非均匀磨损套管空间有限元分析

针对非均匀磨损套管进行了空间有限元分析,研究了磨损量、磨损长度、轴向拉力对套管抗内压强度的影响.计算结果表明非均匀磨损套管的抗内压强度随磨损厚度的增加而降低;不同的磨损长度对套管抗内压强度影响不明显,即抗内压强度主要受磨损厚度的影响;套管轴向拉力对其抗内压强度影响不大,并且这种影响随着磨损量的增加而逐渐减小.通过对磨损套管抗内压强度变化规律的研究,为合理制定井控措施提供了科学依据.     

月牙形磨损缺陷套管的抗内压强度研究

套管磨损多呈"月牙形",其直接后果是降低套管的抗挤强度和抗内压强度,如何计算磨损套管的抗挤强度、抗内压强度制约着如何安全地设计套管柱。因此笔者对"月牙形磨损"套管在不同磨损程度时的周向应力进行研究,并重点对其抗内压强度的计算方法进行了探索。笔者以P110的95/8 in套管为例,建立了计算磨损套管周向应力的解析模型,并用弹塑性有限元方法建立了套管的有限元力学模型,通过有限元分析来验证解析模型的正确性,最后以此为基础得出了磨损套管的抗内压强度计算公式。     

月牙形磨损套管抗内压强度计算

将内壁磨损套管月牙模型简化为偏心圆筒模型,通过直角坐标向双极坐标的转换和选取曲线坐标中表示应力的复势,得出了偏心磨损套管等效应力和剩余抗内压强度计算方法。磨损套管等效应力解析解和数值解对比分析表明,随着磨损深度的增加和作用在内表面压力的增大,磨损套管危险截面内、外表面的等效应力呈指数增大;磨损套管抗内压强度随磨损深度线性减少。采用双极坐标公式计算偏心磨损套管等效应力与有限元分析结果相差小于0.9%。偏心磨损套管抗内压强度理论解和月牙形磨损套管抗内压强度试验值之间相对误差小于10%。将月牙形磨损套管简化为偏心圆筒模型,采用偏心磨损套管抗内压强度公式计算月牙形磨损套管抗内压强度是可行的。     

石油套管偏磨后剩余强度的模拟分析

基于钻柱接头与套管磨损试验结果,采用Dawson和White的能量损失磨损理论计算得到套管磨损系数。运用ABAQUS建立钻柱接头-套管偏磨的三维有限元模型,采用二次开发的Umeshmotion子程序和Arbitrary Lagrange-Euler自适应网格技术准确模拟钻进过程中的套管局部偏磨过程,并对磨损后的套管的剩余抗挤和抗内压强度进行分析。结果表明：套管磨损后的形状为“月牙形”,且磨损最大深度与磨损时间呈非线性关系,而套管剩余强度与磨损最大深度近似呈线性关系;套管磨损对剩余抗挤强度影响最大,当剩余壁厚小于50%时,套管失去抵抗外挤作用的能力, 但仍然具有一定的抗内压强度;发生偏磨后的套管被外挤和内压载荷作用而破坏的形式分别为挤扁毁坏和拉断毁坏。     

基于Abaqus磨损套管抗内压强度数值分析

本文分别按平面模型和空间模型,研究磨痕深度和磨痕长度对套管抗内压强度的影响。得出套管的抗内压强度是随着磨痕深度和长度的增加而降低的。同时把平面模型的结果与根据最小壁厚由API抗内压强度公式计算的结果做了比较,前者在磨损的情况下比后者要小。对于空间模型,随着磨痕长度的增加,抗内压强度趋近于一个下限值。     

月牙型磨损套管抗内压强度有限元计算

在油田钻井过程中,由于钻具在井中旋转及起下钻会对套管内壁造成磨损,导致其抗内压强度降低,对油井安全构成威胁。本文使用有限元分析软件ANSYS建立套管模型,简化为平面应力问题进行分析,研究当套管内壁取不同磨损量,对磨损后套管施加载荷,计算在不同磨损量下套管的抗内压强度。结果表明,在一定的内压力范围内,套管的抗内压强度与内壁的磨损量基本成线性关系。分析结果为油井管柱下套管提供理论指导。     

非均匀载荷下磨损套管抗挤强度研究

针对非均匀载荷下套管磨损后抗挤强度降低的问题,将磨损简化为套管的壁厚不均度和内壁不圆度几何缺陷。在此基础上,建立了非均匀载荷下磨损套管抗挤强度计算方程。该方程计算值与试验值的对比表明,该方程计算结果是可靠的,可为复杂地层磨损套管柱设计提供理论依据。研究表明,当载荷不均匀程度较小时,磨损对套管抗挤强度的影响较大;当载荷不均匀程度较大时,磨损对套管抗挤强度的影响较小。     

内压对射孔套管强度影响的有限元分析

射孔对套管抗挤强度的影响程度取决于多种因素.主要研究内压对射孔套管强度的影响.建立未射孔套管、不带水泥环射孔套管、外裹水泥环射孔套管有限元模型,并应用ANSYS有限元软件分析计算了未射孔、射孔及孔边开裂三种情况下套管的最大应力,同时研究了水泥环对射孔套管强度的影响.结果表明:射孔套管最大应力比未射孔套管增大了64%,孔...     

特殊螺纹石油套管连接性能力学分析及计算

应用弹性力学、结构力学等经典力学知识,以20in-ZSB螺纹套管为研究对象,对其相关的连接性能进行力学分析及计算,计算内容包括:螺纹连接的自锁性、拧紧力扭矩、拧紧所需的圈数、抗拉强度、抗弯强度、抗内压强度等.计算结果表明:ZSB螺纹套管具有较强的抗挤压、抗拉伸、抗弯曲载荷的性能和装拆效率高等特点.计算方法和力学模型的建立,对今后特殊螺纹石油套管产品设计计算,有一定的参考价值.     

