二维类圆形腐蚀孔应力集中对套管强度的影响

油气水井套管由于长期处于充满流体的环境中,极易受到腐蚀。套管遭严重腐蚀后所形成的类圆形腐蚀孔分浅半圆形孔、半圆形孔和深半圆形孔3种情况。分析了3种几何形状的腐蚀孔情况,下孔边应力和应力集中系数的分布情况,讨论了孔边应力集中对套管抗内压强度和抗挤强度的影响,提出了相应的修正公式。研究得出,在孔开口直径一定的情况下,应力集中系数随孔深增加而增大,套管强度的降低程度也随孔深增加而增大。     

酸性气田开发中腐蚀对套管强度的影响

在酸性气田的套管服役过程中,酸性等腐蚀条件会引起套管的腐蚀,套管腐蚀都会降低套管的有效强度,从而影响套管的抗挤强度和抗内压强度。研究了腐蚀孔引起的应力集中对套管强度的影响。将套管的腐蚀孔看成是类圆形腐蚀孔,以弹塑性力学的知识建立了计算套管腐蚀孔引起的应力集中系数的数学模型,在此基础上建立了套管腐蚀后的剩余强度的计算模型。利用该文推导出的计算套管腐蚀后的剩余强度的计算公式,对影响套管强度的腐蚀孔参数进行了分析,分析了套管剩余强度随着腐蚀孔开口直径和腐蚀孔开口深度这 2个参数变化而变化的关系。     

有机盐钻井完井液对套管油管钢腐蚀速率的影响

模拟油气田腐蚀环境,利用高温高压釜,采用SEM和EDS技术,辅以失重法,考察了常用套管油管钢P110、N80、HP13Cr以及超深井用套管钢VM140在有机盐钻井完井液中的腐蚀行为.结果表明,HP13Cr钢几乎不腐蚀,P110和VM140钢为轻度腐蚀.N80钢为中度腐蚀,随着腐蚀天数的增加,HP13Cr、N80和VM140钢的腐蚀速率都随之增大,只是HP13Cr和VM140钢的腐蚀速率增大不明显,P110钢的腐蚀速率却随之减小.     

外应力对套管腐蚀速率的影响

受腐蚀性油气介质的影响，油气井套管在生产过程中将发生腐蚀，从而导致服役管柱的损坏，除化学腐蚀外，管体中由于流体压力而产生的应力也将影响管柱的腐蚀。针对管体所受外部应力会加速腐蚀速率、严重缩短管柱服役寿命这一现象，结合化学力学效应理论，分二向应力和三向应力2 种情况，建立了外应力影响套管腐蚀速率的解析模型，给出了计算应力影响管柱寿命衰减的解析公式。算例计算结果显示，该模型所得结果与目前文献中应力对腐蚀速率的影响实验研究结果相符；管柱所受应力越大，管柱实际寿命衰减得越快。该结论对精确确定管柱的寿命具有重要的参考意义。     

甲酸盐对套管/油管腐蚀速率评价方法与影响因素

由于目前还没有关于甲酸盐腐蚀速率评价标准,借鉴国内外金属腐蚀速率评价方法,提出甲酸盐对石油钻完井用的套管/油管腐蚀速率评价方法。实验采用金属挂片失重法,使用CGF-Ⅱ高温高压静态腐蚀仪,研究了甲酸盐种类、甲酸盐生产工艺、pH值、钢材材质、密度、缓冲剂等因素对腐蚀速率的影响。结果表明,甲酸钠对TP140钢材腐蚀速率是甲酸钾的2倍多,因为甲酸钠中Cl元素含量（0.619%）大于甲酸钾（0.024 3%）;由于生产工艺不同,甲酸钾A中S元素含量（0.18%）大于甲酸钾B（0.047 7%）与C（0.04 6%）,因而前者的腐蚀速率远高于后2者;酸性条件下甲酸盐对钢材腐蚀程度较为严重,现场应用的甲酸盐盐水需使用碳酸钠/碳酸氢钠或碳酸钾/碳酸氢钾进行缓冲;TP140在甲酸钾盐水中的腐蚀速率是BG13Cr、JFE13Cr中腐蚀速率的20倍,表明甲酸钾对不锈钢的腐蚀速率远低于对碳钢的腐蚀速率;因为高浓度的HCOO-离子才对钢材腐蚀有一定保护作用,所以TP140钢材在1.20 g/cm3甲酸钾盐水中的腐蚀速率是1.40~1.57 g/cm3甲酸钾盐水的2倍多,因此在使用低密度甲酸盐体系时需加入缓蚀剂。上述实验结果为石油钻完井过程中使用甲酸盐水时的防腐工作提供了实验依据。      

