井下套管磨损深度及剩余强度分析

为了了解井下套管磨损深度及剩余强度,为后续钻进及试采作业提供依据,文中从方便、实用的角度出发,根据国内油田钻井井史所能提供的数据,用磨损效率模型分析了套管月牙形磨损的磨损深度;给出了井下套管磨损深度的计算方法和计算公式。用弹性力学中的双极坐标法将偏心磨损套管强度计算这一具有2个非同心圆边界的问题转变为轴对称同心圆问题,从而便于解析分析;经过推导,得到在内外压作用下磨损套管内的环向应力表达式,以磨损套管最薄处内壁环向应力达到管材屈服极限为判断条件,得到磨损套管剩余抗挤强度和剩余抗内压强度。上述磨损深度、剩余强度计算方法在羊塔8井、牧7井等深度在5000 m以上的重点探井中得到了实际应用,为安全试油提供了依据。     

高温高压深井套管磨损预测与剩余强度校核研究

油气井套管磨损问题是影响油气田正常安全生产和油气田公司经济效益的重要因素之一,预防套管磨损的关键点在于清楚套管磨损机理,准确预测全井段套管磨损量分布,从而提出减轻或预防套管磨损的措施.文章首先开展了不同转速、磨损时间和接触力下的磨损失重量、磨损深度、磨损体积等磨损试验,得出了磨损试验规律:套管磨损量与转速、磨损时间和接...     

大位移井套管外壁磨损剩余强度变化规律研究

目前针对套管磨损的研究集中在内壁磨损,但在大位移井下套管过程中,套管外壁磨损不可忽略,研究套管外壁磨损后剩余强度变化规律对套管柱强度校核具有重要意义。依据弹塑性力学理论,采用数值模拟方法建立了套管外壁磨损有限元分析模型;结合第四强度理论,研究了不同外壁磨损深度、套管钢级、外壁磨损半径和套管轴向载荷对套管强度的影响。研究结果表明：在外挤载荷作用下,套管外壁磨损后von Mises应力最大值出现在磨损最深处的外壁上,且受应力集中效应影响,随着磨损深度增加,套管磨损区内、外壁应力不均匀分布明显加剧;随着磨损深度的增加,套管剩余强度逐渐下降,当磨损深度大于2.19 mm时,N80钢级生产套管均有损坏风险;在相同磨损深度下,磨损半径越大,套管剩余强度越小;轴向压应力可以增大套管剩余强度,轴向拉应力会减小套管剩余强度。所得结果可为套管磨损后的损坏提出预警,为套管柱全寿命周期强度校核提供参考。     

套管磨损量及剩余强度预测技术研究

在水平井、大位移井、深井钻井过程中下技术套管之后还需长时间钻进,钻具会对套管产生较大的磨损,造成套管强度下降,因此,建立了套管磨损量及其剩余强度的预测模型,利用模型对XG1井进行了计算分析。结果表明,套管磨损会明显降低套管的剩余强度,应采取相应的防磨损措施。     

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。     

深井、超深井套管磨损后剩余强度分析

建立了磨损套管的三维有限元模型,结合N80套管实际尺寸和材料参数,模拟计算了不同磨损形态、磨损长度及深度对磨损后套管剩余强度的影响。计算结果表明,套管磨损深度和壁厚不变时,磨损套管的剩余抗拉强度与磨损长度成指数反比例关系,剩余抗挤强度与磨损长度成指数正比例关系;当磨损长度一定时,套管剩余抗拉强度和抗挤强度随磨损深度的增加而线性降低。根据数值模拟计算结果得到了磨损套管剩余强度与磨损长度、磨损深度之间关系的计算公式,为校核、计算套管磨损后剩余强度提供了参考。     

磨损套管剩余强度有限元分析

为计算磨损套管剩余强度,采用有限元分析方法,通过对标准套管进行屈曲分析求出特征值,引入特征值计算结果进行非线性分析,计算得到套管强度,并与API标准值进行对比,得到套管抗内压强度误差为0.264％,抗外挤强度误差为0.013％,验证了有限元分析方法的可行性和准确性;通过引入屈曲特征值进行磨损套管塑性变形分析,建立了磨损...     

