深井试油管柱力学分析及其应用
石油工程岩石力学期末考试PPT整理之简答题
石油工程岩石力学PPT整理之简答题 （3*10=30分） 1.岩石力学的发展历史分为哪几个阶段？请简述一下每个阶段的特点。 答：按其发展进程可划分四个阶段： （1）初始阶段（19世纪末-20世纪初） 这是岩石力学的萌芽时期，产生了初步理论，以解决岩体开挖的力学计算问题。 （2）经验理论阶段（20世纪初-20世纪30年代）该阶段出现了根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。（3）经典理论阶段（20世纪30年代-20世纪60年代）这是岩石力学学科形成的重要阶段，弹性力学和塑性力学被引入到岩石力学，确立了一些经典计算公式，形成围岩和支护共同作用的理论。 岩石力学发展到该阶段已经成为一门独立的学科。 在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。 （4）现代发展阶段（20世纪60年代-现在） 此阶段是岩石力学理论和实践的新进展阶段，其主要特点是，用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息
技术等方面的最新成果引入到岩石力学。而电子计算机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、数值方法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石力学与工程中的应用也提供了可能。 2.简述岩石力学的研究内容。 答：(1)岩石的变形特征;(2)岩体的变形与强度;(3)岩石的强度理论;(4)地应力的测量方法;(5)岩体力学的工程应用. 3.请简述岩石的蠕变及其机理。 答：岩石的蠕变：岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。 岩石蠕变机理：化学键理论、破裂理论、摩擦理论、晶体缺陷理论 4.岩石蠕变可分为哪几个阶段？ 答：(1)瞬时变形（2)初始蠕变或阻尼蠕变(3)稳态蠕变或等速蠕变(4)加速蠕变。 5.为精确描述岩石复杂的蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，这些基本单元有哪些？ 答：这些基本单元有弹性元件（弹簧）、粘性元件（阻尼器）和塑形元件（摩擦块）。 6.岩石力学的性质有哪些？请简明阐述一下。 答：根据岩石的应力-应变-时间关系，可将力学性质划分为弹性、塑性、黏性。（弹性是指在一定的应力范围内，物体
管柱力学
第一章管柱结构及力学分析 1.1水平井修井管柱结构 1.1.1修井作业的常见类型 修井作业的类型很多，包括井筒清理类的、打捞落物类的、套管修补类的。 1）井筒清理类 （1）冲砂作业。 （2）酸化解堵作业。 （3）刮削套管作业。 2）打捞类 （1）简单打捞作业。 （2）解卡打捞作业。 （3）倒扣打捞作业。 （4）磨铣打捞作业。 （5）切割打捞作业。 3）套管修补类 （1）套管补接。 （2）套管补贴。 （3）套管整形。 （4）套管侧钻。 在各种修井作业中，打捞作业约占2/3以上。井下落物种类繁多、形态各异，归纳起来主要有管类落物、杆类落物、绳类落物、井下仪器工具类落物和小零部件类落物。1.1.2修井作业的管柱结构 1）冲砂：前端接扶正器和冲砂喷头。
图1 冲砂管柱结构2）打捞：直接打捞，下常规打捞工具。 图2 打捞管柱结构3）解卡：水平段需下增力器和锚定器。 图3 解卡管柱结构
4）倒扣：水平段需下螺杆钻具和锚定器。 图4 倒扣管柱结构5）磨铣：水平段需下螺杆钻具、锚定器和铣锥。 图5 磨铣管柱结构6）酸化：分段酸化需下封隔器。 图6 分段酸化管柱结构
1.1.3刚性工具入井的几何条件 在水平井打捞施工中，经常使用到大直径、长度较大的工具，工具能否顺利通过造斜率较大的井段是关系到施工的成败关键，对刚性工具，如果工具过长或工具支径过大，工具通过最大曲率处将发生干涉。 对于简单的圆柱形工具，从图7可以得出工具通过最大曲率井段的极限几何关系为： 22)d 2/D R (2)/D (R 2L +--+= 式中：L —工具长度；R —曲率半径；D —套管直径；d —工具直径。 图7 简单工具入井极限几何关系 图8 刚性工具串入井极限几何关系 对于复杂外形的工具或刚性工具串，从图8可以得出工具通过最大曲率井段的极限几何关系为： 222212)2 d 2d 2D R ()2D R ()2d 2d 2D R ()2D (R L ++--++++--+ = 式中：L —工具长度；R —曲率半径；D —套管直径；d —工具中部直径；d 1—工具上端直径；d 2—工具下端直径。 1.2修井管柱力学分析 1.2.1修井管柱工况分析 1）修井作业管柱受力类型 （1）上提或下放作业。 上提下放过程中，管柱可能受到的力有：套管压力、油管压力、大钩拉力、重力、浮力、接触反力、摩擦力、抽吸作用力、惯性力。
储层岩石力学概述
