磨损套管抗内压强度试验与有限元分析

当套管受到严重偏磨时,套管抗内压和抗外压能力显著下降。鉴于此,从理论和试验2个方面分别研究了磨损套管的抗内压强度,研究结果表明:(1)在内压作用下,磨损套管的周向应变发生局部变化,最大值主要发生在磨损与未磨损的过渡区,最小值集中在磨损最严重的区域,因此套管截面在磨损区域"内凹";(2)在相同内压力作用下,随着磨损量的增大,磨损最严重处先周向变形减小且内收缩,继而周向变形增大,与磨损区相对的另一侧,从向外鼓胀变形转而向内收缩,套管截面出现椭圆变形;(3)在套管内壁的磨损初期相对磨损量对套管的初始抗内压性能影响相对较大。     

含磨损缺陷套管抗内压强度数值计算研究

由弹性力学变分原理引入有限单元法基本方程，进而给出了磨损区域边界上任意点法向量解析解和数值解的方法。假设磨损缺陷模型为圆弧状，并认为是平面问题，采用Serendipity等参单元变结点有限单元格式，分别按照平面应力和平面应变问题进行分析研究，阐明了考虑磨损深度、磨损区域半径和套管壁厚影响时的套管抗内压强度定量变化规律，分析了在不同磨损量及其相应抗内压强度下套管内应力强度分布规律，并依据等效内压设计套管柱的可行性及安全性进行定量分析，编制计算机程序。     

深井内壁磨损套管剩余抗内压强度研究

深井钻井过程中,钻柱对套管内壁造成磨损多为"月牙形"磨损。在弹塑性力学分析的基础上,应用长槽形磨损模型分析磨损套管的抗内压强度变化规律。采用有限元数值模拟计算分析了磨损套管剩余强度的变化规律。根据磨损位置产生的附加弯曲应力,对原有的长槽形磨损模型进行了改进,并与试验结果进行了对比分析。分析结果表明,套管接头直径对套管抗内压强度影响较小。使用目前套管柱强度设计中常用的均匀磨损模型进行套管强度设计,偏于安全。改进后建立的磨损套管抗内压计算模型能更准确地描述磨损套管的剩余强度,与试验值更为接近,可为套管柱强度设计提供更为合理的理论参考。     

油管套管抗内压强度计算研究

高温高压高含硫气井中的油管、套管一旦爆裂失效,将可能导致油套串通,甚至含硫气体串出地面,危害性较大。因此,在油管、套管强度设计中,不但要合理地计算出最小的抗内压屈服强度,而且还要准确地预测出极限强度即爆裂强度。针对API Bulletin 5C3:1994屈服计算公式存在的不足以及ISO/TR 10400:2007爆裂强度计算模型计算精度不够理想的问题,根据屈强比（Y/T）对油管、套管爆裂失效强度影响规律,提出了具有更高精度的油管、套管抗内压爆裂计算新模型,通过与试验数据计算对比,证明了新模型的可靠性和合理性,对优化“三高”气井油管、套管抗内压强度设计提供了新的参考依据。     

套管抗内压强度试验研究

通过进行全尺寸套管水压试验,确定了177.8mm×12．65mmT140S偏梯形螺纹接头套管(BCSG)的抗内压极限值。对套管在内压载荷作用下的失效形式和失效机理进行了分析;揭示了套管的失效过程和原因。认为这种套管接箍与管体外螺纹接头强度不等,其接箍是弱环节。在选用这种套管时应以接箍强度为设计依据。     

固井缺陷对磨损套管抗内压强度的影响

套管磨损和固井缺陷是钻井过程中必然存在的现象。应用相似准则设计出磨损套管的相似模型,对不同固井质量缺陷和不同磨损情况的套管进行组合实验,将实验结果与有限元分析相结合来研究模型套管在不同固井缺陷和不同磨损量下的抗内压强度。将模型套管推广到原型,利用有限元方法分别计算了水泥环—套管—地层系统在不同水泥环缺失范围、不同套管磨损程度下的抗内压性能。研究结果表明:当水泥环有缺损时,不但不能增强套管的抗内压能力,反而降低了套管的抗内压强度。水泥环的缺失范围越小,应力集中现象越严重。     

ISO10400油管套管抗内压爆裂设计

随着高温(150 ℃)、高压（100 MPa）、高含H2S（2%～70%）气井日益增多,该类气井中的油管、套管一旦爆裂失效,将会导致油套管串通,甚至含硫气体溢出地面,危害巨大。在油套管的设计中,尽管API 5C3给出了油管、套管的最小抗内压强度,但没有给出最大的爆裂失效强度,而准确预测出油管、套管的抗内压极限强度即爆裂强度是非常重要的。分析了ISO10400:2007标准,介绍了油管、套管抗内压爆裂计算模型,并用套管实测爆裂强度与该模型计算爆裂强度进行了对比。结果表明,该模型计算出的油管套管爆裂强度精度较高,能够较好地反映油管套管真实的抗内压强度,对改善油管套管设计具有一定的参考价值。      