大位移井套管磨损预测模型研究及其应用

针对套管磨损问题,以White和Dawson提出的理论模型为基础,结合Casing Wear ANSYS有限元软件及自编程序,建立了套管磨损厚度及剩余强度计算模型,给出了套管磨损预测的计算流程。利用该理论模型对南海某超大位移井进行了实例计算。结果表明,采用该方法所得的计算结果与现场发生的情况比较吻合。该研究结果对于进一步完善钻井工程设计中有关套管柱强度设计与磨损评价工作具有一定的参考意义。     

套管磨损程度分析与套管剩余强度计算

影响井下套管磨损的主要因素有井身结构、钻具组合、材料性能和钻井参数,由此建立了套管磨损程度的数学模型,并利用开发的应用软件计算出了在给定参数条件下的磨损厚度,给出了磨损后的屈服强度,同时综合分析了腐蚀对套管剩余强度的影响。     

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。     

套管磨损后剩余壁厚及剩余强度分析

套管磨损作为油田生产中普遍存在的问题,越来越得到各油田生产单位的重视.首先介绍了影响井下套管磨损程度的主要因素,从分析钻柱在受拉和受压时与套管之间的接触力、井下套管磨损程度及套管剩余强度入手,系统介绍了井下套管磨损程度,环向应力和套管的抗挤毁强度计算方法,以及套管磨损后的剩余强度分析方法.将金属的磨损量和磨损所消耗的能量联系起来,通过"磨损-效率"模型来预测井下套管的磨损程度.内壁磨损套管横截面形状多为月牙形,给出了月牙形磨损套管剩余壁厚的计算公式,以P110套管为例,计算了P110套管在工作一定时间后的剩余壁厚和剩余强度.     

两种套管剩余强度计算方法的对比与应用

在深井、超深井的钻探过程中,套管磨损问题越来越突出,严重影响了钻井施工和后续的开发生产。以X井为对象,在分析套管磨损量的基础上,分别运用最小壁厚法和弹塑性有限元分析法对磨损套管的剩余强度进行了计算。计算分析表明,弹塑性有限元分析法计算的剩余抗内压和抗外挤强度比最小壁厚法的结果均稍大,且更贴近实际,该方法的计算结果对现场选择套管及采取防磨措施具有重要的指导意义。     

内壁磨损套管抗挤毁强度计算

套管磨损后壁厚变薄，抗挤毁能力随之降低，若对此估计不足，有可能因此而导致钻井事故或油气井的早期报废。以最小壁厚分别为4．2mm和5．2mm的N-80φ139．7mm×7．7mm套管为例，得出了磨损套管抗挤毁强度计算公式，对一些磨损套管的剩余抗挤毁强度做了理论计算，并对计算结果和试验值进行了比较。结果表明，该公式的计算误差小于109／5，符合工程设计的需要。     

复合磨损套管爆裂失效机理及剩余强度预测

超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了充分考虑钻杆本体和接头联合造成的磨损模式、夹角、磨损重叠深度及磨损深度的复合磨损套管有限元力学模型,并开展了多种复合磨损模式下套管弹塑性变形、屈服、裂纹萌生、扩展及爆裂行为模拟,得到了不同复合磨损套管应力分布、剩余抗内压屈服强度及爆裂强度。研究结果表明：(1)月牙夹角在0°～90°时,应力干涉削弱应力集中,月牙夹角在90°～180°时,应力干涉增强应力集中,这种交互作用机制导致磨损套管剩余强度随着月牙夹角增加而先增加后降低;(2)裂纹萌生并起始于等效应力最大的位置即磨损月牙中心,并垂直于最大环向应力沿径向从套管内壁向外壁扩展,且裂纹一旦萌生,裂纹将迅速扩展并发生爆裂失效;(3)灰色关联度分析确定了复合磨损套管剩余强度对磨损深度、月牙夹角、复合磨损形式、月牙重叠深度的敏感性,分析结果表明磨损深度是决定套管剩余强度的主控因素。结论认为,该认识为套管强度设计与优化提供了技术参考,并对准确预测复合磨损套管剩余强度和确保井筒安全及完整性具有重要意义。     

腐蚀套管剩余强度数值模拟分析

套管腐蚀损坏是油气田开发过程中的重要问题之一.国内外研究主要集中在套管腐蚀速率预测及防护技术方面,对于腐蚀套管剩余强度的分析研究较少.采用数值模拟的方法对圆弧形和半月形这两种套管腐蚀后的主要形态进行分析.结果表明：套管剩余抗拉强度随圆弧形腐蚀缺陷长度的增加而增加,剩余抗挤、抗内压强度随圆弧形腐蚀缺陷长度的增加而减小;套管剩余抗拉强度随半月形腐蚀缺陷长度增加而增加,剩余抗挤强度随缺陷长度增加而减小,套管剩余抗内压、抗拉强度随缺半月形腐蚀陷深度的增加而线性减小,套管剩余抗拉、抗挤和抗内压强度都随套管壁厚的增加而增加,与圆弧形腐蚀缺陷规律相同.     