储层岩石力学概述 发表时间：2019-09-11T14:30:47.063Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王祥程 [导读] 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。 成都理工大学能源学院 610059 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。深入了解研究岩石力学的性质和相关参数对于工程上的开发具有十分重要的作用。 关键词：岩石力学；石油工程；研究方法 1. 岩石力学的概述 岩石包括组成岩石的固体骨架、孔隙、裂缝以及其中的流体，因此岩石力学往往会应用到弹性力学、塑性力学、流体力学、渗流力学等力学学科的诸多理论方法。岩石的性质几乎牵涉到所有力学分支，岩石力学的研究是各种力学理论的综合运用。不同岩石力学问题的研究，可能包括瞬时变形运动，也可能包含与地质演化时间相关的长期变形运动。 岩石力学是力学的一部分。岩石材料赋存于地下，其力学性质难于直接测试和观察，而若将其取至地面进行测试则岩石的力学性质往往发生了较大的变化，加之岩石中的流体存在于裂隙或孔隙之中，与岩石骨架相互作用，使岩石的受力情况更加复杂。 2.岩石力学的研究方法 岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。岩石具有特殊的固体介质力学特性，这个特殊的力学性质与它所处的环境有关，如天然岩石所处应力状态一般称为岩石的初始应力状态。在岩石受到工程活动扰动后，岩体的应力出现了变化，这时岩石所处的应力状态称为次生应力状态。此时将岩石力学和工程地质相结合进行研究是十分重要和必要的。对于节理岩体，特别需要了解岩体结构面的分布、网络特性、岩体结构类型，才能进行岩体的数值模拟和分析。 一般而言，岩石力学的研究方法可分为如下四大类： (1)地质研究方法：对岩体进行地质方面的研究始终是岩石力学研究的基础，在整个岩石工程过程中，地质性质的研究应当列在第一位。①岩石岩相、盐层特征的研究，如软弱岩体的成分、可溶盐类、含水蚀变矿物、不抗风化岩体成分以及原生结构。②岩体结构的地质特性研究，如断续结构面的几何特征、岩体力学特征、软弱面的充填物及地质特性。③赋存地质环境的研究，如地应力的成因、地下水分布与化学特征以及地质构造对环境的影响。 (2)物理力学研究方法：①岩体结构的探测，应用地球物理化学方法和技术来探查各种结构面的力学特征和化学特征。②地质环境的物理性质分析与测量，如地应力的形成机制及分布、地质环境中热力与水力存在的性状、水化学的分布特征，应用大规模地质构造层析技术、地质雷达探测技术确定岩体构造。③岩体物理力学性质的测定，如岩块力学特性的室内试验、原位岩体的力学性质测试、钻孔测试、工程变形监测、位移反分析等。主要运用的手段是基于震动的动态测试，如超声波测试、地震波测试、电磁波测试、计算机层析方法(CT)测试。这些测试利用岩体的波动特性，来研究岩体的力学特性。 (3)数学力学分析方法：岩石力学的研究，除了以上地质方法、物理力学方法的研究外，还要进行数学力学方法研究，从而构成岩石力学的理论基础，包括：①岩石本构关系的研究-对岩石进行宏观到细观甚至微观的力学特性研究。②数值分析方法。由于计算机计算性能的发展，岩石力学的数值分析方法得到了大力发展。在数值分析方法方面，由岩体连续力学发展到非连续力学，出现了离散元法(DEN)和不连续变形分析法(DDA)、流形法(BEM)、无单元法(EFM)和快速拉格朗日法(FLAC)。③多元统计和随机分析。这两种方法可以深人地研究因岩体介质的随机分布特性而造成传统方法难以解决的问题。④物理和数值模拟仿真分析。 (4)整体综合分析法：就整个工程进行多种分析的方法，并以系统工程为基础的综合分析。 3.石油工程岩石力学研究对象及特点 石油工程岩石力学所研究的，所涉及的地层深度大多在8000m范围内，研究对象主要是沉积岩层，岩石处于较高的围压、温度和孔院压力作用下其性质已完全不同于浅部地层，它可能经过脆-塑性转变成塑性，也可能由于高孔院压力的作用呈现脆性破坏。 (1)石油工程岩石力学所涉及的围压可达200MPa。非均匀的原地应力场形成了地层之间的围压，若垂向应力源于地层自重，那么应力梯度平均为0.023MPa/m，多数地区最大水平应力往往大于垂向应力，且两个水平地应力梯度的比值通常达到1.4~1.5以上。在山前构造带地区，不但地应力梯度高，最大和最小水平地应力的比值也很大。因此在研究地应力分布规律(包括数值大小及主方向)时，主要依靠水力压裂、岩石剩磁分析、地震和构造资料反演、测井资料解释等间接方法。 (2)石油工程岩石力学所涉及的温度可达250℃。一般的地温梯度是3℃/100m，高的可超过4℃/100m，具体的地温梯度往往需要实际测定。当温度超过150℃后，温度对岩石性质的影响将变得十分明显。 (3)石油工程岩石力学中所涉及到的孔隙和裂隙中的高压流体的孔隙压力可高达200MPa.一般情况下，常规的静水孔隙压力梯度为 0.00981MPa/m,但是异常高压可超过0.02MPa/m。 4.结束语 岩石力学是一门十分重要的，它涉及到了工程领域的各个行业。因此，正确理解学习岩石力学的理论知识以及探究其影响等具有十分重要的意义。 参考文献 [1]王路,徐亮,王瑞琮.岩石力学在石油工程中的应用[J].石化技术,2017, 24(3)：157-157. [2]陈勉.我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用[J].岩石力学与工程学报,2003,23(14)：2455-2462. [3]杨永明,鞠杨,刘红彬,etal.孔隙结构特征及其对岩石力学性能的影响[J].岩石力学与工程学报,2009,28(10)：2031-2038. [4]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16)：2882-2888. [5]陈德光,田军,王治中,etal.钻井岩石力学特性预测及应用系统的开发[J].石油钻采工艺,1995,17(5)：012-16. [6]王大勋,刘洪,韩松,etal.深部岩石力学与深井钻井技术研究[J].钻采工艺,2006,29(3)：6-10. [7]阎铁.深部井眼岩石力学分析及应用[D].2001. [8]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16):2882-2888.
