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本区发表本人在燕山大学指导的博士研究生论文及相关文件。

摘  要
准确分析含有损伤缺陷的井架钢结构的静动态力学行为，定量评价井架钢结构的承载能力，能够提高石油天然气开采过程中的安全性，充分利用现有资源的使用价值和提高生产效率。课题在此背景下，深入研究了井架钢结构的损伤缺陷识别方法和有限元模型修正理论，确定了对井架钢结构损伤缺陷敏感的参数及损伤缺陷与物理参数之间的定量关系，建立了井架钢结构的有限元模型直接修正数学模型和模型局部反演修正数学模型，提出了一套定量评价大型复杂井架钢结构的安全性和极限承载力的新方法。
应用有限元法对井架钢结构的线弹性、几何非线性、材料非线性、双重非线性、动力特性和稳定性进行了分析，得到了位移、应力、固有频率、振型以及动力响应等力学参数和行为特征，为开展井架钢结构损伤识别、模型修正、安全评价和极限承载力预测奠定了理论基础。
开展了井架钢结构损伤缺陷的识别研究。针对井架钢结构的特点和形式，应用当量损伤系数作为判别损伤缺陷是否存在与程度大小的统一量化指标。基于该指标和静/动力测试技术，提出了当量损伤系数直接识别法、基于应变应力的识别法、基于频率变化比或频率平方变化比的识别法和基于单位载荷变形差值曲率的识别法。通过数值算例验证了这几种方法的正确性和可行性。
研究了井架钢结构有限元模型的修正理论。提出了两种修正方法：直接修正法和模型局部反演修正法。对井架钢结构普遍存在的几种损伤缺陷情况，如截面锈蚀、杆件初弯曲、整体初弯曲、载荷偏心、节点刚性降低以及支座沉陷，用直接修正法，直接建立相应的损伤修正数学模型；以灵敏度分析技术为基础，以静/动力测试获得的应变、应力、频率和振型等为参考指标，以主要承载杆件的设计参数为修正对象，建立井架钢结构模型局部修正数学模型，应用直接解析或迭代求解的方法求得修正参数。用这种方法解决了井架钢结构测试数据不完备的问题。
对井架钢结构测试理论及模型实验进行了研究。根据井架钢结构的激振特点，推导了在有量测输入和输入未知条件下的模态参数识别公式；制作了井架钢结构相似比例模型，进行了逐级动载实验、安全与极限承载实验，验证了模型局部修正理论和直接修正理论的正确可行性，得出了可以依据在安全承载内的修正的数值模型对极限承载性能进行预测的结论；进行了井架钢结构简易模型的载荷与动力特性关系实验，得到了载荷与动力特性的关系，为探讨以动力特性为基准的评价理论提供了参考。
在上述研究的基础上，构建了基于静力和动力测试数据的井架钢结构安全和极限承载力评价的新体系。基于静力测试的评定理论主要是以可靠性理论和API Spec 4F规范为基准。基于动力测试的评定理论则是以振动频率为基准直接预测或依据动力测试参数建立的动力有限元模型综合评定。在现场井架钢结构上的成功应用表明该评价新体系能实现安全承载力的评价和极限承载力的预测。

关键词 井架钢结构；有限元法；损伤识别；模型修正理论；当量损伤系数；静力测试；动力测试；承载力；评价

摘  要
压裂在油气资源的勘探开发上起着重要的作用。目前大庆油田外围探井多为低渗透油层(渗透率小于50×10-3μm2)，具有单层厚度较小、层数较多的特点，通常一口井中含有二个或二个以上需要压裂的油层，现有的压裂工艺是：压完第一层后，上提管柱逐层对第二层、第三层进行压裂，然后起出压裂管柱，再下入测试求产管柱，这样不仅劳动强度大，施工周期长，测试压力资料不连续，而且上提管柱过程中，油管内喷出的压裂液污染地面，不利于地面环保，同时也会影响压裂液反排量的准确计量。为此，本文针对压裂施工中存在的这些难题，采用理论分析与现场试验相结合的方法，设计了一整套不动管柱两层压裂、排液求产、测井温一体化管柱。主要取得如下研究成果：
(1)机械设计  根据现场生产实际，结合机械设计原理研制出了一整套压裂、排液求产、测井温一体化管柱，并研究设计、加工试制了上封隔器、控制开关、下封隔器、密封接头、同心大通径压力计托筒等八种二十余件新型井下工具。使其实现了一趟管柱并且在不动管柱的情况下完成两层压裂、压后排液求产以及压后测井温等工艺，达到了缩短施工周期、降低储层的损害程度、减轻工人的劳动强度、实现绿色施工的目的。
(2)理论研究及应用  根据不同储层特点，优选了与油气层配伍的压裂液，添加剂及配方，确保油气田增产、增注的效果。应用岩石破碎力学原理，建立了射孔完井条件下岩石破裂压力理论模型，计算了大庆油田海拉尔、古龙等区块的地层破裂压力，确保在不动管柱两层压裂排液求产一体化施工中压开地层而又不致产生窜层，同时井下工具具有足够的承压能力，保证安全施工。
为验证管柱设计的合理性，以压裂管柱为研究对象，充分考虑影响管柱屈曲行为的主要因素，建立了描述管柱屈曲行为的一般性方程。通过对该方程的分析，揭示了管柱几何尺寸、物理特性参数、载荷等因素对管柱在三维弯曲井眼中屈曲行为的影响规律。应用现代数学分析方法求解管柱屈曲方程，得到三个不同状态(正弦、螺旋弯曲及自锁)的解和临界屈曲载荷以及弯曲管柱与井壁接触的正压力，分析了弯曲管柱与井壁之间的库仑摩擦力对管柱在井下的屈曲行为及轴力分布的影响。在准确认识井下管柱屈曲行为的基础上，进行井下管柱载荷、应力和变形的分析与计算。在实际计算时，考虑了管柱上有封隔器等井下工具，为生产参数的合理选择提供了理论依据。
从理论上研究了具有启动压力影响的低渗储层垂直裂缝油井的产能预测方法，计算时考虑了启动压力梯度对产能衰减规律的影响，绘制了油井在定流压下生产时产量随时间变化曲线和不同生产时间下的IPR曲线(不稳定IPR曲线)，得出如下结论，一是表皮系数越大，裂缝井初期产量就越低，随生产时间增长，表皮效应的影响逐渐消失。二是启动压力梯度越大，储层流动所需的生产压差越大。启动压力梯度对压裂井的初期产能影响不大，在生产后期，启动压力越大产量下降越快。三是对于不同的生产时间，当启动压力梯度较小时，它对产量的影响也较小；但随着启动压力梯度的增大，其对产量的影响程度增强，产量下降幅度显著。实现了对低渗、特低渗透储集层压后产能的准确评价。
(3)现场试验  在大庆油田有限责任公司采油工程研究院分层开采实验室模拟井上进行了室内试验。通过地面打压，验证水力锚锚定可靠，封隔器座封到位，底部开关销钉剪切值准确。通过油套管正反打压，验证了封隔器的密封性以及封隔器的可反洗功能，达到了设计的目的，证明了方案设计的合理性。
在大庆油田探井及开发评价井上，共进行了31口井的现场应用，工艺成功率100%。实现了一趟管柱并且在不动管柱的情况下完成两层压裂、压后排液求产以及压后测井温等工艺；减少了作业费用，减轻了作业人员的劳动强度，实现了安全环保施工，可在油田范围内(3000米以浅井)普遍推广。

