水泥环缺失下套管抗爆破强度研究

为了解决油田钻井过程中套管因受内压发生爆破、严重影响钻井工作效率的问题,针对套管-水泥环局部缺失-地层系统,运用ANSYS有限元分析软件研究了套管抗内压初始爆破强度,即套管任意一点的Mises应力刚好达到套管材料的抗拉极限强度时套管内壁面上施加的内压值。研究了水泥环不同周向缺失量和5种地层围压组合下对6种壁厚的无磨损套管抗内压初始爆破强度的影响,并预测了套管的抗内压初始爆破强度。研究结果表明,对于套管-水泥环局部缺失-地层系统,当水泥环缺失量不大时,套管的外壁最先达到抗拉极限强度;当水泥环缺失量大于某一个值时,套管的内壁最先达到抗拉极限强度。     

含腐蚀缺陷管道剩余强度的有限元法分析

采用有限元数值计算方法分析了腐蚀坑交互作用对管道剩余强度的影响，结果表明，对于轴向排列的两上蚀坑，其交互作用随蚀坑间距增大而减小，当蚀坑间距小于最小蚀坑轴向长度的两倍时，管道腐蚀剩余强度评价时应考虑交互作用的影响，当蚀坑间距大于最小蚀坑轴向长度的两倍时，管道腐蚀剩余强度评价时只需考虑最严重的腐蚀坑，对于环向排列的两个蚀坑，当仅有内压载荷时，不发生交互作用，只需依据最严重的腐蚀坑计算管道腐蚀剩余强度。     

超深井蠕变地层套管强度及其影响因素研究

由于盐膏层岩石具有蠕变特性,导致盐膏层钻井、完井工艺复杂,造成井下套管损坏率高;本文采用岩石模拟伯格斯模型,研究了非均匀地应力下蠕变地层套管径向应力、最大等效应力和套管安全系数的分布规律,并在此基础上系统地研究了地层弹性模量和泊松比、水泥环模量和泊松比、非均匀载荷系数、内压等工程和地质因素对套管应力和载荷的影响规律,为蠕变地层中套管强度计算提供理论依据。     

压力容器内表面蚀坑-裂纹应力强度因子数值模拟

压力容器在服役过程中会产生多种结构损伤,其中最主要的缺陷为受到装载物质腐蚀而形成的点蚀坑,因蚀坑位置应力集中而生成裂纹,再由裂纹扩展造成容器破裂泄漏。应力强度因子作为表征裂纹的重要参数,在工程中被广泛运用于判别机械结构的安全性与可靠性。为此,参考双参数蚀坑-裂纹模型,利用ANSYS有限元软件探讨了存在蚀坑-裂纹的情况下裂纹名义应力强度因子的变化规律。结果表明:蚀坑-裂纹的存在促进了裂纹名义应力强度因子增大,但随着蚀坑-裂纹间距增大,促进效果呈递减趋势直至归于平稳;蚀坑参数、裂纹长深比对应力强度因子的影响作用存在着明显的区间效应。研究成果对蚀坑-裂纹压力容器的失效评估问题具有借鉴作用。     

考虑应变软化厚壁圆筒受外压作用统一极限解

为了解混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的承载特性,根据俞茂宏的统一强度理论,考虑材料的应变软化特性,得到了适合应变软化材料的统一强度准则,并据此推导出了混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的弹性与塑性极限荷载公式.还详细讨论了厚壁圆筒外半径与内半径比、反映中间主剪应力作用以及相应面上的正应力作用对材料破坏影响程度的系数、材料的拉压强度比以及损伤参量等对圆筒极限荷载的影响,得到了一些可供工程设计参考的重要结果.     

海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测

腐蚀是引起海底管道破坏失效的重要原因之一,对海底管道腐蚀量进行测量和预测,是保证管道安全的重要组成部分。根据ASME B31G,推导了均匀腐蚀和局部腐蚀同时发生时海底管道的极限内压计算公式。将局部腐蚀简化为沿轴向分布的矩形缺陷,利用灰色模型分别预测管道内的均匀腐蚀和局部腐蚀,并根据预测结果计算出管道的极限内压和剩余寿命。鉴于局部腐蚀对管道强度的作用机理比较复杂,只分析了沿轴向分布的两个局部腐蚀对极限内压的影响,对于腐蚀宽度、环向分布以及多个腐蚀坑相互影响等更复杂的情况尚需开展深入研究。     

螺旋焊管与直缝焊管裂纹断裂分析

根据最大位应力理论,分析了焊管在受内压及裂余应力的作用下,焊缝区Ⅰ／Ⅱ混合型裂纹开裂角θ０与裂纹角β的关系,并分析限具有不同裂纹缺陷时,螺旋管与直缝管的断裂破坏强度。     