管柱力学
学科前沿油气井杆管柱力学结课报告 学院：车辆与能源学院 专业：石油与天然气工程 学生姓名：李欣 学号：S130******** 指导教师：李子丰教授
研究油气井内的杆管柱力学问题。首先由美国 A Lubinski 于1951年开始研究，李子丰于1996年出版《油气井杆管柱力学》（石油工业出版社），2008年趋于完善《油气井杆管柱力学及应用》（石油工业出版社）。主要内容为：油气井杆管柱及其在井下的运动状态、油气井杆管柱的载荷和失效方式，油气井杆管柱动力学基本方程及其在分析油气井杆管柱的稳定性、杆管柱的稳态拉力和扭矩、钻柱振动、下部钻具三维力学分析与井眼轨道预测、有杆泵抽油系统参数诊断与预测、热采井管柱力学分析和固井等方面的应用。 真理是世界上最珍贵的信仰，为了这一信仰，科研道路上涌现出了一批批坚定不移的科学家，他们用自己的执著和智慧为世人点亮了一盏盏明灯。燕山大学的李子丰教授就这样一位执著追求、甘于奉献的学者。自从事石油事业以来，李子丰教授十年如一日地辛勤工作，把自己的青春和热血都奉献给了祖国的石油事业，同时也对哲学和物理学领域的基本难题进行了深入不懈的研究。 如果说，科学研究是发现真理的舞台，那么，李子丰教授就是这舞台闪烁的明星，他身上体现出的一种为真理而献身的执著精神和勇敢正直的人格，不愧为我们当代年轻人学习的楷模。 结合石油工程科学和技术发展的需要，李子丰创立了有特色的油气井杆管柱力学理论体系。该理论体系主要包括：油气井杆管柱动力学基本方程；斜直井段杆管柱稳定性力学分析的数学模型；油气井杆管柱的稳态拉力——扭矩模型；试油管柱力学分析的数学模型；压裂管柱力学分析的数学模型；定向井有杆泵抽油系统动态参数诊断与仿真的数学模型；钻柱纵向振动、扭转振动、纵向与扭转耦合振动的数学模型；下部钻具三维力学分析的数学模型；热采井套管柱力学分析的数学模型及预膨胀固井技术；割缝筛管力学分析的数学模型。如今，依据这些理论模型所编写的软件，已经广泛地应用于我国石油钻采作业中。 同时，上述研究成果基本上都是国家“八五”重点科技攻关项目石油水平井钻井成套技术、国家“九五”重点科技攻关项目侧钻水平井钻井采油配套技术和“863”项目海底大位移井井眼轨道控制技术的研究内容，不但在理论上取得了较大进步，在经济上也获得了巨大的效益，赢得了国内外石油工程界和力学界的一致好评。 油气井杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作,在各种力的作用下, 处于十分复杂的变形和运动状态。对油气井杆管柱进行系统的、准确的力学分析, 可以达到如下目的: (1) 快速、准确、经济地控制油气井的井眼轨道; (2) 准确地校核各种杆管柱的强度, 优化杆管柱设计; (3) 优化油气井井眼轨道;
石油工程岩石力学-绪论(定稿)
第一节：绪论 一、教学目的：通过《岩石力学》课程介绍，揭示课程在石油工程中的重要性，引导学生对该课程的兴趣，认识岩石力学研究对象的特点及其与其它力学课程的联系及差异。 二、基本要求： 1、了解内容： ?《岩石力学》学科的研究意义 ?《岩石力学》学科的发展历史及发展现状 ?《岩石力学》学科的研究内容及研究方法 2、掌握内容： ?岩石力学的定义 ?岩石的定义及分类 ?岩石力学研究对象的特点（岩石力学与弹性力学等力学学科的差异） ?不连续性 ?非均质性 ?各向异性 ?渗透性 ?赋存环境（地应力-初始应力、温度、压力、油气水） 3、介绍课程的学习目的及基本要求 三、课程内容： 1、岩石力学的研究意义 1 首先，来源于生产实践，生产实践也是岩石力学发展的推动力 岩石力学的发生与发展与其它学科一样，是与人类的生产活动紧密相关的。早在远古时代，我们的祖先就在洞穴中繁衍生息，并利用岩石做工具和武器，出现过“石器时代”。公元前2700年左右，古代埃及的劳动人民修建了金字塔。公元前6世纪，巴比伦人在山区修建了“空中花园”。公元前613-591年我国人民在安徽淠河上修建了历史上第一座拦河坝。公元前256-251年，在四川岷江修建了都江堰水利工程。公元前254年左右（秦昭王时代）开始出钻探技术。公元前218年在广西开凿了沟通长江和珠江水系的灵渠，筑有砌石分水堰。公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。在20世纪初，我国
杰出的工程师詹天佑先生主持建成了北京-张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道。在修建这些工程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方面的基本知识。 2 岩石力学在国民经济建设中有广泛的应用 目前国际上已建和正建的大坝，最大高度超过300m，地下洞室的最大开挖跨度超过50m，矿山开采深度超过4000m，边坡垂直高度达1000m，石油开采深度超过9000m，深部核废料处理需要考虑的时间效应至少为1万年，研究地壳形变涉及的深度达50-60km，温度在1000oC以上，时间效应为几百万年。今后，随着能源、交通、环保、国防等事业的发展，更为复杂、巨大的岩石工程将日益增多。 3 不重视岩石力学研究将造成工程事故 国际上有许多工程由于对岩石力学缺乏足够的研究，而造成工程事故。其中最著名的是法国马尔帕塞（Malpasset）拱坝垮坝及意大利瓦依昂（Vajont）工程的大滑坡。 马尔帕塞薄拱坝，坝高60m，坝基为片麻岩，1959年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑动，造成溃坝惨剧，400余人丧生。