在此基础上得到油套管极限寿命预测方法;最后分别对渤海区域的实例采井开展了实例应用,并提出了管控建议。研究结果显示:注水井腐蚀预测结果试验数据平均误差为5.27%,采油井腐蚀预测结果与实测数据平均误差为11.37%,具备较好的适用性;同时确定了实例注水井安全服役时长和溶解氧质量分数安全控制值。研究成果有效指导了稠油水驱井换管柱时机、注水水质合理控制,可为“老井延寿”、注采井安全高效生产提供理论支撑。

基于灰色理论的储气库管柱剩余寿命预测研究

储气库在天然气的运输和储存方面发挥着不可替代的作用。针对储气库管柱腐蚀变量众多、关系复杂,且获取数据样本困难等问题,提出了基于灰色理论的储气库管柱剩余使用寿命预测方法。首先,结合灰色理论,设计了一种可动态更新建模数据的GM(1,1)(Grey Model)模型。其次,通过中石油某地下储气库中C5井中管柱剩余壁厚的样本数据集,建立了储气库管柱定量腐蚀剩余寿命预测模型,统计预测模型的平均相对误差,并与监测数据、最小二乘预测法进行比较。结果表明:基于灰色理论的预测方法平均相对误差为0.27%,模型预测达到一级精度,可作为预测储气库管柱安全性的一种新方式。最后,使用Matlab进行软件界面设计,开发储气库管柱剩余寿命预测软件,更加直观、快捷地实现其剩余寿命定量预测,最大限度地延长管柱乃至整个储气库的寿命。

四川盆地超深高含硫气田井下管柱完整性设计理念与方法

四川盆地天然气“气大庆”建设过程中气井面临高温高压、H_(2)S/CO_(2)强腐蚀环境、管柱强度衰减等诸多技术挑战,管柱腐蚀穿孔、开裂等井下管柱完整性失效事件时有发生。为此,针对现有管柱腐蚀速率测试方法在井下精细流动模拟以及腐蚀环境设计上的不足,使用自研高温高压多相流动态循环腐蚀实验装置,综合考虑多种腐蚀介质下的酸性环境设计方法,还原了井下管柱的服役环境,对比了不同生产阶段腐蚀速率;并基于DCB实验,提出了高温高压强腐蚀环境下管柱断裂韧性的测试方法及管柱强度校核模型;最后,以四川盆地X井为例,得到了管材剩余服役年限与优化建议。研究结果表明:①对腐蚀环境与井下流动的精细化模拟,还原了不同服役阶段的腐蚀速率与特征,保证了腐蚀速率测定的准确性;②气井生产后期积水阶段管材平均腐蚀速率远大于生产初期携水阶段,且积水阶段点蚀现象极为严重,易造成管柱腐蚀穿孔甚至开裂;③C110管材的断裂韧性衰减严重,平均衰减比例达41.37%,必须针对应力腐蚀开裂现象开展管材DCB实验及强度校核;④在管柱服役寿命预测时,需综合考虑均匀腐蚀、点蚀及磨损对管柱强度的衰减作用,校核结果应满足安全服役的要求。结论认为,四川盆地超深高含硫气田是盆地天然气稳产、上产的主要对象,保障其安全高效开发对于四川盆地天然气“气大庆”建设具有重要现实意义,提出的井下管柱完整性设计理念及方法可为超深高含硫气田井下管柱完整性设计提供参考和借鉴。

储气库含裂纹缺陷井筒寿命可靠性预测方法研究

为了探究地下储气库井筒管柱裂纹缺陷对井筒寿命的影响,采用随机裂纹扩展融合概率密度演化法(Probability Density Evolution Method,PDEM)模型对含裂纹缺陷井筒进行寿命可靠性预测。通过修正后的裂纹特征向量,采用总变差减小(Total Variation Diminishing,TVD)差分格式求解出特征值概率密度函数,可得到其疲劳寿命可靠性,研究不同裂纹长度和井筒内压下,井筒管柱裂纹处最大应力和应力强度因子K的变化规律,并对其模型预测进行性能分析。结果表明:概率密度演化法得到的井筒裂纹尺寸曲线与Monte Carlo法的结果吻合性良好,且概率密度演化法计算简单、精度高,模型预测误差率在11%以内;最大应力及应力强度因子K随着井筒压力、裂纹长度的增加而增大,当最大应力超过材料屈服强度350 MPa后,则增长趋势逐渐减缓直至趋于平稳。

分层注水管柱的改进及应用

针对空心分层配水管柱工作寿命短 ,作业换封频繁的现象 ,通过对原分层注水管柱结构及井下工作状况的分析 ,对分层注水管柱的结构及配套工具进行了改进 ,经改进设计后的锚定支撑式分层注水管柱在现场实践中证明密封性能好、使用寿命明显提高 。

