考虑残余应力的套管整形修复尺寸界限研究

变形套管经冲击整形后套管内存在残余应力,为了真实模拟套管冲击整形过程,探讨套管整形修复尺寸界限,采用ANSYS软件建立了变形套管冲击整形非线性接触三维有限元模型。以P110钢级、壁厚12.65 mm的177.8 mm(7 in)套管为例,分别对不考虑套管残余应力和考虑套管残余应力2种情况进行研究。研究结果表明,考虑残余应力的套管整形修复尺寸界限比不考虑套管残余应力的套管整形修复尺寸界限减小了4 mm,且考虑残余应力的套管整形修复尺寸界限与试验结果更接近。该研究结果为套管整形修复技术提供了理论参考,对于现场套管整形修复作业有一定的理论指导意义。     

套管整形修复技术研究及应用

针对晋45断块油水井套管因受膏岩层非均匀载荷挤压套管变形的实际情况,地面进行了标准套管与变形套管的爆炸胀形试验、爆炸整形对套管材质的影响试验,研制了适用于3500m以内井深的爆胀器材和施工工艺,该技术利用电缆或油管传输将炸药下放到变形位置引爆而达到整形目的。经对晋45断块12口井43井段进行爆胀整形修复施工,成功率100％。     

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。     

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。     

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。     

爆炸整形技术在修复变形套管中的应用

为解决套管缩径、弯曲、错断等变形情况直接影响油井生产的问题。采用爆炸整形技术修复变形套管。该技术是利用炸药爆炸产生的高压冲击波胀开变形套管,打开通道,达到修复的目的。文中根据苏东238井现场应用情况,对该技术的基本原理,装置结构,施工工艺等,进行了分析研究和经验总结,并提出一些建议。经现场应用证明,该技术结构简单,使用安全,成本低廉,具有较好的推广应用前景。     

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。     

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。     

ERW套管与无缝套管残余应力及外压挤毁试验研究

为了促进国产直缝电阻焊(ERW)套管在油田的广泛应用,对ERW套管与无缝套管的尺寸精度、残余应力和管体挤毁压力进行了试验研究.结果表明,国产ERW套管在几何尺寸、残余应力及抗挤强度等方面和无缝套管相比有较大的优势.当其他条件相同时,采用ERW套管可解决选用套管的抗挤强度不足问题,满足石油行业对套管柱环空、抗挤的高要求.     

ERW直缝套管残余应力分布规律的研究

采用盲孔法配合计算机数据采集技术对 7种不同规格或状态的ERW直缝套管残余应力分布状态进行了测定。结果表明 ,ERW直缝套管上存在着较大的残余应力 ,个别区域的残余应力值达到材料的屈服极限 ,但焊缝及其附近区域的残余应力值较低 ;自然时效处理可以显著降低残余应力水平 ,特别是显著降低焊缝及其附近区域的残余应力水平 ,但其降低的程度与套管的直径大小有关 ,在相同条件下 ,小直径套管残余应力降低的幅度较大 ;在线热处理对其残余应力大小和分布的影响不明显 ,甚至有可能使焊缝及其附近区域应力水平升高 ;国产ERW直缝套管的残余应力水平与日本同类套管相当 ,可以替代同类进口产品。     

热采井套管残余应力计算新方法

为更好地解释热采井套管的损坏,对油田热采井套管选型做出指导,建立了热采井套管累积残余应力的计算模型.对克拉玛依油田百重7井区水平井的套管进行分析计算,得出了热采井套管残余应力计算的新方法和套管拉伸损坏的更好解释.     

