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直焊缝套管的开发和应用

介绍了ＥＲＷ石油套管的发展现状及使用情况。通过对我国近年来卷板轧制、管材制造及管加工等技术水平综合分析,认为,在我国建造ＥＲＷ石油套管５生产线是必要的、可行的、文章着重介绍了宝鸡石油铜管厂从美国ＰＭＣ公司蝗套管接箍生产线的工艺技术装备情况和该厂进行ＥＲＷ石油套管的研制开发、质量检测以及在各油田下井试验等方面情况。经过一系列性能指标的检测试验和油田实验应用,证明生产的ＥＲＷ表层套管、油层套管以及接箍     

ERW直缝焊管排辊成型过程模拟与试验研究

采用大型非线性有限元软件Marc对ERW直缝焊管的排辊成型过程进行了模拟,获得了管坯各截面形状和管坯应变场分布.分析了带材成型过程中的变形情况与试验的对比以及应变的分布规律,为ERW焊管机组的孔型设计及排辊调整提供理论依据.     

X80级JCOE直缝埋弧焊管残余应力估算与分析

残余应力大小是焊管质量的重要控制指标.分析了残余应力的产生原因,给出了以环劈法和切块法估算直缝埋弧焊管残余应力的公式,通过与实测数值的对比,证明导出公式可以正确反映管体内残余应力分布状态.结合生产工艺对φ1016 mm×18.4 mm、X80钢级直缝埋弧焊管残余应力成因及分布特征进行了分析.     

磨损套管爆破强度应力应变分布规律研究

套管磨损后,其壁厚大大减薄,抗内压爆破能力大大下降,从而会造成大量的钻井事故或油气井早期报废。利用有限元分析软件,研究了有水泥环和无水泥环磨损套管模型爆破压力下的应力应变分布规律。研究结果表明,在逐渐加载至爆破压力的过程中,应变与加载内压的关系会由线性变为非线性;爆破压力下,磨损套管内外壁面的应力分布曲线在周向20°位置存在一个明显的转折点;套管外表面周向20～140°段径向位移会随着磨损量的增大而减小。     

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。     

高压厚壁ERW直缝油井焊管应用前景分析

对比、分析了直缝焊管与螺旋焊管和无缝管作油井管的优势,简要介绍了ERW油井管的生产流程和主要设备,提出了积极引进国外生产技术,生产ERW油井管的可行性和必要性。     

大口径直缝焊管扩径后外表面周向残余应力的估算

通过对直缝焊管扩径过程变形机制的分析,导出了用环劈法估算扩径后焊管外表面周向残余应力的公式.实测结果证实,用该公式估算的σθ能正确反映扩径后直缝焊管外表面周向残余应力的分布状态和峰值水平.但对于扩径前的直缝焊管,用该公式估算的σθ仅近似反映焊管外表面周向残余应力分布的中值水平.     

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。     

ERW石油套管的应用及市场分析

ERW套管和无缝套管相比,具有尺寸精度高、焊缝韧性好、抗挤压性能好、质量易于控制以及成本低等优势.在发达国家,ERW套管已取代了相当一部分无缝套管,用量占套管总用量的50%以上.我国在这一领域起步较晚,但近几年ERW套管的使用比例已有所扩大.分析了国内外ERW套管的生产制造现状和油井管的实际使用情况,可以看出,随着钢材冶炼技术的发展,ERW套管将会进一步扩大其在油井管中的比例.     

非均匀地应力下套管受力影响因素研究

在非均匀载荷作用下套管易挤毁失效,特别是在软岩层段中该问题尤其突出。为此,文中建立了非均匀地应力下、考虑水泥环界面不同接触状态的软岩层、水泥环和套管组合体力学模型,应用弹性力学半逆解法推导了水泥环和套管的应力、位移表达式,采用数值方法进行了求解。以某地区软岩层为例,研究了水泥环界面接触状态、地层力学参数、水泥环力学参数及几何参数、套管几何参数对套管受力的影响规律。研究表明,当界面完全接触时,套管受力最佳;当界面光滑接触时,套管受力最恶劣;在水泥环界面良好接触的条件下,提高水泥环力学性能、增加套管壁厚能改善套管受力。该模型及其力学分析程序可为非均匀地应力下固井工程设计提供参考。     

1Cr18Ni9Ti钢管多层对焊残余应力分布的研究

建立了奥氏体不锈钢圆管多层对焊残余应力的数值计算模型，该模型考虑了焊接过程中高温引起材料的物理性能常数和力学性能常数变化带来的非线性。焊接温度场采用三角差分法计算，在此基础上利用热弹塑性有限单元法计算分析了1Cr18Ni9Ti钢管多层对焊的残余应力分布。结果表明，这种钢管多层对焊后存在很大的残余应力，尤以圆管内表面焊缝附近区域的双向拉伸残余应力最大。这一结论已被残余应力实测及应力腐蚀敏感性实验所证实，表明在正常焊接工艺条件下多层对焊1Cr18Ni9Ti钢管受焊接残余应力的影响，其抗应力腐蚀性能较差。     

赵凹油田地应力分布与套管损坏关系研究

复杂的地应力条件是导致套管损坏的根本诱因之一。研究不同区域套损的主导因素，可以从设计施工方面采取措施防范于未然。应用有限元数值模拟的方法，建立了赵凹油田三维地应力模型，得到了与真实应力场最为接近的地应力空间分布，确立了地应力分布与套损的关系。研究结果表明，套损井分布在鼻状构造的“鼻梁”上，而且是在地应力从高变低的“台阶”上。为赵凹油田套损的防治提供了理论支持。     

非均匀地应力下套管水泥环受力研究

大多数套管损害是由非均匀外载引起的。以非均匀外载为前提,以弹性力学为基础。以套管-水泥环-储层岩体环组合系统为研究对象,对套管及水泥环在理想状况下受非均匀地应力和均匀内外压共同作用时的受力特性进行分析,并依据不同的接触条件推导相应的线性方程组。借助于计算机,计算不同地应力作用下套管、水泥环内部应力及表面受力分布,并可以分析水泥环弹性模量、水泥环厚度与套管接触情况对套管水泥环受力分布的影响。     

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。     

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。     

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。（）     

定向井套管应力随地应力条件的变化规律研究

基于坐标变换方法建立了适用于任意井眼轨迹的定向井套管应力三维有限元计算模型.以室内岩心试验结果和现场常用套管尺寸为基础,研究了三种不同地应力条件下软、硬地层内套管最大有效应力随井斜角、方位角的变化规律.地应力条件包括:上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力均匀、上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力非均匀,上覆岩层压力为中间主应力.计算结果表明,复杂的原地应力场、井眼轨迹及地层性质对定向井套管的受力状态有重要影响,各种组合条件下均存在井眼轨迹优选值.在油井设计时,应充分考虑这些特点,合理确定井眼轨迹.