针对准噶尔盆地南缘地区高压高产井高温、高压及高产的特点,在调研井控装置、钻磨工具及地面配套装备的前提下,结合堵塞物特性、井筒胶质物分布状态,开展连续油管钻磨清管工艺研究和方案设计,通过优化钻压、排量等钻磨参数,形成了高温高压高产井连续油管钻磨清管工艺。在高探1井成功应用2次,取得了较好的管柱清理效果。研究成果可为连续油管在类似高压高产油气井中的清管作业提供借鉴。

针对传统经验公式估算连续油管疲劳寿命精度较低的问题,利用MATLAB建立了3层BP神经网络模型,基于该模型预测不同内压作用下连续油管疲劳寿命,分析连续油管疲劳寿命与壁厚的关系。对比预测结果与已有试验数据,结果表明不同内压作用下,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为4.8%,最小相对误差率为0.3%,最大相对误差率为9.4%,随着内压增大连续油管疲劳寿命减少;改变连续油管壁厚,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为1.4%,最小相对误差率为0.6%,最大相对误差率为2.8%,预测精度高于有限元预测结果,说明壁厚增加会延长连续油管疲劳寿命。基于BP神经网络模型预测连续油管疲劳寿命,降低了经验公式估算误差,提高了连续油管疲劳寿命预测精度。

特殊螺纹接头在井下服役时,当开关井、压裂液注入和产气时,因井口装置和井底封隔器的约束及井筒中流体变化的作用,特殊螺纹接头密封面处将会产生滑移。通过有限元法,建立锥面对锥面特殊螺纹接头有限元模型,分析在不同内压与轴向循环载荷作用下,特殊螺纹接头密封面处能量耗散情况。结果表明当接头所受内压一定时,轴向循环载荷幅值越大,密封面处能量耗散值越大,密封面处接触压力降低幅值越大;当接头轴向循环载荷一定时,随着内压的增大,接头密封面处能量耗散值越大,但其接触压力幅值降低越小;随着接头锥度的增加而增加,密封面处能量耗散值增加,接触压力幅值降低越小。因此,在特殊螺纹接头服役过程中应适当增加内压,减少轴向载荷即增加减震装置,并采用锥度较小的特殊螺纹接头。

为研究气密封检测对特殊螺纹油管接头密封性能的影响,通过有限元软件建立了球面-锥面和锥面-锥面两种特殊螺纹接头有限元模型,将接箍左端面固定,油管右端面施加恒定轴向拉力650 kN,内压载荷(55、80、100、110 MPa)施加在油管和接箍的内表面,设置油管与接箍的接触属性,分析了在恒定的轴向拉力和不同内压下,密封面接触压力和等效应力。结果表明:保持轴向拉力不变时,施加55、80、100和110 MPa四种内压载荷,其中内压载荷为110 MPa时,等效应力和接触压力为最大值,且内压大于100 MPa时,最大接触压力增幅减小,最大等效应力增幅增加;当内压由100 MPa增至110 MPa时,球面-锥面和锥面-锥面特殊螺纹接头最大等效应力增幅为1.81%和1.23%,气密封检测对锥面-锥面特殊螺纹接头密封性能影响较小。

为了研究流体流经弯管时管道力学性能的变化情况，以流固耦合振动理论为基础，建立输流弯管有限元模型，利用ANSYS Workbench得到流体作用下管道的应力和变形，并分析了不同流体脉动频率对管道振幅的影响。结果表明：当流体流经弯管时，最大等效应力出现在管道入口上端和出口左端，最大变形出现在管道弯曲段;考虑单向流固耦合作用时管道应力与形变分析结果小于考虑双向流固耦合作用时的分析结果;输流弯管的主要振动形式为横向振动;流速一定时，流体的脉动频率与弯管的固有频率越接近，弯管的振幅越大。

封隔器是最重要的石油工程井下工具之一,为了提高封隔器的性能,将压缩式胶筒与扩张式胶筒组合成组合式密封封隔器。为了了解组合式封隔器胶筒的密封性能,应用ABAQUS有限元软件对双扩张式组合密封封隔器、扩张-压缩式组合密封封隔器胶筒的应力及胶筒与套管之间的接触压力进行了对比分析。分析结果表明,无论是双扩张式组合密封还是扩张-压缩式组合密封,在15MPa的坐封压力下两个密封胶筒都能与套管有效接触,且组合密封胶筒与套管内壁之间的接触压力值比单个密封胶筒的大,因此组合密封封隔器确实可以提高封隔器的密封及封隔效果。其中扩张-压缩式组合密封的密封压差最高,比单一扩张式封隔器高出50%。应适当加强、加厚双扩张式组合封隔器的下胶筒和扩张-压缩式组合密封封隔器的扩张式胶筒,以提高组合密封封隔器胶筒的工作应力。

注采过程中经常出现套管变形事故,套管外围岩的力学参数因注采而发生变化是引发事故的主要原因之一。为准确描述岩石的本构关系以便向套管改进设计及变形分析提供理论支持,以水敏性泥页岩为例,在考虑岩石含水率变化的前提下,建立泥页岩应力增量方程,完善岩石类材料的应力增量关系,修正水敏性泥页岩本构方程,并据此分析含水率对岩石强度的影响规律。研究结果表明：考虑含水率的修正岩石本构模型,可以分别得到加载、中性变载和卸载时泥页岩的本构方程;水敏性泥页岩本构关系的含水率拐点随岩体基本质量级别的提高而增大,质量级别从Ⅴ～Ⅰ的水敏性泥页岩含水率拐点取值范围分别为0、0.01～0.07、0.07～0.14、0.14～0.22和0.22～0.30。

为解决起钻和下钻过程中连续油管因承受多次弯曲载荷作用而影响其疲劳寿命的问题,将连续油管作为弯曲梁,应用梁弯曲变形理论,考虑连续油管的弹塑性变形,推导出滚筒处弯曲连续油管的弯矩和拉力计算公式,以及弹塑性极限弯矩和弹性极限弯曲半径。然后以CT系列连续油管为例进行了算例分析,分别考察不同松弛角度和钢级连续油管的弹塑性极限弯矩以及弹性极限弯曲半径等力学性能,结果表明当松弛角度在45°50°时,连续油管会获得较好的力学性能,钢级越大其力学性能越好。

为了弥补解析计算难以准确预测连续油管疲劳寿命的不足,用ANSYS Workbench有限元分析软件建立了滚筒处的连续油管三维有限元力学分析模型,分析了不同内压作用下连续油管的疲劳寿命,考察了壁厚对连续油管疲劳寿命的影响,并与之前文献通过实验方法得到的结果进行比较。结果表明,不同内压作用下,不同壁厚连续油管疲劳寿命有限元分析结果与实验结果趋势相同,最大误差小于8.46%,平均误差为5.84%-7.04%,满足石油工程10%的精度要求,因此可以使用有限元软件对不同规格、不同工况下的连续油管进行疲劳寿命分析。随着壁厚的增加,连续油管疲劳寿命呈非线性增加,因此增加壁厚是提高连续油管疲劳寿命的有效手段。