磨损对套管接头拉伸与内压强度的影响

采用弹塑性有限元方法 ,建立了套管接头磨损拉伸与抗内压的有限元力学模型。对套管接头处内壁不同磨损量时的抗内压强度和抗拉强度进行了计算分析 ,得出了磨损量与套管接头抗内压系数的定量数据和磨损量与套管接头抗拉系数的定量数据。同时 ,在不同磨损量下 ,分析了套管接头内VonMises应力和套管接头内的变形 ,所得出的抗内压强度系数kp和抗拉强度系数kt为磨损套管柱的强度设计和校核提供了定量的理论数据。     

油、套管抗内压爆裂设计研究

三高(高压、高产及高含H2S)气井中的油、套管设计,按现行API 5C3标准,油、套管强度常常不能满足设计要求,许多套管的实际安全系数低于设计标准,给设计造成一定的困惑。ISO10400:2007给出了两端堵口的油、套管抗内压韧性爆裂模型,但计算精度不够理想,而且有些预测值要明显高于实物爆裂值。为此,根据材料屈强比对油、套管爆裂强度影响规律进行研究,给出了具有更高精度的油、套管抗内压爆裂计算新模型。数据计算对比表明,油、套管抗内压爆裂计算新模型的计算值与实物爆裂值吻合。该研究方法对优化油、套管设计和改善油、套管制造质量提供了重要的参考依据。     

水平井多级压裂套管柱建模及套管抗挤强度分析

页岩气水平井在压裂作业过程中具有压力大、作用时间长、井筒内温度变化幅度大等特点,由温度变化引起的温度应力对套管抗挤强度有显著的影响。考虑套管与井壁、封隔器的作用,建立了水平井多级套管柱的受力模型、温度应力模型,推导出了考虑温度和套管与井壁作用产生轴向应力影响下的套管抗挤强度公式,通过MATLAB编程计算分析了壁厚、钢级、温度变化幅度、注液压力对套管抗挤强度的影响规律。计算结果表明:温度变化幅度、套管内压、壁厚对套管抗挤强度有显著的影响,温差、内压越大套管抗挤强度越小,最高可使套管的抗挤强度降低24%。     

运用套压控制油管管柱漏失方法研究

老178块海上生产平台A井投产后液量下降明显,对井口憋压数据分析认为该井存在管柱漏失现象,综合考虑海上油井作业成本,拟采用憋油井套压法维持该井较高水平生产。通过现场憋压生产试验,确定将油井套压控制在3.4MPa时,能较好的控制漏失,且能保持较高沉没度,油井在液量14.5t/d的水平正常进行。     

套管钻井用套管外表面磨损后剩余强度分析

在分析讨论套管钻井管柱磨损形态的基础上,结合API5C5实物试验尺寸要求,通过有限元计算分析方法,对钻井套管完钻后含有外表面磨损缺陷的套管柱的极限剩余抗挤强度和极限剩余抗拉强度进行了研究,分别获得了均匀磨损和偏磨条件下,套管钻井套管柱外表面磨损缺陷的临界长度尺寸数值,以及不同破坏失效准则条件下的剩余抗挤强度和剩余抗拉强度的计算方程,为套管钻井中套管柱的设计、计算奠定了理论基础。     

射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一 ,它的影响特点和程度取决于多种因素。利用有限元ANSYS分析软件 ,对 139 7和 177 8mm套管在压裂、注水和常规开采情况下 ,不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响作了分析。结果表明 ,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大 ,并使套管的抗拉、抗压强度降低 ;但在一定射孔孔径、射孔密度和射孔相位下 ,射孔产生的最大应力和应变不超过允许的范围。分析研究结果为套管柱的合理设计提供了一定的理论依据     

对应用SY/T5322—2000标准进行套管柱强度设计的几点讨论

通过对套管强度设计最新标准SY／T5322-2000的几个相关问题的分析,着重讨论了标准中三轴抗 拉强度计算公式和套管有效外挤载荷计算方法,改正了标准中的几个计算公式;同时还对新旧标准套管内 压载荷计算方法进行了对比分析。     

三层组合套管强度分析与计算

我国大部分油田套管损坏的原因主要是岩盐层、膏岩层、泥岩层等由于蠕变产生的塑性流动而挤坏套管的.这些地层产生较大的非均匀载荷,目前主要是采用双层组合套管的设计思想来提高套管的强度,虽然取得了一定的效果,但是对于蠕变率很高、局部异常高压地层或稠油油井,采用双层组合套管仍不能保证套管安全.本文采用3层组合套管来进一步提高套管强度,以满足特殊岩层套管强度的需求.