壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响

采用有限元法分析了壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响。分析研究结果表明(1)壁厚不均的膨胀套管膨胀后壁厚不均度增大;(2)壁厚不均的膨胀套管膨胀后各部位壁厚均减小,最薄侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈上升趋势,而最厚侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈下降趋势;(3)壁厚不均度对膨胀套管自由端面轴向总位移影响很小;(4)膨胀套管壁厚不均度小于0.2时,所需最大膨胀力变化不大;壁厚不均度大于0.20时,所需最大膨胀力迅速降低;(5)壁厚不均度对膨胀套管膨胀后的残余应力影响很小。     

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…     

地应力方向对椭圆套管强度的影响规律分析

在考虑套管初始椭圆度和非均匀水平地应力作用位置的基础上,通过建立套管-水泥环-地层受力模型,采用弹塑性有限元方法对具有初始椭圆度套管的抗挤毁强度与非均匀水平地应力作用位置的关系进行分析,并与绝对圆形套管数值分析结果进行对比。研究结果表明,套管抗挤毁强度与非均匀地应力的作用方向有关。当最大水平地应力作用方向与套管长轴方向平行时,初始椭圆度将增大套管的抗挤毁强度;当最大水平地应力作用方向与套管长轴方向垂直时,初始椭圆度将降低套管的抗挤毁强度。可以通过合理正确地利用地应力的作用位置来提高套管的抗挤毁强度,进而延长套管的使用寿命。     

非均匀载荷下套管椭圆度对抗挤强度的影响

推导了套管受到非均匀挤压力作用时的应力公式,计算和分析了套管的椭圆度、载荷的非均匀度对套管抗挤强度的影响。计算结果表明,载荷分布的非均匀度是决定套管承载能力的主要因素,套管的椭圆度在载荷分布的非均匀程度较小时对承载能力有较大影响,当载荷分布的非均匀程度严重时,对承载能力的影响很小。     

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。     

基于KT模型的椭圆度对套管抗挤强度的影响

椭圆度会降低套管的抗挤强度,但对其影响程度及规律并未得到统一认识。文中以考虑因素较为全面的KT抗挤强度计算模型为基础,建立了椭圆度与套管抗挤强度关系模型。研究结果认为:套管的抗挤强度随椭圆度的增大而降低,但降低趋势逐渐变缓;套管的抗挤强度降低值随径厚比(D/t)的增大呈先增大后减小的趋势,存在一个临界D/t值,可使椭圆形套管的抗挤强度降低值最大;钢级越高,椭圆形套管的抗挤强度降低值最大的临界D/t值越小。文中较为全面地揭示了椭圆度对套管抗挤强度的影响程度及规律,进一步深化了椭圆度对套管抗挤强度影响的认识。     

套管膨胀性能试验研究

利用10mm×30°和10mm×45°倒角的膨胀头对J55和N80两种φ114．3mm（41／2英寸）套管进行了膨胀试验，结果表明，30°倒角膨胀头膨胀套管所需的力小于45°倒角的膨胀头；套管膨胀过程中出现3次峰值载荷；J55套管比N80套管易膨胀，J55套管膨胀后的壁厚减薄率大于N80套管，而长度缩短率小于N80套管。     

套管膨胀加固模拟仿真分析

基于弹塑性理论,建立了修井作业中套管膨胀加固非线性有限元模型,对套管加固补贴件的非线性膨胀过程进行了数值模拟,分析了膨胀过程中所需的驱动力以及加固密封效果,并根据计算结果提出了一些意见和建议.     

膨胀套管膨胀心头的结构设计

根据弹塑性有限元理论 ,建立了膨胀套管和膨胀心头的力学模型。采用单级和多级膨胀心头 ,在相同工况下对N80钢级 2 4 4 5mm套管膨胀至 2 98 5mm的过程进行计算机模拟 ,得出 2种膨胀心头膨胀后套管的等效应力、接触应力和轴向收缩量模拟曲线。定性和定量分析表明 ,相同工况下 ,采用单级膨胀心头比多级膨胀心头所需推动力小 ,且膨胀后的套管壁厚大 ,抗外挤性能好。     

套管膨胀过程数值模拟与试验研究

采用弹塑性有限元接触方法建立了J55钢级φ114.3 mm套管膨胀过程的力学模型,模拟分析膨胀过程,得出了套管膨胀后的应力云图、长度缩小率及壁厚收缩率.数值模拟与试验结果相符,证明有限元模拟结果可以为套管膨胀技术应用提供理论依据.     

可扩径套管工艺

扩管工艺是新研究出来的一种新技术,它有很多特点和优越性。可扩管工艺分为裸眼井段可扩尾管、套管井段的可扩尾管、可扩尾管悬挂器等等。对可扩管的各个部分工艺优势进行了介绍,并对可扩管工艺的各个部分的特点进行了评价。     

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美国Enventure公司已在中国石化胜利油田成功地完成了世界上第200口和第201口膨胀套管作业,也是目前国内仅有的两口膨胀套管井,文章针对这两口井的膨胀套管结构参数和材料特性参数进行了膨胀过程的力学研究。膨胀套管结构为J55钢级107.9 mm套管膨胀至139.7 mm套管内壁,用弹塑性有限元接触问题对膨胀套管膨胀过程的力学问题建立了有限元力学模型,并对其膨胀力学过程进行了详细研究。文中提出了膨胀套管力学研究的主要参数,通过计算机数值模拟分析,对这些主要参数进行了详细分析,针对力学行为最敏感的参数－摩擦系数、膨胀锥角的变化进行了大量的组合分析,将膨胀锥角直线接触改为圆弧接触后,改善和降低了膨胀套管内的残余应力,提高了其强度性能。同时,优化出了研究的膨胀套管结构尺寸下,膨胀芯头的最佳锥角为9.8°。文章研究结果对开发国内自主产权的膨胀套管结构设计、润滑设计等具有重要的指导意义。     

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。     

考虑初始椭圆度的套管抗载能力分析

针对套管的不同初始椭圆度建立了套管、水泥环、地层平面应变力学模型。分析认为，在非均匀地应力作用下，套管内壁的径向变形较大，抗载能力明显降低，破坏主要是由地下非均匀地应力引起的；随着初始椭圆度的增加，在地应力作用下套管各部位产生的应力分布不均程度增大，使得套管抗外载能力减弱。建议在生产和使用过程中应严格将套管椭圆度控制在规定的范围内，从而提高套管的抗载能力。     

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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。     

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。     

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地层外挤载荷是通过水泥石传递到套管上的,水泥石性能对外挤载荷传递的影响规律,揭示了套管外挤载荷与水泥石性能之间的关系。根据弹性体厚壁筒变形方程,引入了外挤载荷传递系数k,结合水泥石力学性能实验结果,就水泥石性能对套管外挤载荷传递的影响规律进行了探讨。研究表明,使用外加剂提高水泥石弹性模量、适当增加水泥石厚度（控制在2．54cm左右）,有利于降低套管外挤载荷,增加套管的安全程度。