非均匀地应力条件下注水井泄压对套管受力的影响分析

注水井泄压导致套管损坏的现象在油田生产过程中时有发生,特别在非均匀地应力场和井眼几何形状不规则的情况下,套管柱承受的应力集中效应更为显著。为了分析非均匀地应力场注水井泄压过程套管应力的变化,采用有限元方法模拟计算了不同地应力场分布、椭圆水泥环不同弹性模量和泊松比以及不同椭圆度条件下的套管von Mises应力变化。结果表明:地应力差值变化对泄压水井套管应力不存在影响;椭圆水泥环弹性模量增加,水井泄压时套管所受的von Mises应力最大值减小,而泊松比增加,水井泄压时套管所受的von Mises应力最大值增大;水泥环椭圆度增加,套管上的von Mises应力最大值增大。     

内压作用下的磨损套管外壁应力变化规律研究

针对月牙形磨损套管,运用ANSYS有限元分析软件,研究了磨损套管外壁的应力变化规律,包括磨损套管外壁最大MISES应力出现的位置、磨损处外壁应力（周向应力和MISES应力）随磨损深度的变化以及钻杆接头半径对爆破强度的影响。研究结果表明,磨损套管外壁的爆破点位于剩余壁厚最薄处;当内压力一定时,随着磨损深度的增加,周向应力和MISES应力的变化曲线呈现先下降后上升的趋势;在爆破状态下,钻杆接头半径的大小变化对磨损套管外壁壁厚最薄处的MISES应力基本没有影响。[     

含H_2S/CO_2气田油套管腐蚀与防护技术

基于对国内外近几年对含H2S/CO2气田腐蚀最新研究成果的总结,阐述了该类气田的腐蚀概念和腐蚀特征,列举了含H2S/CO2气田油套管通常发生的四种腐蚀类型,包括失重腐蚀、硫化物应力开裂、氢致开裂和应力腐蚀开裂,分析了各种腐蚀的主要影响因素。指出含H2S/CO2气田油套管的腐蚀是由多种腐蚀介质导致的综合腐蚀,在高温高压环境下,多种因素强烈的交互作用使高酸性气田的腐蚀机理和过程变得异常复杂。提出了几种具有发展前景的防腐措施。     

工程结构蚀坑的腐蚀疲劳裂纹起始寿命预测

为了研究腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的本质及预测腐蚀疲劳裂纹起始寿命,采用双参数模型描述点蚀坑形貌,并基于三维有限元模型分析不同点蚀坑形貌下的应力集中情况。基于此,分析了蚀坑深度、深径比及位置等参数对蚀坑不同位置应力集中的影响规律。依据腐蚀疲劳现象学观点,建立了三维双参数点蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生评估模型,分析不同蚀坑形貌下腐蚀疲劳裂纹萌生的临界值。研究表明:控制腐蚀疲劳裂纹萌生的条件主要为蚀坑深度和蚀坑形状;萌生于蚀坑处不同位置的腐蚀疲劳裂纹的临界值均可采用蚀坑临界深度值表示。所建模型的有效性和合理性得到了有效验证,为工程实际中遭受腐蚀疲劳损伤结构的腐蚀疲劳起始寿命预测提供了一种可行性方法。     

酸蚀裂缝导流能力数值模型研究

酸蚀裂缝导流能力的计算对于酸压方案优化及压后产能评估有着非常重要的作用。采用裂缝面离散化思想,将裂缝面法向变形过程离散为有限个微凸体法向应变的集合作用,从而反映酸蚀裂缝在闭合应力作用下的变形过程;考虑裂缝内流体非达西流动的影响,建立了裂缝导流能力数值计算模型,可描述裂缝内压力及流场分布。通过计算分析表明:在闭合应力作用下,裂缝闭合前后流场分布发生较大差异,且闭合应力越大,导流能力下降越快;当裂缝内处于高速非达西流动时,裂缝的导流能力将大大降低,流体向井筒流动过程中消耗大量能量,使得地层压力下降更快。     

薄壁石油套管铣削加工有限元分析

用有限元模拟方法研究了薄壁套管在铣削加工过程中的固有频率;用谐响应分析的方法研究了在共振频率内铣削加工时薄壁套管所受到的应力及变形;用瞬态动力学方法分析了薄壁套管在铣刀走刀过程中的铣削力位移变化。研究表明,薄壁石油套管的铣削加工需要专用工装夹具以及特殊装夹方法,且铣削参数的选取应尽量避免在共振频率区域内;走刀过程中薄壁套管的最大位移、最大应力均满足材料强度及铣削加工精度要求。     

潜孔冲击器活塞的有限元动态仿真模拟分析

利用有限元软件ANSYS LS-DYNA对SRHD55B型潜孔冲击器活塞进行动态仿真模拟,分析活塞冲击末速度和圆角半径对活塞应力应变的影响及其变化规律.研究表明,活塞最大应力应变节点位于活塞外表面的小径圆角过渡部位,沿着活塞中心孔半径方向,越靠近内表面,应力值越小,且在外表面应力应变下降的速度最快;由于活塞外表面应力、应变的快速变化,使其结构较为脆弱,导致活塞容易发生断裂;活塞小径圆角过渡部位的圆角半径对应力集中产生较大影响,即活塞小径圆角过渡部位最大应力、应变值随着圆角半径的增大而减小,尤其是圆角半径由16mm增加到17mm时,应力、应变减小趋势最大.     

