稠油热采井套管柱强度设计方法研究

针对稠油热采井套管损坏问题,调研了大量国内外研究文献,指出了现有套管柱强度校核的不足,提出了稠油热采井套管柱强度校核应采用应力强度设计方法,并根据油田注蒸汽实际工况计算套管载荷和热应力,根据厂家试验取得的高温下套管屈服强度数据校核和设计套管。     

定向井和水平井套管柱的优化设计

为了满足定向井和水平井套管设计的要求 ,在综合分析套管设计理论和方法的基础上 ,通过对套管柱载荷的计算 ,建立了其优化设计模型 ,利用数据库技术 ,研制出套管柱优化设计软件 ,并通过计算实例给出了软件的操作过程。软件界面友好 ,操作简单 ,功能齐全 ,设计者在进行套管设计时 ,只需输入设计所需基本参数 ,按界面提示操作即可完成全部设计工作 ,便于现场实际推广应用。     

深井套管强度设计中实际外挤载荷的数值分析

套管的受力分析是套管强度设计的基础。通过建立套管-水泥环-地层模型,对实际钻井工况下的外挤载荷进行ANSYS有限元计算分析。分析结果表明,地应力和地层弹性常数对套管的外挤载荷影响十分显著。用现行方法进行深井套管强度设计时,套管外挤载荷按下入过程中静液柱压力来分析,未考虑地层因素的影响,与实际值差异较大。按照地层因素来确定套管外挤载荷,不同地应力和地层弹性常数得到不同的套管外挤载荷,更符合工程实际,可为深井套管柱强度设计提供合理参考。     

侧钻水平井弯曲段套管抗挤强度研究

根据侧钻水平井弯曲段套管受力特点,建立了套管抗挤强度计算模型,并采用能量法推导了套管在弯曲载荷作用下轴向变形及抗挤计算公式。在公式推导过程中考虑到了弯曲载荷对套管截面不圆度的影响。对吉林油田某侧钻水平井使用的套管进行模拟计算,并通过室内试验对计算值进行验证。结果表明,推导的公式具有较高计算精度,可以满足现场工程计算需要;轴向载荷对套管抗挤强度的影响较为显著,在实际生产过程中应严格控制。     

考虑气井全生命周期安全的套管柱强度设计方法研究

针对塔里木油田、西南油气田在气井套管强度设计中存在的校核方法笼统,对实际工况考虑不够全 面的问题,通过分析钻完井工艺流程中套管的受力情况,提出了根据单井在钻井、完井、生产等生周期内出现各种极端工况时套管所受载荷来进行套管强度设计的模式。在 ＳＹ／Ｔ５７２４－２００８《套管柱结构与强度设计》的基础上,总结了套管设计中还需要考虑的几种工况以及载荷计算方法。列举套管设计实例,通过分析各种极端工况下管柱的受力情况,设计合理的套管,再进行强度校核,相比传统校核方法考虑的更全面,有利于提高套管的安全性、经济性.     

弯曲井段中套管通过能力分析研究

对于给定尺寸的套管和井眼,以套管所能通过的井眼最大曲率定义为该尺寸套管在相应尺寸井眼内的可通过度。可通过度用于评价套管在弯曲井眼中的通过能力。利用刚性模型和弹性模型对套管的可通过度进行了分析,并根据实际情况考虑了套管的变形与强度问题。在此基础上开发了计算套管通过度的软件,其计算结果对钻完井设计及施工有指导意义。     

非均匀载荷下厚壁套管塑性挤毁强度研究

针对理想圆管在非均匀载荷下抗挤强度计算公式计算值偏高的问题，提出实际套管在非均匀载荷下塑性挤毁提前因子的概念，并建立了计算修正公式。这个计算公式考虑了实际套管含残余应力、不圆度、壁厚不均度等制造缺陷的影响，与套管的实际承载特征较为符合。计算结果表明，利用修正公式算法的计算值与实际试验值较接近，能满足工程设计需要，为复杂地层的套管柱设计提供了新的理论依据。     

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。     

高温高压井套管柱设计和强度校核

从温度对套管柱强度的影响、下部套管柱双轴应力计算等几个方面讨论了高温高压对套管柱设计和强度校核的影响 ,提出了一套适用于高温高压井套管柱设计和强度校核的理论方法 ,并给出了该方法的计算步骤 ,编制了相应的计算软件。通过现场应用 ,证明该方法切实可行     

套管荷载分析与强度设计软件研究

由于钻井技术的进步和目前油气勘探开发的实际要求,深井、超深井及定向井所占比重不断增加。为了满足这种形势的要求,在普通直井和定向井套管强度设计软件的基础上,较全面地研究了深井、超深井套管载荷的特点,综合考虑传统套管设计方法、三轴应力设计方法及套管优化设计方法等,并应用数据库技术,完成了套管强度设计软件的开发研究,它具有普通井、深井、超深井和定向井套管优化设计的诸种功能,并且其输入输出界面支持任意的单位制,便于现场推广应用。     