不同腐蚀缺陷套管剩余强度预测方法研究

为预测在生产井套管腐蚀后的剩余强度,基于对套管表面腐蚀坑形状的规则化表征,采用有限元法建立了可模拟不同形状腐蚀缺陷的套管力学分析模型,用弹塑性理论进行腐蚀后套管剩余抗内压和抗外挤强度求解。以直径244. 5 mm、P110钢级套管为例,对圆球、椭球和矩体等3种形状、不同几何尺寸腐蚀坑的套管剩余强度进行规律性研究,给出了套管腐蚀后剩余强度预测流程,并成功应用于海外M油田在生产井。研究结果表明:腐蚀坑深度比是影响套管剩余强度的主要因素,随着腐蚀坑深度比的增加,套管剩余强度近似呈线性或6次多项式规律性下降趋势;当腐蚀坑投影面积相同时,矩体形坑腐蚀对套管剩余强度的影响最严重,椭球形腐蚀坑次之,圆球形腐蚀坑影响程度最低;对于相同的腐蚀形状及尺寸,腐蚀坑个数对套管剩余强度影响较小,但套管损坏或屈服的危险点增加。研究结果可为套管腐蚀后油气井的完整性及再利用评估提供有效手段。     

大位移井套管柱磨损的探讨

套管磨损是钻井过程中必然存在的现象。进行套管磨损预防、预测与处理技术的研究具有十分重要的意义。文中用硬度、摩擦因素、侧向力、钻柱接头外径、钻速和磨损时间建立起套管磨损速度模型，建立并推导了套管磨损面积的关系式及任意给定位置磨损套管的剩余壁厚的表达式。     

深井套管柱安全可靠性影响因素分析

套管挤毁给油田造成了巨大的经济损失。采用弹性力学解析及有限元方法,给出了考虑磨损时套管剩余抗挤强度、抗内压强度以及非均匀地应力作用下套管外壁等效外挤载荷的计算方法,分析了非均匀地应力作用下不同套管磨损量对套管强度以及不同地层性质对套管地应力外挤力的影响。研究表明,当磨损度为109／6时,套管的剩余抗外挤强度和剩余抗内压强度降低约30％;套管内壁的Mises应力和套管外壁地应力外挤力随地层弹性模量的增大均明显减小,说明地层越硬,套管将偏于安全。     

倾斜角度射孔套管剩余强度有限元分析

为了增加射孔有效穿透深度、建立高效的油气通道,射孔施工中经常要求射孔孔道沿储层平行方向,但是由于褶皱、断裂等地质构造原因常造成储层倾斜,就会使射孔孔道与套管非垂直相交,即导致射孔套管出现倾斜角度。倾斜射孔突破了现有射孔技术中射孔方向需要与套管垂直的局限性,但由于射孔后射孔孔眼改变了套管结构,当套管受外力作用后,孔眼周边会产生应力集中使得套管强度降低,射孔套管相比普通套管更容易发生损坏。由于现有文献对倾斜角度下射孔套管剩余强度的研究较少,通过建立有限元三维模型分析了倾斜射孔套管的剩余强度。分析结果表明,当孔径、孔密、相位角等射孔参数一定时,随着射孔倾斜角增加（从0增加到30°）,套管的剩余抗外挤强度逐渐减小,射孔套管剩余强度的降低幅度不超过13.00%;当倾斜角度设定为30°、相位角由30°变化至180°时,射孔套管剩余强度变化幅值不超过10.20%;当相位角为90°时,射孔套管剩余强度为较优值。当倾斜角度设定为30°、孔径由10 mm增加到18 mm时,射孔套管剩余强度减小幅度可达17.45%。该分析结果可为倾斜角度射孔套管剩余强度分析和实际射孔施工应用提供理论支持。