瓦依昂双曲拱坝，坝高261.6米，坝基为断裂十分发育的灰岩。1963年大坝上游左岸山体发生大滑坡，约有2.7-3.0亿立米的岩体突然下塌，水库中有5000万立米的水被挤出，击起250米高的巨大水浪，高150米的洪波溢过坝顶，死亡3000余人。近年来，虽然岩石力学得到突飞猛进的发展，但与岩体失稳有关的大坝崩溃，边坡滑动，矿山瓦斯爆炸，围岩地下水灾害等惨剧仍时有发生。诸如此类的工程实例，都充分说明能否安全经济地进行工程建设，在很大程度上取决于人们是否能够运用近代岩石力学的原理和方法去解决工程上的问题。当前世界上正建和拟建的一些巨型工程及与地学有关的重大项目都把岩石力学作为主要研究对象。 4 岩石力学在石油工程中的重要应用 ●井壁稳定性分析 ●水力压裂 ●出砂预测 ●地层可钻性预测钻头优选 ●定向射孔 ●套管损坏机理 ●地面沉降 ●…… 四岩石力学的发展历史、现状及，面临的挑战 1、形成历史 ●1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。
连续油管作业
连续油管（Coiled tubing）是用低碳合金钢制作的管材，有很好的绕性，又称绕性油管，一卷连续油管长几千米。可以代替常规油管进行很多作业，连续油管作业设备具有带压作业、连续起下的特点，设备体积小，作业周期快，成本低。 连续油管源于二十世纪40年代第二次世界大战期间盟军的“PLUTO”。该计划是盟军在英国和法国之间铺设了一条穿越英吉利海峡、总长近49000m的海底输油管道。这条输油管道共由23条管线组成，其中就用到内径为76. 2mm、对缝焊接而成的连续钢管。1962年，美国加里福尼亚石油(California Oil)公司和波温石油工具(Bowen Oil Tools)公司联合研制了第一台连续油管轻便修井装置，所用连续油管外径为33. 4mm，主要用于墨西哥海湾油、气井的冲砂洗并作业。在连续油管诞生30周年后，它的价值才真正被人们所认识，到二十世纪90年代，连续油管技术得到了突飞猛进的发展。连续油管作业装置已被誉为“万能作业机”，广泛应用于油气田修井、钻井、完井、测井等作业，贯穿了油气开采的全过程。 至1993年底，全世界在用的连续油管作业机数量己达561台，连续油管的年消耗量达426万米，连续油管的最大作业深度达 7125m，大直径的连续油管不断问世。1990年，外径为50. 8mm的连续油管投入完井作业;1992年1月，外径为60. 3mm的连续油管问世;1993年，外径为88. 9mm的连续油管已用于深井试油;1994年，连续油管的最大直径己达114. 3mm。
如今，连续油管作业已涉及钻井、完井、试油、采油、修井和集输等多个作业领域。1992年初，美国石油学会开始编制“连续油管作业和应用”作为API的推荐作法，规范连续油管的工程、设计、制造、配套、安装、试验及操作。 目前，世界上几大主要连续油管与连续油管作业机的制造厂商几乎都集中在美国。连续油管制造厂家有精密油管技术公司(Precision Tube Technology)、优质油管公司(QualityTubing Inc)和西南管材公司(Southwesten Pipe Inc)三大连续油管制造公司。连续油管作业设备制造厂家有Hydra Rig(1991年与Drexel公司合并)、双S公司、Otis和加拿大的皇冠公司等连续油管作业机制造公司（欧洲还有少量连续油管设备制造公司）。国内目前宝鸡石油钢管厂在生产连续油管，已经在很多油田大量使用。 在美国普拉德霍湾油田西部作业区，每年使用连续油管作业超过1000井次，其中包括油井打捞、清洗、安装可膨胀式封隔器和桥塞、挤注水泥、测井、注氮举升和喷射泵操作等作业。在北海Magnus 油田，1990年连续油管仅用于注氮举升作业，到了1993年，该油田的连续油管作业项目己扩展到诸如负压射孔和过油管射孔、磨铣积垢、打水泥塞封堵层段及封堵报废井、洗井等七种项目，作业项目比1990年增加了7倍，作业次数仅1991年就是1990年的4倍。 1991年1月，法国Elf公司在巴黎盆地用连续油管对现有一口直井进行第二次钻井加深试验成功。同年，美国Oryx公司在得克萨
连续油管焊接
金属焊接大作业（2013-2014学年第一学期）学院 石油工程学院 专业班级储运11101班 学生姓名戚本杨 学号/序号201100961 / 28
目录 第一节：连续油管性质 (3) 第二节:油管焊前准备 (4) 第三节：焊接方法选用 (6) 第四节：焊接工艺特点 (7) 第五节：焊接技术要求 (9) 第六节：油管焊接过程 (11) 第七节：油管焊接应用与发展 (13)
连续油管焊接 摘要：连续油管焊接技术作为20世纪90年代国外大力研究和发展起来的热门钻井技术之一，是石油天然气勘探开发中一项具有广泛应用价值的先进技术。在连续油管技术的生产应用中,管体失效、损伤等情况出现时，都需要采用焊接方法解决。于用螺纹连接下井的定尺常规而言的，一般几百米至几千米，又称为挠性油管、蛇形管或盘管。 连续油管的管一管现场对接焊技术是连续油管技术中不可或缺的关键技术之一。国外对于连续油管生产应用中的焊接核心技术严密封锁，现有的国外可供参考的连续油管焊接文献很少。国外连续油管生产和应用中可能采用活性气体保护焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊等焊接方法。本文主要介绍油管的焊接方法，工艺，以及应用。 