对称载荷作用下的套管抗挤能力分析

根据油田套管损坏情况,建立了轴对称载荷作用下的套管内力计算模型,利用能量法和曲杆理论,分析研究了3种对称载荷作用下的中厚壁套管抗挤能力,给出了理想套管抗挤强度和套管屈曲临界挤毁压力的计算公式。理论分析结果与有限元计算结果的对比证明了临界挤毁压力的计算公式可靠,载荷的集中程度与抗挤毁能力成正比。     

高抗挤套管磨损后的外压失效行为分析

采用Abaqus软件,通过有限元模拟分析方法,按照月牙形磨损模型,对我国深井、超深井中广泛使用的140 ksi(965 kPa)钢级Φ244.5 mm×11.99 mm、110 ksi(758 kPa)钢级Φ339.7 mm×12.19 mm和Φ244.5 mm×11.99 mm等3种高抗挤套管在0到70%之间不同磨损率下的挤毁失效行为和挤毁强度变化规律进行了分析,得到了不同磨损率下套管的挤毁失效类型和挤毁强度数据。研究发现磨损在改变套管几何形状的同时,也使套管的挤毁失效行为发生了变化,从而使其剩余挤毁强度值的计算变得复杂。原本为塑性挤毁的Φ244.5 mm×11.99 mm110 ksi(758 kPa)套管在磨损后转变为以弹性失稳为主;原本为过渡挤毁的Φ244.5 mm×11.99 mm140 ksi(965 kPa)套管,当磨损率小于50%时,其挤毁失效类型为过渡挤毁,当磨损率大于50%时,其挤毁失效类型转变为弹性失稳;原本为弹性挤毁的Φ339.7 mm×12.19 mm110 ksi(758 kPa)套管在磨损后依然为弹性挤毁,但磨损加剧了其结构的不稳定。3种套管磨损后的剩余挤毁强度都低于原本失效模式下的挤毁强度值。     

套管抗挤强度统计分析研究

针对美国石油协会的套管抗挤强度计算公式与实测套管挤毁压力差距较大的问题,利用统计学方法,详细分析了套管实物挤毁试验检测数据,得到了各因素影响套管抗挤强度的定量指标.研究表明,套管抗挤强度主要由径厚比决定;套管计算屈服外压和失稳外压等其他参数及其交互作用对套管的抗挤强度也有显著影响;套管外径和壁厚数据的变异系数比外径不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响更显著.最后给出了套管抗挤强度统计计算公式,为生产厂和用户提供了预测套管抗挤强度的简单实用的计算方法.     

非均匀地应力下套管偏心对抗挤强度的影响

在常规地层条件下,套管的强度具有足够的富余量,因而一般对套管的偏心影响考虑较少.但在深井及盐膏层地层中,套管偏心的影响不可忽略.针对塔里木油田英买力区块钻进过程中出现的技术套管受挤变形问题,建立有限元模型,分析套管偏心对套管抗挤强度的影响规律,绘制套管偏心与套管最大应力的对应关系图,回归套管偏心与套管最大应力关系的计算公式.研究结果表明,非均匀地应力下,在最大地应力方向,套管偏心距越大,套管抵抗非均匀载荷能力越强;在最小地应力方向,套管偏心距越大,套管越容易挤毁.最后,利用研究结果确定了该区块的最低钻井液密度,从而有效地解决了套管变形问题.     

射孔套管应力集中系数有限元分析

建立了射孔套管的有限元力学模型,对不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数进行了有限元分析。旨在讨论非线性材料弹塑性范围内多孔情况下,对孔眼的应力集中系数及对管体抗挤强度的影响,为射孔套管应力集中及强度影响提供了详尽的数据,并给出了优化射孔方案。     

内壁椭圆度对高钢级套管挤毁变形的影响试验

用ISO/TR10400:2007(E)标准计算套管抗挤强度的KT公式中未考虑套管内壁初始椭圆度及其跳跃性的影响,且提供的套管抗挤毁强度数据主要为M65、T95、H40和非调质N80钢材的,更高钢级和含铬材料的试验数据几乎为零,使得高钢级套管抗挤强度与试验值出现了偏差。通过室内全尺寸试验研究高钢级套管壁厚不均度和内、外椭圆度等参数对套管抗挤强度的影响,并利用试验数据对KT公式进行修正,对比修正前后计算结果与试验值间的误差。研究结果表明:修正后的KT公式具有较高的计算精度,可以满足工程需要;内、外椭圆度对高钢级套管抗挤强度影响具有耦合作用,在制造过程中要严格控制椭圆度及其跳跃性,建议制订相应的套管内壁椭圆度控制规范。     

套管磨损的研究进展

套管磨损在深井，超深井，大位移井和水平井的钻井和修井期间是一个不容忽视的问题，引起套管柱磨损的因素很多，本文着重概述了钻杆柱的旋转及起下钻，井壁狗腿严重度和泥浆成分等几种主要影响因素；指出套管磨损的主要形式是月型磨损，介绍了月牙型磨损对套管的抗挤毁，抗内压强度的影响，并提出了两种磨损预测公式以及减少套管磨损的措施。     