套管水泥环组合应力计算边界条件分析

合理的套管应力计算是套管柱强度设计和套管损坏判别的依据。目前常用计算套管应力的方法是将非均匀地应力作用于已经形成的套管水泥环组合体之上,再根据计算结果进行套管应力及变形分析,而实际上非均匀地应力所引起的应力集中效应在固井之前已经在井壁岩石处释放,并不能作用到套管水泥环组合体之上。在非均匀地应力作用下一般形成椭圆形井眼,水泥凝固之前井壁岩石在非均匀地应力和井内液柱压力的作用下已经达到平衡,套管与水泥环组合不需要承担由非均匀地应力所产生的载荷,短期内套管水泥环组合承受均匀的液柱压力;油田长期开发过程中由于地层岩石具有流变性,逐渐将部分甚至全部垂向地应力转嫁到套管水泥环组合体之上,使其承受均匀地应力的作用,从而造成套管被挤扁和缩径。非均匀地应力形成的椭圆形水泥环改变了套管柱周向应力分布,但并不能将非均匀地应力作为套管水泥环应力计算的边界条件。      

带有橡胶筒的膨胀套管内残余应力分析

根据弹塑性力学有限元法,建立了带有橡胶筒的膨胀套管的有限元模型,该模型中建立了3对接触对单元,即芯头与膨胀套管内壁接触对;橡胶筒内壁与膨胀管外壁接触对;橡胶筒外壁与外层套管内壁接触对。详细分析了橡胶筒厚度在1.5-3.5mm内,膨胀套管内的几种残余应力的定量关系,分析了膨胀套管内不同位置处,套管内残余应力的不均匀性,而导致套管内金属晶格产生不均匀的流动性。根据残余应力的分布情况,在所研究的膨胀套管结构尺寸下,得出了橡胶筒厚度的最佳结构尺寸范围为1.7-2.0mm,在此范围内的橡胶筒厚度,可以改善套管内的残余应力分布和改善金属晶格的流动性,为带有橡胶筒的膨胀套管结构尺寸设计提供了理论数据。     

非均匀地应力下套管变形和整形复位分析

通过建立非线性有限元模型,用有限元软件对套管的承载能力进行分析。对套管的变形形态与地应力作用大小、应力范围之间的关系和非均匀地应力的求解进行了研究。用ANSYS中的非线性弹簧单元模拟地应力的作用,并建立了套管受压损坏后的有限元模型,对套管的整形修复过程进行了分析模拟,得到了在大港油田现有条件下可修复的套损套管范围。建立了套管修复后的力学模型,对套管再次受压变形损坏进行了预测,并与首次变形的计算结果进行了对比。     

N08825复合管焊接接头残余应力调整技术研究

采用基于振动时效的超声波处理技术,对N08825复合管进行残余应力调整处理与实时消除。研究表明:应力调整后,管道环向拉应力全部转换为压应力,改善了焊接接头的残余应力分布,实现了焊缝危险区的局部压应力化。同时,焊趾处高应力梯度区的消除减弱了应力陡变及应力集中现象,可有效降低该处高应力梯度区对管道力学性能、抗应力腐蚀性能的不利影响,提高复合管道的抗应力腐蚀性能与抗疲劳性能。     

地应力变化与油井套管挤毁规律研究

油井生产过程中,近套管地层地应力大小和不均匀性逐渐增加,并趋于原始不均匀地应力。生产中后期,套管腐蚀加剧,壁厚减小,管壁应力明显增加,套管易发生挤毁。为了探讨地应力变化与套管挤毁之间的关系,针对因腐蚀壁厚减小的套管,采用强度和稳定性理论进行挤毁规律研究。结合胜利油田某井场油井套管腐蚀情况,选取典型油井建立了套管计算模型。结合生产过程地应力的变化进行套管强度计算,得到生产初期和中后期不同壁厚套管的应力大小和剩余强度。对比不同壁厚套管的应力和失稳临界载荷,得知套管在壁厚腐蚀减小过程中首先发生失稳损坏,且生产中后期套管周围地应力大小和不均匀性明显增加,更易发生套管挤毁现象。所得结论可为初步研究套管在地应力变化时的挤毁机理提供理论依据。