Abstract:the coiled tubing welding technology to study abroad in the 1990 s and developed one of the hot drilling technology, is a widely used in oil and gas exploration and development of a value of advanced technology. In the production of coiled tubing technology applications, the tube body failure, the circumstance such as damage occurs, all need welding method is used to solve. Under with threaded connections from the perspective of the scale of conventional Wells, generally a few hundred meters to thousands of meters, also known as flexible tubing, coil, or coil. Coiled tubing at the scene of the （一）连续油管性质 连续油管是一种单根长度达几千米并可反复弯曲、实现多次塑性变形的连续油管 新型石油管材。连续油管主要用于油阳修井、测井、钻井、完井等作业，也可作为管线管应用于质井场或海洋的油气输送。由于连续油管作业的多样性、快捷性和可靠性，连续油管是连续油管作业中的关键部件，由于在作业中要反复弯曲变形，并承受井下高温、高压和腐蚀介质、固体流体介质的冲蚀，以及拉、压、扭、弯等复合载荷作用，对其性能和质量要求高，制造技术难度大。被称作“万能作业机”。在国外特别是美国、加拿大等国家。连续油管已成为油田作业中必不可少的石油装备连续油管的概念最早起源于第二次世界大战时期，当时盟军为实现快速敷设海上油管线，将一根根短管通过焊接方式对接起来并缠绕在滚筒上．可在海上快速打开，用于燃油供给。 1962年，美国加利福尼亚石油公司和Bowen公司研制出了世界上第一台连续油
连续油管疲劳寿命分析方法研究
Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2019, 41(5), 21-24 Published Online October 2019 in Hans. /journal/jogt https:///10.12677/jogt.2019.415072 Study on Fatigue Life Analysis Method of Coiled Tubing Zhongjian Yi, Jing Li, Wei Nie, Hongbao Tang, Rongrui Jia, Jixian Yang Downhole Operation Branch, Bohai Drilling Engineering Company, CNPC, Renqiu Hebei Received: Apr. 5th, 2019; accepted: May 25th, 2019; published: Oct. 15th, 2019 Abstract In this paper, the failure classification of coiled tubing was introduced according to different damage modes and damage forms, and the commonly used fatigue life analysis methods of coiled tubing are described. The life prediction models based on Miner linear accumulation theory, strain parameter criterion and three-parameter power function energy method were mainly in-troduced. Finally, based on the above fatigue life analysis method, the development trend and re-search direction of modern life prediction model are proposed. Keywords Coiled Tubing, Fatigue Life, Prediction Model
深井APR测试管柱的力学分析与强度评定
