用可靠性理论分析传统套管设计中存在的问题

鉴于套管几何尺寸和力学性能的随机性，采用蒙特卡罗随机模拟方法模拟出套管强度的随机分布规律，分析了套管几何尺寸和力学性能的随机性对套管强度随机性的影响，计算得出了套管强度的分布参数及API值的可靠度。运用可靠性理论建立了套管的可靠性计算模型，分析了套管可靠性的影响因素，得到了载荷随机性对套管可靠性的影响规律以及安全系数与套管可靠度之间的关系。研究结果表明，套管几何尺寸和力学性能的随机性越大，则套管强度的随机性越大，传统套管强度计算公式中未合理考虑该随机性；套管强度和载荷的较大随机性明显地降低套管的可靠性，而传统套管设计方法无法有效评价该随机性对套管安全可靠性的影响。     

用可靠性理论分析传统套管设计中存在的问题

鉴于套管几何尺寸和力学性能的随机性,采用蒙特卡罗随机模拟方法模拟出套管强度的随机分布规律,分析了套管几何尺寸和力学性能的随机性对套管强度随机性的影响,计算得出了套管强度的分布参数及API值的可靠度.运用可靠性理论建立了套管的可靠性计算模型,分析了套管可靠性的影响因素,得到了载荷随机性对套管可靠性的影响规律以及安全系数与套管可靠度之间的关系.研究结果表明,套管几何尺寸和力学性能的随机性越大,则套管强度的随机性越大,传统套管强度计算公式中未合理考虑该随机性;套管强度和载荷的较大随机性明显地降低套管的可靠性,而传统套管设计方法无法有效评价该随机性对套管安全可靠性的影响.     

大斜度井中套管磨损机理研究

针对套管在大斜度井中的磨损失效,首先开展了套管的磨损实验研究,根据Dawson 和White 提出的基于能 量损失的线性磨损模型以及本文的实验数据,获得了钻杆接头与套管的磨损系数。建立了钻杆接头与套管磨损机理 研究的有限元模型,通过任意拉格朗日欧拉自适应网格划分,在数值模拟过程中可以对套管磨损的节点进行“实时 调整”,并对网格单元做光滑处理,不断更新钻柱接头与套管的接触关系,对钻进过程中套管磨损机理进行了研究。在 磨损后套管结构形状研究的基础上,开展了套管剩余抗挤强度的数值模拟研究,得到了套管的最大磨损深度随时间的 变化关系,建立了套管剩余抗挤强度与最大磨损深度的关系,进而可以预测套管在某一累积磨损时间内套管的最大磨 损深度和套管的剩余强度,为磨损套管的安全性评价提供了理论依据。     

套管弯曲强度与极限转角研究

以弹塑性理论和极限分析理论为基础，对弯曲井段内套管的抗弯强度进行了研究，给出了套管强度和极限转角的计算公式．分析表明，套管的Ⅰ级极限转角βⅠ可作为套管选材的依据，并由此提出了套管设计的极限转角准则：Ｙｍａｘ＜βⅠ．结合长庆油田塞平—１水平井固井工艺设计，对多种套管的极限转角进行了实例计算，并采用极限转角准则，对其弯曲井段内的技术套管和油层套管进行了选材，为套管串结构设计提供了理论依据．还对所选套管进行了弯曲强度校核     

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.     

窄安全压力窗口地层精细控压下套管技术研究

针对窄安全压力窗口地层下套管存在高漏失风险的问题,以瞬态波动压力为基础,建立了窄安全压力窗口地层下套管过程井筒压力控制模型,进而提出了精细控压下套管方法。利用瞬态波动压力模型进行了下套管过程波动压力敏感性分析,结果表明,套管下放速度越大、套管下入深度越深、钻井液密度越大、环空间隙越小,下套管引起的井底波动压力越大。精细控压下套管实例应用表明,该方法既能保证套管下放速度,又能有效避免窄安全压力窗口地层下套管漏失的发生。此外,通过实例对比精细控压下套管与常规下套管发现,套管下放到井底附近,采用常规方法下套管时套管下放最大速度调节范围非常窄,很难将井筒压力维持在安全压力窗口内。     

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.     

影响套管磨损的因素、磨损预测及剩余强度分析

钻井过程中,技术套管的磨损是普遍存在的问题,越来越得到人们的重视。本文简要介绍了钻井期间影响套管磨损的主要因素：钻杆与套管的接触力、狗腿严重度、泥浆成分和套管钢级;介绍了套管磨损的预测方法;介绍了套管磨损对其剩余强度的影响.     

影响套管磨损的因素、磨损预测及剩余强度分析

钻井过程中,技术套管的磨损是普遍存在的问题,越来越得到人们的重视。本文简要介绍了钻井期间影响套管磨损的主要因素:钻杆与套管的接触力、狗腿严重度、泥浆成分和套管钢级;介绍了套管磨损的预测方法;介绍了套管磨损对其剩余强度的影响.     

