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盐岩蠕变特征对井筒形变量的影响规律

西安石油大学学报（自然科学版） 2024年第3期39卷 42-49页

作者：闫炎蔡萌马文海张晓川韩礼红刘永红中国石油集团工程材料研究院有限公司陕西西安710077 中国石油集团大庆油田分公司采油工程研究院黑龙江大庆163458 中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

针对盐岩地层普遍出现的套损现象,借助三轴岩石力学实验对取自川东北油气田某地层段盐岩的蠕变特性进行了实验研究。基于实验结果,构建了可描述盐岩的衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段特征的非定常盐岩蠕变模型,基于该盐岩蠕变模型计算深部... 详细信息

针对盐岩地层普遍出现的套损现象,借助三轴岩石力学实验对取自川东北油气田某地层段盐岩的蠕变特性进行了实验研究。基于实验结果,构建了可描述盐岩的衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段特征的非定常盐岩蠕变模型,基于该盐岩蠕变模型计算深部盐岩地层蠕变过程中井筒径向位移的变化,计算结果显示井筒内压能有效地降低盐岩内壁的蠕变位移,而地层水平主应力和上覆地层压力可增大地层的偏差应力,从而增加盐岩内壁的蠕变位移。为避免盐岩蠕变造成套管变形,在水泥中添加空心陶瓷颗粒可有效降低水泥的弹性模量,使得水泥环能充分吸收地层径向蠕变给井筒系统增加的应变能,进而降低对套管的挤压作用,减小套变风险,形成油气井工程上一种新型套管止变技术方法。

关键词：盐岩蠕变套管变形地层滑移水泥环径向位移

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页岩油气井筒全生命周期完整性技术研究进展

石油管材与仪器 2024年第3期10卷 1-6,I0003,I0004页

作者：杨尚谕闫炎韩礼红曹婧牟易升中国石油集团工程材料研究院有限公司油气钻采输送装备全国重点实验室陕西西安710077

综述了国内外页岩油气开发全生命周期井筒完整性失效的概况。明确了失效形式分为两大类,一是结构完整性失效,即套管产生变形;二是密封完整性失效,即出现环空带压现象。总体来看,我国的页岩气井筒完整性失效问题明显比国外严重,其中套管... 详细信息

综述了国内外页岩油气开发全生命周期井筒完整性失效的概况。明确了失效形式分为两大类,一是结构完整性失效,即套管产生变形;二是密封完整性失效,即出现环空带压现象。总体来看,我国的页岩气井筒完整性失效问题明显比国外严重,其中套管变形问题严重制约了我国页岩气的高效开发。分析了页岩气井筒完整性失效机理,包括压裂前的下套管、注水泥、水泥候凝、分段压裂等多个阶段。分析表明,复杂的地应力条件、地层各向异性、长水平段非均质性、岩性界面、断层和裂缝发育、井眼轨迹质量差、下套管困难等对压裂前套管的原始应力有明显影响。在压裂过程中,套管承受拉压交变载荷、近井地应力场及地层性质动态变化、裂缝非均匀扩展、微断层滑移、套管温度的急剧变化、水泥环出现微环隙或微裂隙等是导致井筒完整性失效的原因。对中国页岩气井套管变形问题而言,以地层滑移的影响最为显著。最后提出了井筒完整性控制方法,包括:井眼轨道优化与轨迹控制、套管钢级与壁厚优选、固井方式优化、水泥浆体系优化、分段分簇及压裂参数优化等,可为我国页岩气井筒完整性失效问题的治理提供参考。

关键词：页岩油气井筒完整性下套管固井多级压裂

非均匀载荷条件下射孔套管抗挤强度的影响规律研究

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石油管材与仪器 2024年第3期10卷 19-24,I0004页

作者：王鹏闫炎张楠邢俊杰韩礼红刘永红中国石油大庆油田有限责任公司采油工艺研究院黑龙江大庆163453 中国石油集团工程材料研究院有限公司油气钻采输送装备全国重点实验室陕西西安710077 中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

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... 详细信息

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。

关键词：射孔套管抗挤强度裂纹有限元

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考虑载荷模拟作用的高压弯头冲蚀数值仿真

润滑与密封 2024年第3期49卷 112-119页

作者：杨思齐樊建春李德宁刘明涛韩礼红王建军杨尚谕李娇中国石油集团工程材料研究院有限公司油气钻采输送装备全国重点实验室陕西西安710076 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油大港油田天津储气库分公司天津300280 中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院辽宁盘锦124010 北京建工环境修复股份有限公司北京100103

在水力压裂过程中,地面高压管汇在管内复杂固液两相流冲击和管体恶劣载荷的耦合作用下,弯头、三通及接头等薄弱部件长期遭受严重的冲蚀磨损,极易导致管件发生断裂破坏,对现场人员及设备构成严重威胁。开展载荷作用下的高压管汇典型材料... 详细信息