大庆石油学院学报第26卷 第1期 2002年3月J OURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTE Vol .26 No .1 Mar . 2002 收稿日期:2001-01-15;审稿人:刘巨保 作者简介:刘 恩(1954-),男,硕士,工程师,主要从事管柱力学方面的研究.深井APR 测试管柱的力学分析与强度评定 刘 恩1 ,王瑞凤1 ,冯 宇2 ,李 艳3 ,董振刚 4 (1.大庆石油学院石油机械系,黑龙江安达 151400; 2.大庆油田有限责任公司第二采油厂,黑龙江大庆 163052; 3.大庆石油管理局试油试采公司,黑龙江大庆 163411; 4.大庆石油管理局电泵公司,黑龙江大庆 163041) 摘 要:建立了深井APR 测试管柱的力学模型,采用接触间隙元理论方法对深井APR 测试管柱进行了力学分析,给出了管柱各点(包括螺纹)应力和强度评定条件,为预测管柱的强度和安全评定提供了重要的理论依据.该方法在5.5km 的深井中得到应用,悬重误差为3.23%. 关 键 词:深井;测试管柱;力学分析;有限元法;间隙元理论;强度评定 中图分类号:TE821 文献标识码:A 文章编号:1000-1891(2002)01-0068-04 0 引言 深井测试管柱时,当井深超过5km ,管柱轴向拉力、外挤力或内胀压力都比较大,容易造成管柱断裂事故.在下放或作业工况中,为保证施工安全,必须对其强度做出比较准确的评估和预测.在深井中管柱 受力比较复杂,除了要考虑管柱的自身重力、液体压力(包括浮力)外,因井眼较深,井眼轴线不可能是理想直线,管柱与井壁可能产生接触,还要考虑管柱与井壁间的接触力、摩擦力;管柱外液体挤压力很大,可能会挤毁管柱,为了平衡较大的外挤力,管柱内腔要加一定高度的液垫压力. 深井测试管柱往往是由外加厚油管、测井仪器和压力计等各种配件组成.强度计算时主要是考虑油管的强度,包括油管接箍丝扣部分的强度与无丝扣的光杆部分的强度,两者计算方法不同,丝扣部分应考虑扣根的应力集中影响.笔者用间隙元理论编制了测试管柱力学分析与强度评定的大型计算机软件 . 图1 深井直井APR 测试管柱力学分析模型 1 深井测试管柱三维静力学分析的力学模型 一般深井井眼不是理想的直井,总是有一定的井斜存在.假设井眼轴线为一条任意曲率的空间螺旋线,管柱与井壁发生随机接触,采用多向接触摩擦间隙元来描述.取从井口到井底整个测试管柱作为力学分析的研究对象,见图1,并假设[1,2]: (1)井眼是圆形的,井壁是刚性的,井眼直径随井深可任意变化.(2)管柱的结构可以是任意变化的,包括几何尺寸和长度,附件安装位置均可随意变化.(3)深井测试管柱是可变形的弹性体,变形前的管柱轴线与井眼轴线重合,管柱与井壁之间有初始间隙,变形后管柱与井壁之间沿井深某些位置在井眼圆周某一方向可能发生接触,管柱在接触点处将受到接触反力和摩擦阻力的作用.忽略各种动态因素的影响. 2 深井测试管柱力学分析的间隙元理论方法 深井测试管柱与井壁的接触问题是多向随机接触非线性力学问题[2,3],采用非线性有限元理论来解
《石油工程岩石力学》教学大纲(刘向君)
《石油工程岩石力学》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程英文名称：Rock Mechanics for Petroleum Engineering 2、课程类别：专业选修课程 3、课程学时：总学时 32 ，实验学时：4 4、学分：2 5、先修课程：工程力学、地质学、石油工程专业课程 6、适用专业：石油工程 7、大纲执笔：石油工程教研室刘向君 8、大纲审批：石油工程学院学术委员会 9、制定(修订)时间：2006-11 二、课程的目的与任务 《石油工程岩石力学》课程是石油工程专业的一门应用基础课程，是石油工程专业改革与建设的产物。随着国内外油气田开发难度的加大，我国石油天然气工业迫切要求石油工程高等教育能够迅速提供大量思想素质高、知识面宽、基本功扎实、适应能力强和具有开拓创新能力的专业技术人才。因此，《石油工程岩石力学》课程也是应石油工业新形势而诞生的一门课程。 本课程强调理论与实践相结合，旨在培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生掌握分析及解决石油工程相关方面一般性问题的基础理论知识，为学生在其今后的工程实践方面，提供一定的启发和帮助。 三、课程的基本要求 为了达到该门课程的目的，就需要学生通过对该门课程的学习，不仅能够了解岩石力学的相关基础理论，而且应该具备应用岩石力学解决相关工程技术问题的意识。为此，要求： 1、掌握岩石力学的基本概念、基本理论、方法和原理； 2、岩石力学的基本研究内容与研究方法； 3、对常见工程问题如井壁稳定性等有个基本了解； 4、初步具备综合分析和应用岩石力学分析解决相关工程技术问题的能力。 四、教学内容、要求及学时分配 （一）理论教学 绪论（1学时） 建立岩石力学的概念、岩石力学研究对象的特殊性、石油工程岩石力学研究对象的特点，了解岩石力学在石油与天然气勘探开发中的重要作用，增强学生工程意识，激励学生学习该课程的积极性。 第一章岩石的分类及性质（2学时）
管柱力学大作业参考2
一 、工程背景 压裂过程中,井下管柱要承受自重、内压、外压、各种效应力、粘滞摩阻力、套管支承反力、弯矩和锚定、坐封力等多种载荷的联合作用。施工泵压、排量、流体性质的改变,将直接引起管柱内、外温度和压力变化,势必导致封隔器油管柱受力和变形发生变化,从而进一步影响到油管的强度和封隔器的密封效果,在高温高压深井、超深井作业中,这样的矛盾尤为尖锐和突出。所以,压裂过程中的管柱受力已经成为影响压裂施工成败的关键因素之一。 本文对简化后的回接压裂油管的受力变形进行了分析。略去封隔器上端水力锚的影响、忽略油套环空压力的变化（▽p o =0）、忽略粘滞摩阻力、忽略回接插头与回接筒的阻力。 二 、回接的压裂油管基本效应的力学模型建立 1 活塞效应 由油管内外压力引起的对油管的作用力称为活塞力，相应由油管柱内外压力的变化引起油管的伸长或缩短的这种现象叫做活塞效应。 如图1-a 所示（油管的内径等于密封管的外径），p o 为环空压力，p i 为油管压力，A o 、A i 各为油管内外径截面积，A p 为密封管的内腔截面积。 因此有： 向上的力： )()('1p i i i o o A A p A A p F -+-= 向下的力： ) (''1p i i A A p F -= 假设向下的力为正， 向上的力为负。 则活塞力为： ' 1''11F F F -= )(01o i A A P F --= 假设油管伸长为正，缩短为负。 由胡克定律可得，活塞力引起的油管伸长或缩短为： P o P i P i P o Ap Ao Ai Ap Ai Ao 1-a 1-b 图1