钻柱尺寸变化对套管磨损的影响

随着复杂结构井的出现,套管磨损问题日益凸显。在复杂结构井的钻井过程中钻柱尺寸变化难以避免,因此定量评估钻柱尺寸变化对磨损套管的影响是十分必要的。在月牙形套管磨损形状的假设下,根据钻柱尺寸与套管磨损截面之间的几何关系,建立了单一尺寸钻柱与复合钻柱所造成的月牙形套管磨损深度的计算模型并在此基础上探讨了钻杆接头尺寸变化对套管磨损深度的影响规律;采用ANSYS软件对不同磨损深度和磨损半径的磨损套管进行抗挤强度分析,得出了钻柱尺寸变化对磨损套管剩余抗挤强度的影响规律。     

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。     

N80油套管在油田采出液中的腐蚀与磨损协同作用研究

以长庆油田分公司樊家川油田采出液为介质,在自制的腐蚀磨损试验机中对比研究了N80油套管钢在其中的动静态腐蚀、腐蚀磨损以及缓蚀剂对腐蚀磨损(自行研发的NYS-9缓蚀剂)的协同作用。结果表明,在动态试验中,腐蚀产物膜在流体剪应力的作用下,使得N80油套管钢的局部腐蚀比静态试验严重得多;腐蚀磨损试验初期腐蚀磨损速率较大,随后逐渐减缓;NYS-9缓蚀剂对N80油套管钢具有很好的保护作用,加入缓蚀剂的质量分数为100×10-6时,缓蚀率可达到82%以上。     

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。     

偏心磨损套管应力分布的双极坐标解答

因井眼狗腿度和钻柱的受力变形造成套管内壁磨损,导致套管抗挤毁强度和抗内压强度降低。内壁磨损套管的横截面形状多为月牙形,很难得到其应力分布的解析解。文章将其简化为偏心圆筒模型,并把直角坐标向双极坐标转换,得出了偏心磨损套管在内外压联合作用下应力分布的解析解。以139.7 mm×7.7 mm-N80套管为例,得出了套管剩余壁厚为4.2 mm时,偏心圆筒模型的应力分布曲线,确定了影响磨损套管应力分布的主要因素。     

超深定向井钻井中钻井参数对套管磨损量的影响

由于超深定向井井深较深,在技术套管封固之后下部地层钻进时间长,期间钻具与套管发生接触磨损,套管强度降低。在套管钢级一定的条件下,影响套管磨损的钻井因素主要有转盘转速、机械钻速、钻井液密度与类型、钻具组合等。以XG-X井为例,研究了这些重要因素对磨损量的定量影响。计算结果表明转盘转速、机械钻速对套管磨损影响最大;定量计算了该井当前条件下在不同的机械钻速、转速下的套管磨损量,给出了机械钻速—转速—磨损量关系图版,由于机械钻速和转速在一定范围内可以调节,实际钻井过程中可根据本研究结果合理地搭配机械钻速与转速,以减少套管磨损,提高套管寿命,延长油井使用年限。     

复杂结构井磨损套管连接螺纹的三维力学行为

随着水平井、定向井、大位移井及大斜度井钻井技术在石油钻井工程中的广泛应用,由钻柱与套管间侧向接触力引起的套管连接螺纹磨损问题日益突出,导致了修井周期缩短,开采成本增加,成为制约钻采工程效益的主要因素之一。近年来,不少学者对套管磨损问题进行了大量研究,但均集中于套管非连接部分,而复杂结构井中磨损套管连接螺纹的三维力学行为研究鲜见报道。针对上述问题,基于虚功原理、Von Mises屈服准则以及接触非线性理论,建立了磨损套管连接螺纹的三维数值仿真模型,研究了复杂结构井中套管的上扣特性以及固井条件下磨损深度、磨损开度与井眼曲率对套管连接螺纹的影响。研究结果表明:磨损与井眼曲率对套管连接螺纹的应力状态影响极大,常见的某些工况会导致套管螺纹的连接性能和密封性能降低,考虑到服役后开采时的压力波动,常规的水平井、定向井、大位移井及大斜度井弯曲段套管连接螺纹的设计和选型应着重考虑磨损和井眼曲率的影响;针对设计曲率井眼中的每种待选螺纹类型,都应考虑可预见的磨损进行精细化数值计算,以确保其安全工作。     

