膨胀套管中的残余应力问题

为探求套管径向扩张膨胀后的残余应力大小、产生原因及对套管性能的影响,进行了套管的实物膨胀试验,用切环法对膨胀后套管的横向残余应力进行了测量分析,发现套管膨胀后具有高的环向收缩残余应力,这种残余应力削弱了套管的抗挤强度。分析了套管膨胀后残余应力较高的原因,认为套管膨胀过程中的不均匀变形是套管膨胀后残余应力大的主要原因。介绍了衡量套管不均匀变形程度的指标-截面形状变化指数,并用试验数据对该指标的应用进行了检验。最后从制管工艺及膨胀工艺2方面提出了减弱套管膨胀后残余应力的措施。     

膨胀套管中的橡胶筒尺寸设计分析

根据带有橡胶筒的膨胀套管有限元力学模型,对套管膨胀过程中橡胶变形和套管内的应力变化、橡胶筒两侧的接触压力,以及摩擦因数引起的膨胀参数变化等做了分析研究;对橡胶筒的厚度、长度做了定量和定性分析,发现在橡胶与套管之间的接触摩擦因数作用下,橡胶过长将会在纵向产生“堆积”现象,在有限空间中,使其受较大的接触压力而失效。研究结果表明为了使橡胶筒能有足够的支承力支承套管,可在膨胀套管外面安装多个橡胶筒,相邻橡胶筒之间的间距必须大于2.5倍的橡胶筒纵向伸长量,以免橡胶筒纵向伸长后相互间干扰而形成“堆积”现象。推荐本膨胀结构尺寸中橡胶筒壁厚1.7~2.0mm,橡胶筒长度170~250mm为最佳范围。     

残余应力对套管抗挤强度影响的有限元分析

在套管的生产过程中会产生残余应力,这种残余应力将大大降低套管的拉伸屈服极限及压缩屈服极限,进而降低套管的抗挤强度。长期以来,这个问题一直没有引起人们的充分重视而加以克服。根据弹性力学理论,建立了套管的力学模型,通过有限元分析和计算,得到了存在残余应力情况下套管的抗挤强度。研究表明,残余应力在很大程度上影响着套管的抗挤强度,因此,为了提高套管的抗挤强度,应尽量降低管体的残余应力。     

等井径膨胀套管螺纹接头的应力分析

等井径膨胀套管技术可实现无内径损失钻井,是钻井完井领域的革命性技术。作为其核心技术之一的膨胀套管螺纹接头在膨胀成形时易发生断裂或漏失,这是制约该技术发展的主要难点。鉴于此,根据塑性变形的基本理论,选取新型孪生诱发塑性钢TWIP作为螺纹接头材料,采用ABAQUS有限元分析软件建立模型,模拟膨胀套管螺纹接头的成形过程,并分析螺纹接头成形过程中应力-应变的变化规律以及膨胀后螺纹接头的残余应力分布情况。分析结果表明,螺纹接头成形过程中根部和螺纹顶部为薄弱环节,成形后轴向及周向存在较大残余应力。研究结果可为等井径膨胀套管螺纹接头承载性能的后续研究提供参考。     

用有限元法分析石油套管定径产生的残余应力

为消除石油套管轧制和热处理后的尺寸及圆度误差等,一般要采用定径工艺。而作为石油套管制造最后生产环节的定径工艺决定了石油套管的尺寸和几何形状,同时也影响其机械性能。文章研究满足石油套管的尺寸和圆度要求下的定径量与残余应力的关系,进行石油套管定径时的变形规律分析,以便减小定径工艺产生的残余应力,获得最佳的定径效果,提高石油套管的机械性能,为定径工艺的制定提供理论依据。     

套管膨胀后抗挤毁性能的有限元模拟分析

采用弹塑性有限元建立了可膨胀套管膨胀和挤毁过程的力学模型,对N80钢级材料的φ114.3 mm膨胀套管在不同膨胀率条件下膨胀后的挤毁强度进行了计算,给出了采用API 5C3标准和有限元法计算的膨胀后套管挤毁强度以及膨胀后挤毁强度与残余应力之间的关系曲线,发现用API 5C3标准计算膨胀后套管的挤毁强度存在较大缺陷,以及随着套管膨胀后残余应力增加,膨胀后套管的挤毁强度降低.     

国产高抗挤套管残余应力初探

残余应力是影响套管挤毁抗力的主要因素之一 ,选择适当的热矫直工艺 ,将降低残余应力 ,提高套管的抗挤性能。本文通过对国产 2 4 4 .5× 11.99TP— 110 T高抗挤套管残余应力的分析测试 ,研究了残余应力的产生过程、测量和控制方法 ,探讨了残余应力对挤毁压力的影响。     

水平井套管柱下入摩阻三维壳单元有限元分析

水平井固井中，下套管时套管柱会与井壁大面积接触，由于井眼曲线是不规则的空间曲线，套管柱细长而柔性大，无法进行精确解析分析。为此，采用三维壳单元有限单元法，并考虑几何非线性大位移，解决了套管柱与井壁的接触问题，较精确地求出了套管柱各部位的应力和位移，可有效地确定扶正器合理位置。从绘制的变形图和应力分布图中可清楚看到管柱的变形和应力分布状态。     