s EA L F L 11= ? 式 1 式中： L —— 油管的原始长度； E —— 油管的材料性能参数，205GPa ； A s —— 油管的横截面积，A s =A o -A i. 2 膨胀效应 当油管内有内压时， 油管内压会作用在油管内壁上，使油管直径增大，管柱将缩短，这种现象叫做正膨胀效应，反之，称为反膨胀效应。 由于油管柱内、外流体的变化，是油管发生膨胀效应，若用管柱受力的变换来表示膨胀效应，其公式[1]为： ) (6.0)(6.0oa o ia i p A p A F ?-?≈? 当管内流体流动而管外流体不流动时，其管柱由于膨胀效应引起的长度变换 ?L 2[1] 为： L R R E L R R E L os is o i 1212212 22 222-?-?--+-?-?-=?ρρμδμμ ρρμ R —— 油管外径与内径的比值； i ρ? —— 油管中流体密度的变化； o ρ? —— 环空流体密度的变化； is p ? —— 井口处油压的变化； os p ? —— 井口处环形空间压力的变化； δ —— 流动引起的单位长度上的压力降，（向下流动为正）。 因本文中忽略流体密度的变化、流动引起的压力降及认为环空压力不变，因此上式简化为： L R E L is 122 2-?- =?ρμ 式2 3 螺旋屈曲效应 由于压力不仅沿管柱垂直作用于封隔器处的密封管和油管上，同时也水平作用于整个油管的壁面上。当密封管处的活塞力大于管柱发生弯曲的临界力时，油管就会发生螺旋屈曲。螺旋屈曲分为：弹性螺旋屈曲（弯曲力去除之后，管柱恢复直线状态）和永久性螺旋屈曲（弯曲力去除之后，管柱仍保持螺旋屈曲状态）。本文分析的是弹性螺旋屈曲。 由螺旋屈曲引起管柱的纵向缩短长度是?L 3 [1]: E I q F r L 82 23- =? 式3
2010年西南石油大学博士研究生入学考试试题(石油工程岩石力学)
2010年西南石油大学博士研究生入学考试试题 （石油工程岩石力学）（180分钟） 一、名词解释（10分，任选5题，每题2分） 1、岩石各向异性 2、岩石泊松比 3、岩石韧度 4、岩石蠕度 5、岩石可钻性 6、地层破裂压力 7、泥浆密度窗口 8、压力敏感性地层 二、简述题（40分） 1、岩石力学研究在油气井钻井工程和油气田开采工程中有哪些 具体的应用？（5分） 2、获取岩石力学参数有哪些方法？（10分） 3、影响岩石力学性质的因素有哪些？（5分） 4、岩石力学参数中，哪两个参数是独立的变量（其他岩石力学参 数均可由这两个参数计算推导）？（2分） 5、通常情况下，杨氏模量E>剪切模量G.>体积模量K>，抗压强 度SC>抗剪强度SST>抗张（拉）强度ST，对吗？（3分）6、岩石力学参数有动、静态之分，如何由测井资料计算静态岩石 力学参数？（5分）
7、 抗压强度是一个常用的岩石力学参数，有单轴和三轴抗压强度之分，这两个参数是怎么来的？其数值大小上有什么关系？（5分） 8、 什么是岩石的本构关系（方程）？岩石的本构关系一般有几种类型？（5分） 三、 综述题（25分） 1、 获取地应力的大小和方向有哪些方法？叙述Kaiser 声发射法测试地应力的原理？该法测量的地应力一般对应水平方向的地应力吗？（15分） 2、 水力压裂缝高度预测中需要知道岩石破裂压力外，还需要哪些岩石力学参数？（5分） 3、 判断油气井出砂时，除生产压差这个参数外，还可用哪些岩石力学参数？（5分） 四、 综合计算与分析题（25分） 1、 根据摩尔-库伦准则在SH>SV>Sh 的前提下，推出直井井壁坍塌压力计算公式为BP= [] ，)/()1(2)3(22Yita K K Pp Aerf K C Sh SH Yita +-??+??--?? 已知井深3000-3010米泥质砂岩层的Pp=35MPa ，SH=70 MPa ，Sh=40 MPa ，C=25 MPa ，Yita=0.95，?=30ο，K=Ctg(45-?/2)，Aerf=0.25，泊松比μ=0.26，请利用此公式计算该深度段井壁地层的坍塌压力为多少MPa ？（10分） 2、通常描述岩石破坏有三大强度准则（破坏判断），即摩尔-库伦
连续油管到底是什么