关键词 不动管柱；两层压裂；排液求产；一体化；管柱力学；启动压力；产能评价

摘  要
稠油开采通常采用热采技术。稠油热采分为蒸汽驱、蒸汽吞吐和火烧油层等方法，其中在蒸汽驱和蒸汽吞吐采油技术中存在的油井套管损坏问题一直是严重影响稠油产量和企业经济效益的大问题。理论上研究稠油热采井套管损坏问题有各种不同的出发点和相应的方法，本文以稠油热采井的实际条件为基础，重点研究了在热采井复杂受力条件下，如何通过降低套管应力来防止套管损坏或降低套管损坏率的问题。论文主要研究内容可概括为如下几个部分：
(1)在确定了基本研究内容和研究方向的基础上，进行了井筒流体参数计算方法研究，目的是获得井筒内流体参数及其变化规律，并进一步获得套管强度研究所必需的套管温度、井筒压力及水泥环温度等数据。计算过程中将湿蒸汽两相流理论与工程热物理中的流体热物性计算方法有机结合，创造性地解决了井筒流体参数及井筒温度场的计算问题，实现了流体计算过程的连续性，既提高了计算精度，又提高了计算速度。
(2)根据热采井的工作条件，建立了稠油热采井套管的力学模型，研究了模型中各种内、外力尤其是热应力和外挤压力的计算方法。在套管力学模型中充分考虑了地层与套管的相互作用关系，建立了套管与地层相互作用关系模型。分别计算了蠕变地层、理想刚性地层及弹性地层条件下的套管外挤力。通过计算对比，获得了导致套管柱危险井段损坏各种因素的影响情况信息。模型中关于地层与套管之间作用关系的研究结果，完善了目前理论界对该问题研究的不足。通过系统的研究、计算，明确了造成热采井套管损坏的最重要原因是热应力这一重要结论，指出热采井套管损坏问题研究的重点应该是如何减小热应力。对于普通油井的套管损坏问题，地层的蠕变性则是最重要的原因。由于地层的蠕变特性是无法改变的，因此，应从生产工艺、套管材质及套管质量方面研究普通油井套管损坏的对策。另外，对套管轴向应力的研究表明，预应力固井对热采井套管应力状况具有一定的改善效果，但对于不同的井段，施加预应力的大小及方向需要区别对待。
(3)为验证本文的计算方法和研究结论，在辽河油田选择了试验井并进行了注蒸汽试验。试验数据处理结果证明，本文的计算方法是正确的，计算结果与试验情况基本相符，同时也符合人们对热采井井筒参数变化规律的一般认识。
(4)利用本文的计算方法，对辽河油田正在试验中的真空隔热套管从隔热性能和强度两方面进行了评价。评价结论认为，真空隔热套管井筒的隔热性能要好于目前的井筒；在强度方面，真空隔热套管的内管强度余量偏小，尤其是在注入蒸汽压力较高的情况下，内管破坏的可能性很大，而外管的强度余量较大。由于真空隔热套管具有优良的隔热性能和可以简化蒸汽吞吐采油工艺的特点，只要适当提高内管强度，真空隔热套管技术就会具有广阔的发展前景。本文关于隔热套管井筒的评价，在国内外均属首次进行。
必须指出的是，本文是以一口深1000m的热采井为研究对象的，随着井深的增大，作用于套管的各种力的相对大小将发生变化。因此本文的研究结论具有一定的针对性。

关键词 热采井；套管；强度；井筒温度场；地应力；热应力

深井和大位移井套管磨损程度预测及减磨优化设计

李老师起的好早呀!!!

建议李老师把自己写过的书籍也列举一下，上传点PDF版的电子稿就更好了。目前我只知道您在96年出过两本书是关于管柱力学方面的，其它的不是很清楚

我上硕士时拜读过李老师的文章 ！！

感谢李老师提供这么好的学习资料！！

谢谢李老师！！！