热采井循环注蒸汽套管残余应力研究

针对稠油热采注蒸汽几个循环周期后套管损坏的现象,指出了注蒸汽循环残余应力是导致后几个循环周期套管损害的主要原因之一,并引入广义Saint-Venant模型,考虑材料的鲍辛格效应和单向累积效应,建立了循环注蒸汽残余应力模型。通过实例分析确定了N80套管残余应力变化规律。     

套管钻井扭转残余应力对套管抗挤强度的影响

套管钻井中套管管柱的旋转动力来自井口所施加的扭矩。讨论了在套管钻井中不同扭矩下扭转状态的确定方法，对应不同的扭矩，套管具有弹性、弹塑性和塑性三种不同的扭转状态；讨论了不同扭转状态下残余应力的分布情况，计算了在弹塑性扭转和塑性扭转情况下的平均残余应力，推导了考虑残余应力影响下的套管抗挤强度修正公式。算例分析结果显示，在发生弹塑性扭转的情况下残余应力使套管抗挤强度下降了0．033％，在保证管体不发生几何形状改变的条件下，可忽略残余应力对套管抗挤强度的影响。     

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膨胀套管在我国还处于探索研究阶段，章用弹塑性有限元接触问题建立了可膨胀套管膨胀过程的力学模型，对N80钢级材料的Φ114．3mm套管膨胀至Φ139．7mm进行了膨胀过程详细的计算机仿真研究，给出了摩擦系数为0．0、0．05、0．1和0．15时，膨胀套管内等效应力、套管内的残余应力随活塞位置变化的定量曲线。在大量数值模拟的基础上，得出了膨胀套管内的残余应力随摩擦系数的增大而减小的规律，最大等效应力发生在活塞锥体部分的膨胀套管内。     

叠片式可膨胀套管扶正器设计

套管扶正器的作用是使套管在井眼内居中，保证固井时水泥浆均匀凝固在套管与井壁所形成的环形空间内，从而提高固井质量。传统的套管扶正器满足不了可膨胀套管的扶正要求。将套管扶正器环箍设计为可随膨胀管的膨胀而连续膨胀结构，成为叠片式可膨胀套管扶正器，解决了膨胀管在井眼内扶正居中的问题。     

膨胀套管的弹塑性理论分析

分析认为，膨胀套管在膨胀过程中先进入弹性阶段，然后进入弹塑性阶段，最后进入塑性流动阶段。采用弹塑性分析方法，对膨胀套管膨胀过程中套管内壁的受力与变形进行了研究，模拟了其成形的过程，并建立了解析解，为膨胀套管膨胀操作过程中确定关键操作参数提供了理论支持。根据推导出的力学模型，计算出了外径107．9mm、钢级为J55的膨胀套管膨胀到直径139．7mm时膨胀芯头拉头处的轴向力为195．94kN。     

基于残余应力的热采井套管安全评价分析

针对热采井中套管接头螺纹发生漏失和滑脱现象,采用有限元数值模拟,得到井筒的温度场分布,将温度场导入到应力场中计算套管残余拉应力与吞吐周期的变化规律,并进行曲线拟合,建立了适合于蒸汽吞吐过程中套管残余应力评估的关系式;结合套管的剩余强度和极限剩余强度对套管进行了安全评价。该研究结果为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供了理论依据。     

扩张式封隔器胶筒力学性能分析

为了适应海上油田大排量反洗井的要求,开发了液控扩张式封隔器可洗井分注技术。对扩张式封隔器胶筒材料进行了力学性能测试,并系统地进行了封隔器胶筒结构有限元分析技术的研究。研究结果表明,封隔器胶筒橡胶的应力-应变呈非线性关系,随着温度的升高,橡胶材料强度会变弱,在温度为65℃时橡胶材料强度达到最低,继续升高温度,橡胶材料强度又会增加;当封隔器处于内压20.0 MPa工作状态时,上、下胶筒座的应力水平最高,最大Mises应力为413.2 MPa;在胶筒中,外层胶筒两端应力水平最高,可达46.4 MPa,胶筒两侧应变能密度最大;封隔器处于工作状态时,其肩部变形最大,伴随着压力的增加,变形的趋势减缓,应变能密度与工作压力基本呈直线关系。所得结果可为扩张式封隔器的结构设计提供理论依据。     

应用于套管补贴的膨胀管技术

针对常规补贴套管技术无法满足长井段、高井温的要求以及施工工艺复杂、工序多、修复后井眼内径变化较大的问题,提出了膨胀管补贴套管技术。介绍了该技术的技术原理、技术关键、施工方法。该技术克服了以往套管补贴技术存在的不足,具有施工工艺简单、套管修复后能产生永久性密封且井眼尺寸变化小等特点,具有广阔的推广应用前景。     

屈服强度对膨胀管残余应力分布的影响

为了获得膨胀管膨胀后的残余应力分布,应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟膨胀管膨胀过程.膨胀管材料采用双线性随动硬化模型,改变材料的屈服强度,得到了残余应力随屈服强度的变化趋势,为膨胀管材料的选取、过大残余应力的预防和消除等工作提供了依据;改用应变率相关的材料模型,验证了应变率效应对残余应力的影响,对膨胀管材料...     

等井径膨胀套管技术发展现状

等井径技术是膨胀套管技术的发展方向,该技术可以在钻井过程中保持无内径损失钻进,实现全井采用同一尺寸的套管完井,从而消除井眼锥度,降低建井成本,拓展现有钻探区域。介绍了等井径技术的原理和技术优势,阐述了等井径膨胀套管系统的技术发展及应用情况。