连续油管到底是什么 连续油管（Coiled tubing）是用低碳合金钢制作的管材，有很好的绕性，又称绕性油管，一卷连续油管长几千米。可以代替常规油管进行很多作业，连续油管作业设备具有带压作业、连续起下的特点，设备体积小，作业周期快，成本低。 连续油管源于二十世纪40年代第二次世界大战期间盟军的“PLUTO”。该计划是盟军在英国和法国之间铺设了一条穿越英吉利海峡、总长近49000m的海底输油管道。这条输油管道共由23条管线组成，其中就用到内径为76. 2mm、对缝焊接而成的连续钢管。1962年，美国加里福尼亚石油(California Oil)公司和波温石油工具(Bowen Oil Tools)公司联合研制了第一台连续油管轻便修井装置，所用连续油管外径为33. 4mm，主要用于墨西哥海湾油、气井的冲砂洗并作业。在连续油管诞生30周年后，它的价值才真正被人们所认识，到二十世纪90年代，连续油管技术得到了突飞猛进的发展。连续油管作业装置已被誉为“万能作业机”，广泛应用于油气田修井、钻井、完井、测井等作业，贯穿了油气开采的全过程。 至1993年底，全世界在用的连续油管作业机数量己达561台，连续油管的年消耗量达426万米，连续油管的最大作业深度达7125m，大直径的连续油管不断问世。1990年，外径为50. 8mm的连续油管投入完井作业;1992年1月，外径为60. 3mm的连续油管问世;1993年，外径为88. 9mm的连续油管已用于深井试油;1994年，连续油管的最大直径己达114. 3mm。 如今，连续油管作业已涉及钻井、完井、试油、采油、修井和集输等多个作业领域。1992年初，美国石油学会开始编制“连续油管作业和应用”作为API的推荐作法，规范连续油管的工程、设计、制造、配套、安装、试验及操作。 目前，世界上几大主要连续油管与连续油管作业机的制造厂商几乎都集中在美国。连续油管制造厂家有精密油管技术公司(Precision Tube Technology)、优质油管公司(QualityTubing Inc)和西南管材公司(Southwesten Pipe Inc)三大连 续油管制造公司。连续油管作业设备制造厂家有Hydra Rig(1991年与Drexel 公司合并)、双S公司、Otis和加拿大的皇冠公司等连续油管作业机制造公司（欧洲还有少量连续油管设备制造公司）。国内目前宝鸡石油钢管厂在生产连续油管，已经在很多油田大量使用。 在美国普拉德霍湾油田西部作业区，每年使用连续油管作业超过1000井次，其中包括油井打捞、清洗、安装可膨胀式封隔器和桥塞、挤注水泥、测井、注氮举升和喷射泵操作等作业。在北海Magnus油田，1990年连续油管仅用于注氮举升作业，到了1993年，该油田的连续油管作业项目己扩展到诸如负压射孔和过油管射孔、磨铣积垢、打水泥塞封堵层段及封堵报废井、洗井等七种项目，作业项目比1990年增加了7倍，作业次数仅1991年就是1990年的4倍。 1991年1月，法国Elf公司在巴黎盆地用连续油管对现有一口直井进行第二次钻井加深试验成功。同年，美国Oryx公司在得克萨斯用连续油管侧钻水平井试验成功。至1993年，全世界共用连续油管打出37口试验井，其中41%是侧钻水平井，27%为垂直加深井，32%是新钻井。1995年，Ensco公司在荷兰东部Dalen气田采用连续油管欠平衡钻井工艺钻水平井获得成功。1992年后期，在普拉德霍湾油田西部作业区，开创了连续油管可缠绕式气举完井作业的先例。1992年，一根长为1524m、外径为88. 9mm的连续油管被安装在路易斯安那州的水深为23m的近海油田用作输送管线。到目前为止，作为生产油管的连续
最新石油工程岩石力学期末考试PPT整理之简答题
最新石油工程岩石力学期末考试PPT整理之简答题 （3*10=30分） 1.岩石力学的发展历史分为哪几个阶段？请简述一下每个阶段的特点. 答：按其发展进程可划分四个阶段： （1）初始阶段（19世纪末-20世纪初） 这是岩石力学的萌芽时期，产生了初步理论，以解决岩体开挖的力学计算问题. （2）经验理论阶段（20世纪初-20世纪30年代）该阶段出现了根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题. （3）经典理论阶段（20世纪30年代-20世纪60年代）这是岩石力学学科形成的重要阶段，弹性力学和塑性力学被引入到岩石力学，确立了一些经典计算公式，形成围岩和支护共同作用的理论. 岩石力学发展到该阶段已经成为一门独立的学科. 在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派. （4）现代发展阶段（20世纪60年代-现在） 此阶段是岩石力学理论和实践的新进展阶段，其主要特点是，用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息
技术等方面的最新成果引入到岩石力学.而电子计算机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、数值方法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石力学与工程中的应用也提供了可能. 2.简述岩石力学的研究内容. 答：(1)岩石的变形特征;(2)岩体的变形与强度;(3)岩石的强度理论;(4)地应力的测量方法;(5)岩体力学的工程应用. 3.请简述岩石的蠕变及其机理. 答：岩石的蠕变：岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象. 岩石蠕变机理：化学键理论、破裂理论、摩擦理论、晶体缺陷理论 4.岩石蠕变可分为哪几个阶段？ 答：(1)瞬时变形（2)初始蠕变或阻尼蠕变(3)稳态蠕变或等速蠕变(4)加速蠕变. 5.为精确描述岩石复杂的蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，这些基本单元有哪些？ 答：这些基本单元有弹性元件（弹簧）、粘性元件（阻尼器）和塑形元件（摩擦块）. 6.岩石力学的性质有哪些？请简明阐述一下. 答：根据岩石的应力-应变-时间关系，可将力学性质划分为弹性、塑性、黏性.（弹性是指在一定的应力范围内，物体受