在水力压裂过程中,地面高压管汇在管内复杂固液两相流冲击和管体恶劣载荷的耦合作用下,弯头、三通及接头等薄弱部件长期遭受严重的冲蚀磨损,极易导致管件发生断裂破坏,对现场人员及设备构成严重威胁。开展载荷作用下的高压管汇典型材料冲蚀磨损试验,根据试验结果,基于E/CRC冲蚀模型构建一种考虑应力状态影响的新型冲蚀数学模型,所构建的新模型与冲蚀试验数据之间的准确度可达95%以上。采用计算流体力学离散相模型(CFD-DPM),开展高压管汇件冲蚀性能的三维数值模拟,考察高压弯头在不同压裂工况下的冲蚀磨损程度及空间分布情况。结果表明:在固液两相流冲击下,主要冲蚀区位于靠近弯头出口处的弯头外侧,且管件的最大冲蚀率也位于该处;在弯头内侧二次流涡流的影响下,部分颗粒在流经弯头后会在下游直管内侧积聚,从而在这个区域造成次要冲蚀区;随着流动颗粒斯托克斯系数增加,主要冲蚀区面积增大,次要冲蚀区面积减小;此外,在嵌入新型冲蚀数学模型后,可观察到随着操作压力增大,高压管汇弯头部位的冲蚀磨损率明显增加。

关键词：冲蚀磨损载荷作用高压管汇固液两相流数值模拟

激光增材制造钛合金成形件缺陷三维表征与电脉冲修复技术的研究进展

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材料开发与应用 2024年第4期39卷 83-97页

作者：党宁魏晨惠城杨渊雨杨尚谕王建军韩礼红中国石油工程材料研究院油井管与管柱研究所陕西西安710077 宝鸡中燃城市燃气发展有限公司陕西宝鸡721000 中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院陕西西安710000 中国石油西南油气田分公司四川成都610000

增材制造技术具有设计自由度大、无需模具、可近净成形的优点,在航空航天、海洋工程、石油工程等领域有着广阔的应用前景。然而,以钛合金为代表的高强合金由于其热导率低、充型能力差的本征属性,导致激光成形构件易出现气孔、热裂纹、... 详细信息

增材制造技术具有设计自由度大、无需模具、可近净成形的优点,在航空航天、海洋工程、石油工程等领域有着广阔的应用前景。然而,以钛合金为代表的高强合金由于其热导率低、充型能力差的本征属性,导致激光成形构件易出现气孔、热裂纹、冷裂纹等成形缺陷,从而降低其力学性能。近年来,为了深入挖掘成形缺陷形成的微观机理,研究人员研发了多种缺陷的表征技术,并在此基础上开发了缺陷修复技术。本研究从缺陷三维表征和电脉冲修复技术两个角度出发,总结了目前成形缺陷三维无损表征技术和无损修复技术的进展,并对未来激光增材制造成形件的缺陷分析和修复技术进行了展望。

关键词：增材制造成形缺陷三维表征电脉冲处理缺陷修复

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高强度马氏体不锈钢的小能量冲击疲劳行为研究

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石油管材与仪器 2024年第4期10卷 24-30,I0002页

作者：张晓川王景芹王清铎林亮李刚党宁韩礼红中国石油大庆油田有限责任公司采油工艺研究院黑龙江大庆163453 大庆油田井下作业分公司黑龙江大庆163000 中国石油集团工程材料研究院有限公司油气钻采输送装备全国重点实验室陕西西安710077

随着钻具失效的不断发生,越来越多的研究者进行服役工况下钻具失效-断裂行为的机理研究。在服役过程中钻具受到复杂载荷的作用,既有静载荷也有大能量单次冲击载荷和小能量多次冲击载荷,小能量多次冲击载荷会造成材料冲击疲劳。研究了新... 详细信息

随着钻具失效的不断发生,越来越多的研究者进行服役工况下钻具失效-断裂行为的机理研究。在服役过程中钻具受到复杂载荷的作用,既有静载荷也有大能量单次冲击载荷和小能量多次冲击载荷,小能量多次冲击载荷会造成材料冲击疲劳。研究了新型高强度马氏体不锈钢在不同冲击能量下的材料的冲击疲劳失效行为。结果表明,材料的冲击疲劳寿命的影响因素主要是加载的冲击能量,即冲击能量越高材料的冲击疲劳寿命越低,但冲击能量的变化不会改变材料的断裂形式。在疲劳裂纹萌生阶段,冲击能量的提高可使裂纹快速萌生。在疲劳裂纹扩展阶段,冲击载荷作用于裂纹尖端并使裂纹逐渐扩展。最后,建立了裂纹长度a与循环周次N的函数关系,计算了裂纹的扩展速率。