基于可靠性理论的钻柱疲劳寿命预测

钻井过程中极易发生钻柱疲劳失效事故,不仅影响钻进速度,而且大大降低了钻井效益,因此准确预测钻柱的疲劳寿命,对于提高钻柱的安全可靠性、减少钻井事故的发生具有重要意义。根据钻柱疲劳裂纹的扩展与钻柱的应力状态有关,首先对钻柱进行了应力状态分析,并进行了等效应力合成。在应力分析的基础上,结合可靠性理论,确定了影响钻柱疲劳裂纹寿命的随机性参数:钻压、转盘转速以及疲劳裂纹初始长度。结合Form an模型建立了钻柱I、III复合型疲劳裂纹扩展速率的计算模型。算例分析表明,该模型能够计算相应可靠度下钻柱疲劳裂纹的循环寿命,且计算结果与现场钻柱的使用寿命比较接近,能够满足现场钻井工程的精度要求。该模型具有一定的实用性,为钻柱疲劳寿命的准确预测提供了理论依据。

油管寿命的可靠性分析

油管的损坏是多种随机因素综合作用的结果，是造成抽油井检泵的主要原因之一。通过大庆油田采油一厂1986～1996年各井油管损坏的实际资料和数据以及现场统计调查，建立了3．5mm单根油管和油管柱的寿命统计模型，由此模型用数理统计方法对油管和油管柱的寿命分布规律进行了讨论，指出油管和油管柱的失效寿命分别服从威布尔分布和指数分布，得到了油管的失效规律。经程序计算可知，同种规格的油管柱寿命约为单根油管寿命的二分之一。

钻柱失效机理分析

阐明了定向钻井过程中 ,钻柱由于弯曲交变循环应力而造成的疲劳损伤是可以积累的 ,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。对钻柱进行了动载力学分析和疲劳寿命预测 ,提出了相应的计算模型 ,可以计算钻柱组合中任意钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤 ,预测使用寿命。

抽油系统机采参数优化设计软件

为明确机采参数对抽油系统效率和杆柱寿命的影响,采用正交试验方法,以井下效率评价抽油系统效率,以杆柱应力幅评价杆柱寿命,在VB 6.0平台下编制软件,实现机采参数优化设计。研究结果表明,所编制的软件能准确计算杆柱应力,可有效评价井下效率、杆管接触及杆柱屈曲行为,实现以井下效率和杆柱应力幅为目标的机采参数优化。胜利油田桩西采油厂多口井的应用结果表明,对抽油系统机采参数进行优化设计后,这些井的平均效率由优化前的45.15%上升至47.35%,杆柱平均寿命延长17.89%,节省了作业成本,增加了经济效益。

钻柱使用寿命的不确定性分析

针对钻井过程中经常发生的钻柱失效问题,从材料疲劳寿命、腐蚀环境、现场使用情况等方面综合阐述了钻柱使用寿命的不确定性,认为现有的计算模型不能准确预测钻柱的使用寿命,解决问题的出路在于了解钻柱的使用环境,尽量减少钻柱腐蚀和消除钻柱振动。

石油套管钻井中套管柱疲劳寿命实验研究

根据相似原理,在对比例试件进行多轴疲劳实验的基础上,采用Von Mises等效应力准则进行等效转换和修正,获得了石油套管管体疲劳寿命的预测模型;按照API SPEC STD 5B标准,将J55钢圆棒材料加工为偏梯形螺纹的牙型缺口试件,通过多轴疲劳实验和回归分析,获得了基于应力和应变的两参数和三参数模型以及类Manson-Coffin模型,可用来预测套管钻井螺纹接头的疲劳寿命;同时,还获得了预测误差在20%以内的石油套管钻井中套管柱疲劳寿命的预测方法。

支撑式可洗井封隔器分层注水管柱

目前采用的分层注水管柱(空心配水管柱)寿命短,作业换封频繁,锚定式注水管柱易卡在井内。经分析,采用支撑式可洗井封隔器、空心配水器、补偿器和安全接头组成的新型注水管柱,可有效解决上述问题。这种新型注水管柱在13口井上进行了试验,施工成功率达100％,平均有效期达256d,最长的已达468d,相应的油井累计增油4270t,降水5783m^3,在一定程度上缓解了层间差异造成的注采矛盾。

钻柱在扭转、纵向振动下的疲劳寿命估算

鉴于目前钻柱的疲劳寿命估算多是以单一裂纹理论为基础,不能很好地反映钻柱扭转和纵向振动的共同作用.根据复合型裂纹扩展理论和断裂力学方法,以及钻柱在生产和应用中的表面线性裂纹现象,提出了钻柱在扭转、纵向振动下的疲劳寿命计算模型.应用实例表明,该模型计算方法简单,便于工程应用.