盐膏层段高抗挤厚壁套管的开发与应用

对中原油田套管损坏情况及规律进行分析,得出了套管损坏主要原因是现有套管无法抵抗盐膏层段的巨大外挤力的结论。对开发出的TP130TT高抗挤厚壁套管性能进行论证。该套管现场应用情况达到了预期的目的,取得了很好的效果,解决了中原油田盐膏层段套管强度不足的难题。     

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。     

优质热采井用石油套管的研制

根据热采井套管损坏的机理，研制了一种适合于注蒸汽开采稠油的优质套管——WSP-105H．介绍了该套管的设计思想：研制耐热钢种，提高套管材料本身的抗高温性能；研制适合于热采井套管的螺纹结构，有效地释放高温产生的热应力．在此基础上，阐述了该套管的研制过程．最后通过有限元模拟的方法，研究了这种套管在热采工况下的适用性。并通过全尺寸模拟试验进行了验证．结果表明，该套管适合于热采井．     

套管头结构有限元分析及评价

针对固井过程中套管头损坏现象,采用有限元软件建立套管头整体有限元模型,对套管头在不同工况条件下进行应力计算,得到套管头整体及各部件的应力分布状态,并依据给出的复杂应力评定标准对其进行强度评价,并计算出不同类型套管头的极限悬挂载荷,给出了不同套管柱套管头悬挂重量的最优载荷,为套管头在完井作业中能够安全可靠地工作提供了保证。     

油气井下套管遇阻研究现状与展望

套管作为沟通地面与油气藏的通道，能否顺利下入到预定深度关系着钻完井的成败。随着油气勘探开发向超深层、非常规、深水等复杂领域进军，下套管作业面临的环境更加复杂，套管下入遇阻问题时有发生，严重增加了钻井作业的非生产时间。聚焦油气井套管下入遇阻研究最新进展，介绍了套管下入遇阻的主控因素。针对如何预测、预防和解决套管下入遇阻问题，从套管可下入性理论、卡套管事故预防、辅助下套管工艺和工具等四个方面分别进行了总结和讨论。最后，基于上述分析对油气井套管下入遇阻的未来研究趋势进行了展望。     

残余应力对石油套管承载能力的影响分析

在套管的生产过程中产生的残余应力将降低套管的屈服极限，进而降低了套管的承载能力．长期以来，这个问题一直没有引起人们的充分重视而加以克服．为此，根据弹性力学理论，建立了套管的力学模型，通过有限元分析和计算，得到了存在残余应力的情况下套管的承载能力．计算分析表明，残余应力在很大程度上影响着套管的承载能力，因此，为了提高套管的承载能力，应尽量降低管体的残余应力。     

大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力 ,导出了套管柱在大位移井中的三维力学模型 .该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响 .通过对模型的求解 ,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力 ,为大位移井下套管作业提供了力学参考 .该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择 .用该软件对两实例加以验证 ,预测结果与实测结果吻合较好 .     

压水堆稳压器波动接管传热实验研究

研究了稳压器波动接管在有密封套管、无密封套管、无密封套管带排污孔以及无套管时，流体在上充和下充2种流劝模式下，Re从4500－750000变化时，各测试点的局部对流换热系数，实验结果得出：套管能够有效保护接管免受热冲击和由此带来的疲劳问题；有密封套管比无密封套管更能够使套管避免上述问题；套管保护的区域是在其使流体流动停止或流速降低的区域；套管的设计应考虑温度和流动2种因素。     

套管-水泥环-地层耦合系统热应力理论解

根据弹性力学和热力学理论,推导了套管-水泥环-地层耦合系统的热应力和热位移理论计算公式,分析了系统热应力和热位移径向分布规律,以及套管温升、弹性模量、热膨胀系数、壁厚、水泥环与地层弹性模量和泊松比等参数对套管热应力和热位移的影响.结果表明:随着离套管中心径向距离的增加,径向热位移和热应力先增大后减小,最大值分别位于地层和套管外壁,而套管上Von Mises应力值迅速下降,最大值位于套管内壁;随着套管温升和套管、水泥环、地层弹性模量与热膨胀系数的增加,套管内壁Von Mises应力和外壁径向压力增大,其中套管参数变化对计算结果影响更明显.在进行稠油热采井套管抗挤毁强度计算时,应考虑热膨胀在套管外壁产生的径向压应力的影响.     

非均匀地应力下蠕变地层套管的载荷与变形关系

蠕变地层中套管载荷与套管变形是两个相互作用的因素,给出了非均匀地应力下蠕变地层套管载荷和变形的解析解。地层蠕变效应是引起各类套管大量损坏的主要原因之一,在非均匀地应力下,如何计算蠕变地层作用于套管上的最终稳定载荷和套管最终变形,这是两个很难解决的课题。将套管看成弹性体,把地层视为无穷大的黏弹性体,利用非均匀地应力条件下蠕变地层的开尔文模型本构关系,运用半逆解法和拉普拉斯变换法,完善了非均匀地应力条件下蠕变地层套管载荷的解析解,进而求出了套管变形的解析解;研究了非均匀地应力下蠕变地层中套管载荷的分布规律和变形的影响因素。结论对蠕变地层中套管的选用有重要的参考价值。     

残余应力对石油套管承载能力的影响分析

在套管的生产过程中产生的残余应力将降低套管的屈服极限,进而降低了套管的承载能力.长期以来,这个问题一直没有引起人们的充分重视而加以克服.为此,根据弹性力学理论,建立了套管的力学模型,通过有限元分析和计算,得到了存在残余应力的情况下套管的承载能力.计算分析表明,残余应力在很大程度上影响着套管的承载能力,因此,为了提高套管的承载能力,应尽量降低管体的残余应力.