关键词：高强度马氏体不锈钢动态拉伸高应变率冲击疲劳 Paris公式

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不同下套管工艺套管受力及摩阻扭矩预测模型

石油管材与仪器 2024年第4期10卷 36-41,I0002页

作者：张楠徐国民宋立舟罗江浩曹婧韩礼红王建军中国石油大庆油田有限责任公司采油工艺研究院黑龙江大庆163453 中国石油集团工程材料研究院有限公司油气钻采输送装备全国重点实验室陕西西安710077

针对深层油气田开采中水平井位移大、摩阻扭矩大,井眼轨迹及套管柱受力情况复杂的问题,建立理论模型对长水平井下套管摩阻、屈曲进行分析是非常有必要的。利用样条插值函数对测斜数据进行拟合,对套管柱的受力情况进行分析,优选了常规、... 详细信息

针对深层油气田开采中水平井位移大、摩阻扭矩大,井眼轨迹及套管柱受力情况复杂的问题,建立理论模型对长水平井下套管摩阻、屈曲进行分析是非常有必要的。利用样条插值函数对测斜数据进行拟合,对套管柱的受力情况进行分析,优选了常规、旋转和漂浮下套管方式下的三维摩阻扭矩模型,并且分析了钻井液浮力的影响及管柱屈曲对套管柱摩阻计算的影响。大钩载荷、摩阻、最大侧向力模型与软件计算结果准确率达到90%以上,验证了模型的准确性。

关键词：页岩油气下套管工艺摩阻扭矩屈曲

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页岩油气井复杂压裂工况下套管载荷研究

石油管材与仪器 2024年第3期10卷 25-32,I0004页

作者：马文海曹婧黄伟明苏展飞刘向斌韩礼红杨尚谕中国石油大庆油田有限责任公司采油工艺研究院黑龙江大庆163453 中国石油集团工程材料研究院有限公司油气钻采输送装备全国重点实验室陕西西安710077

页岩油气井多级压裂过程中井筒温度变化剧烈及井筒内压频繁交替升降,导致其水平段套管处于复杂的力学环境中,该部位的套管容易出现变形。建立了包括温度效应的套管应力分布有限元模型,计算分析了油气井多级压裂过程中井筒温度变化趋势... 详细信息

页岩油气井多级压裂过程中井筒温度变化剧烈及井筒内压频繁交替升降,导致其水平段套管处于复杂的力学环境中,该部位的套管容易出现变形。建立了包括温度效应的套管应力分布有限元模型,计算分析了油气井多级压裂过程中井筒温度变化趋势及对井筒受力的影响,确定了多级压裂过程中套管承受的应力变化规律。对SY1井多级压裂过程中井筒温度变化趋势及套管承受的应力等进行了计算分析。结果表明,一次压裂过程中井筒内温度由147℃下降至77℃,在120 min的压裂过程中,在500 s内温度由77℃快速上升至140℃,然后缓慢上升至145℃。温度效应模型中套管承受的Mises应力随多级压裂级数的增加呈现增大的趋势(压裂压力+热效应),在43.18 h后达到最大值,套管内壁和外壁承受的Mises应力分别为457.7 MPa和417.79 MPa,该内壁应力比无温度效应条件下套管内壁承受的应力增加了24.72%。因此,对复杂压裂工况下的套管强度进行设计时,应分析井筒内温度效应对套管承受的应力的影响。

关键词：页岩油气压裂套管温度压力载荷

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约束条件下界面纯铝层裂尖应力场的数值分析

金属学报 2004年第9期40卷 920-926页

作者：韩礼红李梁孙军西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

对强度错配约束条件下LY12/Al/LY12四点弯曲试样界面纯铝层内裂纹前端进行了弹塑性大变形平面应变应力场数值分析.结果表明:在小范围屈服条件下随着中间纯铝层厚度的降低,其峰值载荷呈线性增加;强界面的约束使得其塑性变形由类似单金属... 详细信息

对强度错配约束条件下LY12/Al/LY12四点弯曲试样界面纯铝层内裂纹前端进行了弹塑性大变形平面应变应力场数值分析.结果表明:在小范围屈服条件下随着中间纯铝层厚度的降低,其峰值载荷呈线性增加;强界面的约束使得其塑性变形由类似单金属纺锤形转变为平行于界面的纵向发展,该趋势随其厚度降低而越来越明显;裂尖三轴应力约束及最大拉应力水平随载荷增加或纯铝层厚度降低而升高,且均随归一化J积分增加沿一特定的路径变化.当界面对纯铝层塑性变形约束明显增加时,高的三轴约束将诱发微裂纹和孔洞的萌生,同时伴随着中间纯铝层的脆化甚至局部解理.

关键词：界面约束纯铝三轴应力数值分析