水基泥浆中P110钢级套管耐磨性能和磨损机制分析

在下入套管的井中继续钻进会导致套管不同程度的磨损,磨损后套管强度降低会威胁试油完井作业的安全。采用环块式钻杆-套管磨损实验机,研究P110套管在水基泥浆中的磨损性能,测试不同磨损时间、正压力和转速下套管的磨损效率和摩擦因数。通过套管磨损表面SEM图,分析套管磨损机制。结果表明:转速和正压力的变化对套管磨损程度的影响较大,随着正压力的增加,磨损效率增加,摩擦因数先变大后变小;随着转速的增加,磨损效率和摩擦因数均增加;低压力下套管会发生磨粒和疲劳磨损,高正压力下黏着、磨粒和疲劳磨损同时存在,主要为黏着磨损;减少套管和钻杆间的接触力可控制套管内表面的磨损。     

冲击-滑动工况条件下套管磨损机制图像分析

为实验验证套管磨损机制的理论研究,在冲击-滑动工况条件下进行了套管磨损的试验研究。运用SK2005工业显微镜、铁谱显微镜和扫描电镜,对套管磨损试验后的磨擦磨损表面进行了显微图像分析。研究发现在冲击-滑动工况条件下,深井超深井套管磨损机制主要为接触疲劳磨损、粘着磨损和磨粒磨损,从试验角度验证了深井超深井套管磨损的主要原因是钻杆对套管的横向冲击。     

套管防磨工具评价系统设计

结合钻井工程实际与套管磨损分析技术，从影响套管防磨工具选择的因素及其构成关系入手，运用层次分析法对套管防磨工具的最优使用效果进行了综合评价，并建立了套管防磨工具的资料数据库。利用Visual C＋＋编制了套管防磨工具使用效果评价软件。该软件不仅具有套管防磨工具使用效果综合评价的功能，而且还具有信息的存储、修改等功能，其界面比较友好，操作比较方便，便于工程技术人员掌握，具有很好的实用价值。     

全尺寸石油套管冲击滑动复合磨损试验机的研制

介绍了一种新型石油套管磨损试验机的工作原理和检测方法,该试验机能模拟存在钻井液介质润滑条件时钻杆接头外壁与套管内壁之间以恒定加载、脉动加载或冲击加载工况下的套管磨损状况。试验前钻杆接头试件被固定在一个可上下直线运动的滑动平台上,固定不动的套管试件有间隙地套住钻杆接头试件。试验时利用变频调速电机驱动钻杆接头试件旋转,同时由液压伺服系统推动滑动平台下行带动钻杆接头试件外壁挤压套管试件内壁实现恒定或脉动加载,或者由偏心轮机构驱动滑动平台先上行后下落来带动钻杆接头试件对套管内壁进行冲击。在数据采集方面该试验机综合利用多种传感检测技术、数据采集和软件处理方法实现了对试件的线性磨损量、接触载荷、摩擦因数和近摩擦表面温度等摩擦学参数的在线测试。初步试验结果表明可利用该试验机对套管磨损问题进行系统的试验研究,从而为深入研究套管磨损机制提供技术支持。     

基于不同冲击频率条件下的套管磨损表面分形特征及磨损机制研究

选取TP140套管在自行研制的套管磨损试验机上进行磨损试验,利用表面形貌仪测量在不同冲击频率条件下的套管表面磨损形貌,选用结构函数法考察磨损形貌的分形特征,使用拟合误差法确定分形曲线的无标度区间并计算分形维数,利用扫描电子显微镜分析其磨损机制。结果表明:在不同冲击频率条件下的套管表面形貌存在明显的分形特征,但分形维数会随频率的不同而有所变化。从光学图像和扫描电镜图像可以看出磨损机制主要有粘着磨损和犁沟。     

深井、超深井套管磨损机理及预测技术研究

概述了近年来深井、超深井套管磨损机理及预测技术的研究动态，讨论了套管磨损主导机理及其影响因素的几种观点，重点分析了磨损效率模型的特点，明确了深井、超深井套管磨损研究的主要发展方向。     

一种新型套管磨损表面形貌检测装置的研制及应用

介绍了一种自行研制的套管表面形貌检测仪的结构、工作原理。以S135钻杆和P110套管为摩擦副,以不同的钻井液（清水和不同成分的泥浆）为中间介质,在套管磨损实验机上进行了磨损实验,采用研制的套管表面形貌检测仪测试了摩擦副磨损表面形貌。测试结果表明,自行设计的套管表面磨损检测仪可检测套管磨损表面形貌,并可用于计算表面形貌参数。结合磨损条件,该检测仪可以分析套管的摩擦磨损性能。     

桥塞卡瓦坐封下套管磨损机制研究

在油田开发中桥塞是主要井下工具之一,在不同的密封压差下,不同材料的桥塞卡瓦对套管产生不同的损伤。在SRV型摩擦磨损试验机上进行卡瓦磨损套管试验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDAX)对套管磨损表面的形貌及元素成分进行分析。结果表明:套管的磨损性能与载荷和接触的卡瓦材料有关;随着卡瓦材料的硬度和载荷的增加,套管的磨损加重;在重载荷作用下,套管磨损机制主要为接触疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,表面犁沟现象明显。     

油(套)管标准与我国压力容器用管材标准规范比对研究

对油(套)管标准和我国压力容器用管材标准规范进行了比对分析,掌握了油(套)管标准与我国压力容器用管材标准规范对材料的制造方法、化学成分、力学性能等方面的要求之间存在的差异,可以为储气井专用钢管材料国家标准的制定以及为企业研制储气井专用钢管提供参考。