壁厚椭圆度缺陷对膨胀套管性能的影响

套管的椭圆度缺陷对套管的强度等性能有显著的影响。利用有限元法建立了考虑壁厚不均缺陷的膨胀套管的非线性接触力学模型，进行了有限元模拟分析，得到了套管椭圆度在膨胀前后的变化规律及其对膨胀后套管力学性能的影响，为膨胀套管的设计和进一步研究提供了一定的理论依据。     

油套管膨胀对材料性能的影响

一项正处于研究阶段的新成果—膨胀式管柱技术引发了诸多兴趣，其中对几个课题的研究显示，该技术将来投入现场应用的前景充满生机。研究包括套管膨胀对材料机械性能的影响、抗硫化物应力腐蚀断裂性能及膨胀过程中周向（切向）应力分布等。本文提供了部分实验结果。　　在完井、修井方面，这项技术能提高完井的经济性、实施复杂地层的完井和通过现场修井（如在受损套管外包层）进行故障时完井，其技术工艺包括将心轴和润滑锥总成推入比锥体内径小的可膨胀管内以实现管柱的膨胀。本装置选材至关重要，各部件的材料应具有足够的强度、良好的塑…     

几何尺寸影响下的高钢级套管挤毁变形探讨

针对V140套管内封隔器不坐封且井下工具下入遇阻等问题,在某油田随机抽取6根139.7mm×12.09mmV140套管进行全面尺寸测量,确定椭圆度和壁厚不均度,然后选2根椭圆度变化较大的试样进行挤毁试验,模拟测试实际工况下套管变形情况。结果表明,椭圆度和壁厚不均度跳跃变化越大,套管越易变形,即套管抗挤强度越小;内壁椭圆度越大越易降低套管抗挤强度。因此,在套管生产过程中,不仅要使其椭圆度和壁厚不均度符合规定要求,还应使其变化跳跃性不要太大;不能忽略套管内壁椭圆度的变化,建议制订必要的套管内壁椭圆度控制规范。     

石油套管几何缺陷对抗挤强度的影响

在考虑几何缺陷等因素的条件下,建立了计算套管挤毁的有限元模型,并根据试验结果对模型进行了验证。该模型具有较高的计算精度,可用于石油套管挤毁计算的有限元模拟。将不圆度和壁厚不均度分开考虑,分别计算出其中一种缺陷因素影响下套管的抗挤强度。结果表明,理想圆管的承载能力高于存在几何缺陷的套管;不圆度对抗挤强度的影响较大;壁厚不均度的影响相对较小。     

膨胀管壁厚计算研究

膨胀管技术是在井下以机械或液压的方法使管材永久变形、完成油气井建井的技术。它不仅使井身结构产生变形，还大大降低油气井建井成本。管体膨胀后的壁厚是计算抗挤强度的关键要素，根据金属材料冷变形的原理，在对管柱膨胀进行力学分析的基础上，结合金属材料冷变形的体积不变原理，应用管子膨胀时的应力-应变关系推导出膨胀管壁厚变化的计算公式，同时编制了壁厚变化的计算软件。实验数据和计算结果的对比验证了该计算公式是可靠的。     

石油套管抗挤性能研究

以 139.7 mm×7.72 mm/9.17 mm SEW N80和P110套管为例建立几何模型,利用套管抗挤强度计算公式、有限元分析及套管挤毁试验研究了套管抗挤毁性能的影响因素。结果表明,径厚比、屈服强度是造成套管挤毁失效的主要影响因素;外径不圆度、残余应力的影响次之;壁厚不均度影响最小。另外,外径不圆度、壁厚不均度及残余应力的综合作用对套管的抗挤毁性能也有一定的影响。     

钻井膨胀管膨胀过程中不均匀变形的试验研究

模拟井眼中的钻井实体膨胀管膨胀时的力学环境 ,选用 35CrMo钢管 ,对实体膨胀管在 5种不同膨胀幅度下的管子壁厚不均度及不圆度的变化规律进行了试验研究。发现膨胀管在膨胀后其壁厚不均度及不圆度会比原来的增大 ;膨胀使管子某些管段出现了开裂 ,但在纵向上的不同管段管子出现缺陷的情况不同 ,说明钻井膨胀管膨胀过程中存在着较严重的不均匀变形现象 ,这种不均匀变形是造成膨胀后管子抗挤强度降低的一个重要因素。为此建议 :(1)对膨胀管的初始不均度及不圆度作出比API标准更严格的要求 ,使其膨胀后即使壁厚不均度及不圆度比原来的增大 ,也不至于增加太大 ;(2 )在井眼中实施膨胀管作业时 ,必须从膨胀工艺上采取措施减轻管子横向和纵向上的不均匀变形。     