高产曲井油管柱疲劳试验及疲劳寿命分析

针对高产曲井油管柱在生产过程中高速流体诱发其振动产生的疲劳失效问题,建立了油管柱动力学模型并求解得到交变应力响应,再结合管材S-N曲线和Miner线性累积损伤理论,形成高产曲井油管柱疲劳寿命分析方法。开展疲劳试验测定油管材料13Cr-L80的S-N曲线,且考虑试件表面质量、加载类型、应力集中和加工尺寸的影响对S-N曲线进行了修正。以南海西部某气田为例,分析了两口典型曲井(水平井和定向井)管柱在不同产量、不同管柱尺寸下的疲劳寿命。研究结果表明:产量越大,管柱疲劳寿命越短,水平井管柱达到油气藏年限(20 a)的临界产量为1.1×10^(6) m^(3)/d,定向井管柱达到油气藏年限的临界产量为4.5×10^(5)m^(3)/d;小尺寸管柱相对于大尺寸管柱更易发生疲劳失效。研究结果可为高产曲井油管柱的设计及现场作业提供有效的分析工具和理论依据。

交变载荷对苏4储气库注采管柱安全性影响研究

随着储气库的注采运行,注采管柱承受周期性的交变载荷。现有注采管柱安全性研究多未能考虑并模拟交变载荷工况。如何解决运行阶段注采管柱的强度校核与设计问题是亟待解决的问题。采用有限元仿真模拟技术,分别建立苏4储气库注采管柱和气密封扣三维模型;按照储气库的实际运行工况加载边界条件,模拟在多个运行周期内注采管柱本体强度和气密封扣的密封性变化;采用塑性应变疲劳理论,研究注采管柱的疲劳寿命。研究发现,在苏4储气库注采工况下,注采管柱强度和密封性能可满足要求;丝扣螺纹的齿根部位易产生塑性累积发生疲劳破坏;注采管柱的疲劳寿命大于注采周期,可满足要求。

尤拉屯高产气井完井管柱振动损伤研究

针对尤拉屯气田典型管柱在生产过程中高速气流诱发的振动问题,展开了管柱振动损伤研究,研究中采用了大型有限元分析软件ANSYS建立高产气井带封隔器油管柱振动的有限元模型。利用该模型对管柱进行了振动分析,分析结果表明:离封隔器越远振动位移、速度和加速度的幅值越大。详细地研究了全井段油管柱的轴向应力变化、屈曲损伤和中和点变化,同时分析了不同位置和不同产量下,屈曲管柱与套管柱的接触压力随时间的变化关系,为管柱摩擦磨损损伤机理的深入研究提供了定量的数据。最后对管柱进行了疲劳寿命预测,为管柱振动损伤预防措施的提出提供了理论基础。

史铁生小说《命若琴弦》的生命哲学思考

史铁生小说《命若琴弦》揭示了极其深刻的生命哲理,即人应始终充满希望,并不断努力为自己的理想而奋斗,要勇敢与命运抗争,并在这一过程中,实现个人存在的价值,找到生存的根本意义。史铁生从人性心灵的视角讲述盲人与命运进行斗争、努力追求人生价值的励志故事,充分突出了其在创作过程中的人文关怀。从生命的悲怆、生命的诗性、生命的希望阐释史铁生小说《命若琴弦》的生命哲学。

套管钻井中套管柱疲劳寿命分析方法

套管钻井中套管柱疲劳寿命分析是进行钻井工程设计的一项重要研究工作。文章对套管柱组合在不同钻压、转速下的动力学问题进行分析的基础上,获得了不同钻井参数下的套管柱应力、应变以及接触应力等参数的变化规律,利用ANSYS软件疲劳寿命分析模块,建立了套管钻井中套管柱的疲劳寿命分析方法,并进行了实例计算。为在套管钻井作业中合理地选择钻具组合和钻井参数提供了理论依据。

连续管

针对国外公司对连续管制造关键技术的长期垄断及技术封锁,中国石油宝鸡石油钢管有限责任公司经过数年技术攻关,掌握了一整套具有自主知识产权的连续管制造关键技术,打破国外垄断,填补国内空白,形成了品种齐全、规格完备、钢级系列化、多种用途的国产连续管产品体系。产品主要包括连续油管(工作管柱)、变壁厚连续管、连续速度管柱、连续管线管4类,经测试其化学成分、力学塑性、抗腐蚀性能等均符合标准要求。