非均匀载荷对割缝管抗挤强度的影响

文章在建立非均匀外载模型的基础上，对结构为N80钢级割缝管的抗挤强度进行了研究。采用有限元法建立了三维有限元模型，根据弹塑性力学理论，借助有限元软件，分析计算了非均匀外挤载荷作用下割缝管的抗挤强度。分析了不同模型在相同不均匀系数、同一模型在不同的不均匀系数的情况下对等效抗挤强度的影响。研究表明，管体抗非均匀载荷的能力远远低于抗均匀载荷的能力，非均匀载荷作用下不均匀系数是影响强度的关键因素。其结果有利于指导在非均匀载荷作用下割缝的设计，对分析套管变形损坏的机理提供了依据，有利于对套损预防提出有效的建议。     

非均匀载荷对高密射孔管抗挤强度的影响

在建立非均匀外载模型的基础上， 对N80射孔管进行了研究。依建立的三维有限元模型及弹塑性理论为基础，借助有限元软件，对射孔管体抗非均匀载荷能力进行了数值模拟。并依其非均匀载荷下的大位移特征和强度特征，分别定义了临界载荷和等效抗挤强度。同时分析了不同模型在相同不均匀系数、同一模型在不同的不均匀系数的情况下对等效抗挤强度的影响。结果表明，射孔管抗非均匀载荷的强度远远低于抗均匀载荷的强度，其中不均匀系数起着关键作用。有利于指导在非均匀载荷作用下射孔管的抗挤强度的设计，对分析套管变形损坏的机理提供了依据，有利于对套管损坏预防提出有效的方案。     

套管变形的计算机仿真

利用弹塑性有限元法编写的套管变形计算机仿真软件,可以方便地模拟套管外壁受任意均匀或非均匀载荷的作用,并观察其弹塑性变形过程,这是研究套管变形的一种新方法和新手段。本文首次提出套管承受非均匀载荷抗挤强度的新概念及其表达式,因此,可以与均匀载荷作用下的套管比较其抗挤强度的降低程度。通过套管变形计算机仿真模拟,提出了一种抵抗非均匀载荷作用的有效方案,即使用双层组合套管。目前正在华北油田实施。     

基于分项系数法的套管实用可靠度设计方法

针对套管服役过程中几何尺寸、力学性能和所承受荷载作用随机性和时变性的特点,结合ISO2394、EN1990、GB50153等国内外结构可靠度设计统一标准,提出了一种基于分项系数方法的套管可靠度设计的实用方法。该方法依据固井水泥环固结前后套管荷载组合形式的差异性和套管强度的折减,将套管整个服役过程分为钻完井阶段和生产阶段,分别建立了上述2个阶段的套管强度设计极限状态方程。考虑荷载和强度的变异系数对套管设计值的影响,采用可靠度理论分别计算套管荷载和强度的分项系数,实现了套管服役期间的可靠度定量表述,可以有效预测套管在整个服役期间的安全可靠性能。计算结果表明:管材强度变异系数对设计结果的影响要远大于荷载变异系数,在设计时应注意选择性质稳定、强度变异系数小的管材。通过与SY/T5724的设计结果相比较,基于分项系数法的分阶段强度可靠度设计方法可以满足工程套管强度的实际需要。     

基于ANSYS的水平井下套管摩阻分析计算

随着水平井和大位移井的日益普遍,由于套管柱自重和井眼弯曲等多种因素的影响,水平井和大位移井中的套管柱存在较高的摩阻力,摩阻过大将会影响到套管柱的顺利下入,水平井中套管柱轴向力的准确预测也为套管强度设计提供了重要的基础数据。用CAE大型有限元软件ANSYS,对江沙8-H水平井的?139.7 mm套管的受力和变形进行了数值模拟,计算了刚性扶正器处的接触力和刚性扶正器间套管的横向位移,并得到了套管柱在水平井中的摩阻力。计算模型考虑了套管的刚度和刚性扶正器对摩阻力影响,计算结果与现场实测数据比较吻合。计算结果表明,水平井中套管摩阻对轴向力的影响较大,且刚性扶正器间套管较长时,扶正器间大部分套管仍会与井壁接触,导致扶正效果降低。该计算方法为钻井工程设计提供了理论支持。     

成本约束条件下的套管柱优化设计

传统的等安全系数法套管柱设计基本思路是“套管受到的载荷×安全系数小于或等于套管的强度”,其核心是强度安全原则,而较少考虑套管的成本。在现代钻井工程中,套管柱费用所占比例很高,所以研究既考虑强度又考虑成本的套管柱设计方法尤为重要。以传统套管柱设计力学模型为基础,结合线形规划理论,建立了成本约束条件下的套管柱设计的数学模型,并建立了图解法求解的步骤。实例验证表明,该设计方法具有求解简单、所设计的套管柱成本最低的特点。