套管膨胀过程中膨胀锥锥角对驱动力的影响

采用有限元方法模拟套管膨胀过程,求解了膨胀锥锥角不同时的液压驱动力,并分析了所需驱动力的大小与膨胀锥锥角的关系。结果表明,套管膨胀过程中膨胀锥存在一个最优锥角,在此锥角下膨胀套管所需的驱动力最小。在小于最优锥角范围内,驱动力随锥角的增大快速降低,在大于锥角范围内,驱动力随锥角的增大有增大的趋势。对于结构参数相同而材料钢级不同的套管,最优膨胀锥锥角较接近,与最优锥角对应的最小驱动力也较接近。     

膨胀管膨胀过程中不均匀变形的试验研究

模拟井眼中的钻井实体膨胀管膨胀时的力学环境,选用35CrMo钢管,对实体膨胀管在5个不同膨胀幅度下的管子壁厚不均度及不圆度的变化规律进行了试验研究。发现膨胀管在膨胀后其壁厚不均度及不圆度会在原来的基础上进一步增大;对管子进行了探伤分析,发现膨胀使管子某些管段出现了开裂,但在纵向上的不同管段,管子出现缺陷的情况不一样。由此说明钻井膨胀管膨胀过程中存在着较为严重的不均匀变形现象,并对造成这些不均匀变形的原因进行了分析,同时认为这种不均匀变形是造成膨胀后管子抗挤强度降低的一个重要因素。这些认识对于膨胀管管材的相关标准制定及膨胀工艺设计研究具有重要意义。     

J55膨胀套管实物试验研究

选取6根Ф139.7 mm(51/2英寸)J55套管,在膨胀锥角5、8和10°及膨胀速度5和10m/min条件下,对其中5根套管内壁做润滑处理后进行实物膨胀试验研究,另外1根套管只做原始抗挤强度试验。结果表明,磷化润滑处理后的套管与心头间的摩擦因数小于牛油石灰润滑处理后套管与心头间的摩擦因数,改善膨胀套管内壁的润滑条件,可以大大减小膨胀液压力;随着摩擦因数的减小,膨胀后套管的轴向缩短率增大,壁厚减薄幅度减小,有利于提高膨胀后套管的抗挤强度;膨胀前套管的抗外挤毁压力为51.3 MPa,膨胀后套管的平均抗外挤毁压力为28.7 MPa,其抗外挤毁压力降低了44.1%。     

J55套管的膨胀性能研究

膨胀管技术是21世纪石油钻采行业的核心技术之一,掌握膨胀管在径向膨胀过程中发生永久塑性变形的力学性能变化是膨胀管选材的核心。为此,采用膨胀锥自上而下对J55套管（Φ114.3 mm） 进行了膨胀工艺试验,测定并比较了9.3%的径向膨胀后与膨胀前的力学性能。研究结果揭示了J55套管的膨胀性能：套管的长度减小约4.4%,壁厚减小约6%,不均匀变形程度增加;由于加工硬化,套管的洛氏硬度和抗拉强度增加,而断后伸长率和断面收缩率出现不同程度下降,但均满足API SPEC 5CT标准。断口SEM形貌进一步表明膨胀前后均属于韧性断裂,膨胀后断口上的韧窝小而浅,且分布不均匀,断面较膨胀前的更为平整。该试验成果为膨胀管的材质研究、加工质量控制与工程应用提供了数据支持。     

膨胀套管润滑措施分析

对膨胀套管作业过程中膨胀工具与套管内壁间的摩擦与润滑问题进行了研究。从理论上对膨胀套管作业的摩擦与润滑方法进行了系统的分析阐述,并对采取固态磷化润滑膜的润滑效果进行了实物试验,与普通润滑方法的润滑效果进行了对比。结果显示,采用固态磷化膜润滑具有明显的润滑效果,降低了膨胀压力,并且使膨胀过程更加稳定,膨胀后的套管尺寸精度更加均整。最终分析认为,采取固态磷化润滑膜是膨胀套管作业中简单有效且低成本的润滑方法,可以用于实际生产。     