套管内壁磨损对其抗挤毁性能影响的有限元分析

运用有限元法,建立起计算模型,对内壁管损套管的抗挤毁强度进行了定量计算,并与 全尺寸实物试验结果进行了对比。指出套管的抗挤毁强度与内壁磨损程度基本成线性关系。同时指出,在计算套管的抗挤毁强度时,用均匀磨损模型代替非均匀磨损模型,计算结果有较大误差。     

长庆H油井套管的腐蚀与开裂机理研究

长庆油田油井套管的严重破损已给油田生产造成了很大经济损失。针对长庆油田某区块H油井J55套管的腐蚀与开裂进行了宏观和微观区域形态组织分析，用自制局部电解平面加工仪进行应力测试．用小平面剥层加工后，通过X射线应力仪测试了残余应力沿管壁厚度的分布。分析了腐蚀坑的形成和发展过程以及径向应力分布对裂纹的影响。研究认为。H油井内部的特殊环境导致了其中H74套管的菊花状腐蚀形貌和串状腐蚀的破坏形式，某些部位涌出的较强腐蚀介质降低了某些部位的腐蚀电位而促进了腐蚀的发展。分析结果表明，H油井J55套管腐蚀裂纹主要是由于HCO3^-、CO3^2-和Cl^-的作用形成的，其破坏是在其壁厚腐蚀减薄到某一尺度时内应力值大于剩余强度而引起的，它是串状腐蚀和径向拉应力共同作用的结果。细茵腐蚀也是套管腐蚀影响因素之一。     

高含硫气田套管腐蚀情况实验研究及建议

在我国近年对高温高压酸性气田的开发过程中,天然气中的H₂S和CO₂对套管造成了严重腐蚀,套管在服役过程中腐蚀穿孔和刺漏现象时有发生,对油气井安全生产威胁极大。为此,在实验室条件下采用自行设计的高温高压循环流动釜,模拟研究了四川盆地某气井中的套管在超高温高压高含H₂S和CO₂的条件下的腐蚀情况--井深4 944～5 738 m井段流速太低、套管壁会有水膜、元素硫附着、积水及腐蚀严重。实验以该气田在役使用的3种套管材料为研究对象,分别研究其在不同采气期（携水采气期和积水采气期）的腐蚀情况。根据实验获得的数据并结合API 579适用性评价方法,计算出被腐蚀套管的抗挤强度和抗内压强度,进而预测套管的安全服役寿命。结果表明：①该井的套管在携水采气期的腐蚀程度较积水采气期的腐蚀程度轻微;②随着开采年限的增加,套管的抗内压强度和抗外挤强度均呈直线下降;③在实验环境下根据剩余强度曲线图预测3种套管的安全服役寿命至少还有10年。建议在气田的开采过程中应尽量增加携水采气期的开采时间,从而延长套管的安全服役寿命。     

蠕变地层水泥环特性对套管应力的影响

蠕变地层套管应力计算是采取套损预防措施的依据,目前采用非均匀地应力作为套管水泥环力学模型边界条件的套管应力计算方法与实际情况不符。提出了蠕变地层套管应力计算应将均匀地应力作为其边界条件的有限元力学模型,并分析了水泥环椭圆度和弹性模量对套管应力的影响:当水泥环弹性模量小于等于地层弹性模量时,套管最大应力出现在最小水平地应力方向,反之则出现在最大水平地应力方向;套管峰值应力随着水泥环椭圆度的增大而增加,套管由缩颈损坏转变为挤扁损坏;蠕变地层水泥环弹性模量与地层弹性模量和井眼椭圆度之间存在合理的匹配关系,改变水泥环弹性模量是降低蠕变地层套管应力的最有效方法。该规律的得出有助于加深套损机理的认识和套损预防措施的实施。（）     

地层水在固井水泥中的渗透及对套管的腐蚀

介质渗透是固井水泥发生各种腐蚀的必要条件,也是套管外壁发生腐蚀的首要条件。模拟固井水泥的实际应用环境,将套管钢嵌入G级固井水泥中,采用开路电位法和动电位扫描极化法,研究了含饱和CO₂地层水介质在水泥中的渗透和套管的腐蚀。结果表明,动电位扫描极化法和半电位法都便于测定介质在固井水泥中的渗透时间。由极化曲线特征可知氯离子发生了优先渗透,水泥包覆下套管的腐蚀受阳极过程的电化学和扩散步骤共同控制。介质在水泥中渗透初期,钢的腐蚀速率很低,CO₂的渗入起到了阳极去极化的作用,使钢的腐蚀逐渐增大,并最终形成较严重的局部腐蚀。固井水泥的渗透深度与时间呈幂函数关系,指前因子和幂指数分别为0.85和0.62,故随着水泥环厚度增大,渗透时间缓慢增加。