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。     

深井套管抗挤强度分析及计算

根据弯曲梁理论,建立了套管柱受非均布外挤压力作用的力学模型;并应用解超静定问题的正则方程和力法准则对该力学模型进行求解,得到了在非均布外挤压力作用下套管圆周上的弯矩、剪力、轴力、应力和位移的分布规律。计算表明,在非均布外挤压力作用下,套管抗挤毁强度大大降低。该力学模型不仅可以解释深井套管挤毁机理,而且可以改进深井套管抗挤强度设计。     

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.     

关于套管柱三轴抗挤强度设计问题的讨论

重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题，即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式，以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式，对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。     

油套管抗挤毁性能的有限元分析

运用有限单元分析方法详细考察了承受均匀外压力的样本油套在不同椭圆度,不同壁厚不均（或称偏心度）以及不同椭圆度和壁厚不均组合等初台几何缺陷的情况下的应力变化及其分布,并作出相应的初始几何缺陷与应力变化的曲线。     

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     

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20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20孔／m时,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加。     

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.     

射孔对套管抗挤强度影响

为了搞清不同射孔方式对套管强度的影响,确定合理的布孔方案,提高套管抗挤强度.以射孔管发生失稳的临界外载条件,利用变断面刚度的管体与变断面刚度的压杆有相似的挠曲微分方程,以及相同的边界,连续条件,利用杆管相似理论定量确定套管射孔后的抗挤强度的变化,并推导出不同射孔布孔方式下,射孔对套管抗挤强度影响的计算方法.根据以上公式计算套管抗挤强度与试验对比,相对误差最大为6.9%,最小为0.24%,采用该方法可以计算出生产套管的抗挤强度,绘制套管强度图版,从而根据油田地下的实际情况,优选不同钢级的套管和射孔布孔方式,这对指导生产具有重要意义.     

一种新的石油套管抗挤能力计算方法

提出了一种计算实际管弹塑抗挤能力的新方法，又称Ｅｏｚ法。用算例将Ｅｏｚ法与美国ＡＰＩ法及前苏联Ｅｐｅｍｅｈｋｏ法进行了对比。证明了Ｅｏｚ法具有高的计算精度，它不仅可以计算出耐压极值，而且还可计算外压－变形全过程，从而可分析管的抗挤性能。计算分析表明，提高套管制造精度和改善材料特性可以大大提高套管的抗挤能力。     

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。     

出砂量对射孔套管力学性能的分析计算

油井生产中地层出砂会严重影响射孔套管的力学性能,造成套管损坏。建立射孔套管在出砂层段的三维力学有限元模型,应用Ansys有限元软件分析该出砂层段射孔套管力学性能。研究认为,在出砂地层射孔套管力学性能变化较大,表现为射孔处套管的抗挤强度减小,套管最大应力在射孔处产生。均匀载荷下,套管应力与地层中出砂高度成抛物线关系,生产中应减小或增加出砂量达到远离出砂高度临界值,以减小套管应力。非均匀载荷下,随着出砂量增加,产生的空洞高度增加,套管的应力逐渐减小。因此,在非均匀载荷下,应提高出砂量以增加空洞高度,达到提高套管的抗挤强度,延长套管使用期限。     

圆螺纹套管接头上扣与滑脱的数值模拟

用有限元程序ＡＤＩＮＡ对圆螺纹套管接头的滑脱机理进行了研究。利用位移约束方程处理过盈量和接触条件,通过接触试探和弹塑性平衡迭代,考察了圆螺纹套管接头在上扣时以及拉伸载荷作用下的力学特性,提出了接头滑脱判据,确定了滑脱载荷。该研究结果有助于工程技术人员在进行套管柱设计时合理选用套管接头。     

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牙型磨损,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．     

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．     

油气管道剩余强度有限元模拟分析及剩余寿命预测

腐蚀是油气长输管道安全运行的消极因素,研究腐蚀的发展规律,确定腐蚀管道的剩余强度并以此为基础预测管道的剩余寿命,对管道运行与维护具有重要意义.以某在役管道为研究对象,借助有限元分析软件ANSYS对管道的腐蚀过程进行了模拟,得到了管道在未来确定时间的剩余强度;根据相关标准规定的失效准则,确定了管道的剩余寿命;预测了管道在未来某一时间的运行可靠性.研究结果对管道运行与维护补强措施的制定具有指导意义.     

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。     

注蒸汽吞吐井井筒应力的数值计算方法

将注蒸汽吞吐井井筒温度场的计算结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS计算了不同约束条件下的井筒应力。计算结果表明,最大热应力都发生在套管内壁,且超过了N80套管的热弹性屈服极限;最大热膨胀都发生在温度变化过渡区,当套管周围掏空时,其热应变达到了2%,远远超过材料弹性极限应变值(0 3%),这是导致热采井套管变形损坏的主要原因。     

岩体拉破坏非线性分析有限元程序的编制及其算例

根据岩体拉破坏的本构关系建立了岩体拉破坏非线性分析的有限元程序,并用简单的算例证明了该有限元模型的合理性和程序编制的正确性·把该程序嵌入到一般的岩体弹性及弹塑性分析有限元程序中,较好地反映了岩体受拉应力作用的变形特征·     

腐蚀管线剩余强度的非线性分析

应用计算机辅助工程分析系统,对腐蚀管线的剩余强度进行了有限元分析,分析中考虑了材料非线性和几何非线性。得出了腐蚀区的应力分布及腐蚀区应力随载荷变化的历程曲线,以及腐蚀区尺寸对剩余强度的影响,并对模型的失效压力进行了预测。将预测结果与工业上使用最广泛的Ｂ３１Ｇ准则预测的结果进行了比较,证明用此方法对腐蚀管线的剩余强度进行评估是可行的,能得到比较准确的结果。