套管抗挤强度分析及计算

为提高套管挤毁压力预测精度,应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析,研究了外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响。分析结果表明,径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要因素,不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同位置组合进行了模拟分析。结果表明,数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时,套管的挤毁压力相差很大。最后提出了一个套管抗挤强度计算公式,计算简单,精度可满足工程要求。     

油气井套管侧向屈曲分析与井下加强工具探讨

针对油气井套管挤毁的研究多局限于强度分析,忽视了套管侧向稳定性问题。除小直径或特厚壁的套管外,常用套管的失效形式应属于失稳损坏。基于外压作用下套管侧向屈曲机制,分别采用API标准和圆筒屈曲分析的方法,计算套管侧向屈曲的临界压力。另外,对减小套管计算长度的井下加强工具进行探讨和设计。结果表明:套管纵向长度对侧向屈曲的临界压力具有重要影响;若把套管的计算长度减小到某一范围,可有效地提高套管的抗失稳能力。结果为提高套管抗失稳能力提供了一种新途径,可作为完井后高挤毁风险套管的加强补救措施。     

水泥约束石油套管抗挤能力的计算方法

按水力外压考虑的石油套管抗挤能力计算方法，不符合实际情况，实际上套管承受着复杂载荷。本文对套管受非均匀载荷的变形问题进行了探讨，提出了水泥约束套管抗挤能力的计算方法，给出了计算套管变形的力学模型。实例计算表明。这种计算方法符合实际情况。     

蠕变地层套管等效破坏载荷分析

蠕变地层套管损坏的主要原因是套管外壁受到蠕变地层的非均匀载荷作用，套管本体抵抗非均匀载荷能力远远低于套管抗挤强度而产生缩径变形。通过分析蠕变地层套管非均匀载荷的分布形式，并考虑在该非均匀载荷作用下套管的强度特征及固井水泥环力学性能对套管抗非均匀载荷影响的基础上，采用有限单元法，分析了蠕变地层套管本体、固井套管组合体的等效破坏载荷。结果表明，非均匀载荷作用下套管的抗载能力迅速下降，提高固井水泥性能，切实保证固井质量将显著提高套管抵抗非均匀载荷的能力。     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程 ,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律 ,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明 ,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在 ,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较 ,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少 ,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下 ,孔眼面积增大 ,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于 2 0孔 /m时 ,无论采用何种布孔方式 ,除方形孔眼外 ,套管抗挤能力的降低均不会超过 4 % ;大于 2 0孔 /m时 ,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加     

基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

根据套管受到外挤载荷时的受力和变形特点,将套管变形分为弹性和塑性变形两个阶段,建立套管弹、塑性变形受力计算模型,利用能量平衡方程推导出套管抗挤强度计算公式,分析初始椭圆度、屈服强度和径厚比对套管抗挤强度的影响。通过对6根V140套管进行室内全尺寸试验和三维有限元数值模拟计算得到其抗挤毁强度,并与计算结果进行对比。结果表明:利用能量平衡方程推导的套管抗挤强度计算公式与试验、ISO/TR104002007(E)标准和有限元计算结果相比具有很高的精度,可以满足工程需求;初始椭圆度和径厚比越大,套管抗挤强度越小;屈服应力越大,套管抗挤强度越大。     

蠕变地层套管外载计算的位移反分析法

套管外载计算是蠕变地层套管受力分析的难题，由于套管周围应力场比较复杂和地下环境多样，难以直接求解。根据弹性力学理论，建立了套管在地层蠕变引起的椭圆形非均匀外载下的力学模型，并应用逆解法对该力学模型进行求解，得到了在非均匀外载下套管的应力和位移计算式。基于套管内壁变形的实测资料，利用阻尼最小二乘法建立了套管外载反分析模型，提出了确定套管外载的反分析方法，讨论了反分析法的应用。实例分析表明，载荷反求值与真实值吻合较好，拟合精度较高，说明这种方法具有较好的实用价值。     

油基泥浆中P110套管磨损机理和耐磨性能

固井后的技术套管与旋转的钻杆接头在一定正压力下接触导致不同程度的磨损,磨损后套管抗挤毁和抗内压强度降低,威胁油气井的安全。为计算井下套管磨损深度和磨损套管的剩余强度,确定减少套管磨损的有效措施,在油基泥浆中进行了P110套管的磨损实验,测量了不同磨损时间、转速和正压力下套管的磨损效率和摩擦系数。通过套管磨损表面形貌分析,确定了套管磨损机理。油基泥浆中P110套管的磨损效率和正压力和转速成正比,磨损效率在2~4×10-131/Pa之间。各转速下套管表面的磨损机理基本相同,黏着磨损、犁沟和疲劳磨损同时发生。正压力对套管表面磨损机理的影响有较大,低接触力下套管表面磨粒和犁沟磨损同时存在,高正压力下主要发生黏着和犁沟磨损。不同转速和正压力作用下,P110套管主要发生了黏着磨损,采用基于粘着磨损机理的磨损效率模型预测井下套管的磨损程度是可行的。