摩擦因数对膨胀套管影响的有限元模拟研究

应用ABAQUS大型通用有限元软件和数值模拟分析方法,建立了膨胀套管膨胀过程的三维弹塑性非线性接触问题的有限元力学分析模型,直观地对膨胀套管的膨胀过程进行了模拟。分析得到摩擦因数与膨胀套管的总轴向位移、所需膨胀力和膨胀套管膨胀后壁厚减薄量的关系曲线以及定量关系的拟合计算式。分析还认为摩擦因数对膨胀后套管的最大等效残余应力和膨胀过程中的接触应力影响很小。     

APIL80套管的膨胀性能试验研究

可膨胀管膨胀性能的好坏是决定膨胀作业能否成功的关键。以APIL80套管为研究对象,进行了套管径向膨胀20.5%和25.5%的膨胀试验,对套管膨胀前后的几何精度和力学性能变化进行了对比研究。试验研究结果表明,膨胀改变了套管的力学性能,使其强度和硬度增加,而塑性降低,但套管在膨胀后仍具有较大的塑性变形空间,在膨胀后的使用中不会出现脆性开裂,同时表明套管膨胀后的相关指标满足API标准,说明L80套管是适合于膨胀的。膨胀试验研究对于可膨胀管的研究开发及制造具有重要指导意义。     

膨胀套管摩擦系数与轴向位移的模拟研究

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 114 3mm套管膨胀至 139 7mm进行了膨胀过程详细的计算机模拟研究 ,给出了摩擦系数为0、 0 1和 0 15时 ,膨胀套管轴向位移随活塞位移变化的定量曲线。在大量数值模拟的基础上 ,得出了膨胀套管轴向位移δy 随摩擦系数f变化的具体表达式 ,即δy=- 33893f3 + 4 40 0f2 -4 88 6 7f + 78 2。根据活塞移动的位移 ,反算出了活塞上压力p与摩擦系数f的定量关系 ,即p =5 91 92f + 2 9 6 0 4。得出摩擦系数为 0时 ,膨胀套管处于收缩状态 ,其收缩量为 78 2mm ;当摩擦系数为 0 14时 ,膨胀套管无轴向位移 ,此值是套管收缩和伸长的临界点     

侧钻水平井膨胀套管完井新技术

针对侧钻水平井完井过程中存在固井质量差、井筒内径过小、后续作业困难等问题,开发了侧钻水平井膨胀套管完井新技术。该技术能够有效扩大生产套管内径,具有完井管柱坐挂和封隔2种功能。地面试验表明,膨胀套管完井管柱工艺设计合理,可以解决常规侧钻井完井过程中出现的问题;该管柱密封性好、操作简便、成本低、效率高,具有较高的推广应用价值。     

实体膨胀管补贴技术的研究与应用

随着油田的开采,国内老井越来越多,套管损坏也越来越频繁,急需一种方便、有效的套管补贴技术。实体膨胀管基本原理简单,工艺技术成熟,和常规套管补贴技术相比有诸多优点,如膨胀前直径小易于下管,膨胀后内通径大、强度高、补贴长度可按需要进行调整,悬挂密封性能强等,因此实体膨胀管对套管修复有很强的适应性。通过现场应用,总结了施工中的关键工序、注意问题,提出了改进意见,为今后实体膨胀管的补贴施工积累了经验。     

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

过套管补贴技术研究与应用

针对膨胀管补贴后的套管段内径变小,无法实现该处套管以下套损部位补贴的问题提出过套管补贴技术。该技术使用活塞液压缸作为动力系统,液力锚定器作为锚定系统,将膨胀工具外置于膨胀管,进一步提高膨胀管的通过性与膨胀率。室内试验与现场应用表明:该技术使用的工具结构简单,装配方便,膨胀管与套管之间为全段金属密封,8%膨胀率的膨胀管与1 m套管之间悬挂力超过80 kN;动力系统能够承受30 MPa压力,满足使用要求;现场应用工艺设计合理,能成功解决已补贴段套管内径过小、待补贴位置难以精确定位的问题。