热应力及外压影响下长输管道固定墩推力有限元计算分析

建立固定墩附近直管线热应力及结构力学模型,根据西气东输二线的现场资料,应用Ansys有限元分析软件,计算管道在上覆压力、管道内输气压力及管线内温度作用,管线在固定墩处的应力及应变的大小,分析热应力及外压管线应力及固定墩推力的大小分布。结果表明,管道在地层均匀地应力变化不大及管道正常输送油气时,外挤载荷作用对管线的应力影响较小;管线内温度变化时,造成管线产生了较大的热应力及并在固定墩处产生较大的推力;在弯头附近直管应布置固定墩外,在直管段可以按照一定的距离布置固定墩,以减小管线局部集中应力及轴向变形位移。     

在高温及均匀内压作用下球罐的蠕变分析

本文对高温、均匀内压作用下球罐的蠕变变形和应力进行了探讨.根据塑性条件及单向拉伸蠕变试验的数据,导出了稳定蠕变阶段受压球罐的应力、应变及直径扩大量的理论公式,且对不计蠕变变形和考虑蠕变变形时球罐的承载能力进行了计算和比较.     

产汽冷凝器换热管泄漏原因分析

对开裂换热管进行了腐蚀坑电镜形貌和能谱分析,结合换热管裂纹形态及腐蚀机理分析结果 ,得出了换热器泄漏是由缝隙腐蚀引起的应力腐蚀开裂的结论 .     

高酸性条件下点腐蚀深度对L360管道性能的影响

普光高含硫天然气田在地面系统中采用湿气集输的工艺,碳钢管道面临H_2S/CO_2及元素硫共存等苛刻运行条件下的点腐蚀问题。为了定量评价点腐蚀缺陷对管道力学性能的影响,在实验室制备了固定点腐蚀密度条件下,不同点腐蚀深度的腐蚀试样,在模拟工况下开展了点腐蚀深度对腐蚀损伤管道抗拉强度、屈服强度以及抗应力腐蚀开裂、抗氢致开裂等性能的影响试验。结果表明:点腐蚀试样的屈服强度、抗拉强度、弹性模量及延伸率随点腐蚀深度的增加而减小,且试样由无腐蚀变为有点腐蚀时前述各项参数急剧减小;点腐蚀试样的冲击功和裂纹尖端应力场强度因子均随点腐蚀深度增大呈现指数下降趋势。     

管道最大腐蚀坑深的极值统计方法及软件研制

四川输气管道的腐蚀坑深分布符合Gumbel第一类概率分布规律,利用计算机进行数据处理,计算出管道可能存在的最大蚀坑深度。研制出的"最大腐蚀坑深预测软件",消除了用概率纸作图的弊端,所得数值具有唯一性,可信度高。以四川某输气管道的开挖检测数据为例,利用"最大腐蚀坑深预测软件"计算出可能存在的最大蚀坑,并将预测结果同该输气管道的漏磁检测数据及修补时的验证结果进行了对比。     

某海底混输管道局部腐蚀原因

为了分析某海底混输管道外壁严重腐蚀的原因,采用宏观形貌观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试、能谱分析及X射线衍射等手段对切割的2.2 km外壁严重腐蚀管段进行深入研究。结果表明:海底管道外壁呈现不均匀局部腐蚀形态,腐蚀方式以点蚀为主,局部伴有较深蚀坑;海底管道局部腐蚀原因是防水帽失效,使海水进入保温层,海水沿防腐层破损处渗入后与钢管表面直接接触,而钢基体中的硫化物夹杂为点蚀诱发源,由海水中的Cl-诱发并加速点蚀,部分点蚀向钢基体内部及周围扩展形成较深的蚀坑;海底管道局部腐蚀发生与发展的机理为自催化效应和氧浓差腐蚀电池,防水帽内侧盐分的浓缩进一步加剧了腐蚀进程,而防水帽对阴极保护电流有屏蔽作用,形成了封闭的腐蚀环境,使局部腐蚀难以控制。研究结果对于加强海底管道运行管理,保障海上油气田安全生产及提高开发效率具有重要意义。