套管钻井中套管柱疲劳寿命分析方法

套管钻井中套管柱疲劳寿命分析是进行钻井工程设计的一项重要研究工作。文章对套管柱组合在不同钻压、转速下的动力学问题进行分析的基础上,获得了不同钻井参数下的套管柱应力、应变以及接触应力等参数的变化规律,利用ANSYS软件疲劳寿命分析模块,建立了套管钻井中套管柱的疲劳寿命分析方法,并进行了实例计算。为在套管钻井作业中合理地选择钻具组合和钻井参数提供了理论依据。     

套管钻井中套管疲劳损伤模型研究

根据套管材料的疲劳应力寿命曲线推导出了套管构件的疲劳应力寿命曲线;结合疲劳损伤理论,通过定义套管疲劳损伤量和疲劳损伤强度2个基本参数,对套管疲劳损伤进行度量,建立了套管疲劳累积损伤计算模型。由现场套管钻井实例分析结果可知,位于井口的套管疲劳损伤程度最大;采用单因素分析法,当转速一定时,套管的疲劳损伤随着井深的增加而减小;当钻压固定不变时,套管的疲劳损伤随转速的增大而增大。该模型对于套管的疲劳损伤评估具有重要的指导意义。     

套管钻井多轴疲劳试验与可靠性研究

根据套管钻井中套管柱承受的载荷状况,借助现有的技术水平和手段,首先进行了套管试件的拉-拉单轴高周疲劳试验,通过相关的试验数据获得了套管试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其统计分布,为进一步获得试件的基于概率的等效P-S-N曲线奠定基础。然后通过拉压-扭转双轴循环复合疲劳试验,验证了等效P-S-N曲线的正确性。最后根据P-S-N曲线,采用有限元疲劳分析软件,进行典型工况下套管的疲劳可靠性分析,计算得到套管体中的最大等效循环应力,并据此计算出要求可靠度(或存活率)下套管的疲劳寿命,再由钻井周期得到套管疲劳的剩余寿命。     

套管磨损量及剩余强度预测技术研究

在水平井、大位移井、深井钻井过程中下技术套管之后还需长时间钻进,钻具会对套管产生较大的磨损,造成套管强度下降,因此,建立了套管磨损量及其剩余强度的预测模型,利用模型对XG1井进行了计算分析。结果表明,套管磨损会明显降低套管的剩余强度,应采取相应的防磨损措施。     

套管钻井中变应力幅载荷下管柱疲劳强度的评估

套管钻井中，套管柱会承受各种载荷的作用。分对称循环变应力幅载荷和不对称循环变应力幅载荷两种情形，推导了不同钻进参数下考虑变应力幅载荷的套管疲劳强度计算公式，阐明了变应力幅载荷的变化对套管疲劳强度的影响；结合套管钻井的实际给出了算例分析，计算结果显示，在相同条件下采用不对称循环变应力幅栽荷模型，计算出的疲劳强度值要比对称循环变应力幅载荷模型的大，表明在实际评估中采用对称循环变应力幅模型计算所得的结果趋于保守，因而具有更高的安全系数。     

套管钻井中套管柱的瞬态动力学分析与研究

套管钻井中套管柱力学性能分析是进行钻井工程设计的一项重要研究工作。文章以ANSYS软件为基础,对套管柱组合在不同钻压、转速下的动力学问题进行了有限元建模及分析,获得了在不同钻井参数下的套管柱应力、应变以及接触应力等参数的变化规律,为在套管钻井作业中合理地选择钻井参数提供了理论依据。     

套管钻井中套管柱动应力研究及计算方法

在套管钻井过程中,套管柱在旋转情况下同时受到轴向荷载及旋转带来的扭矩荷载的作用,其受力状况与套管柱在非旋转情况下的受力状况有较大的差异。在分析套管钻井过程中套管柱实际受力状况的基础上,应用双向应力状态分析方法和能量守恒原理,分析和研究了套管柱在静态轴向力和剪切力作用下的许用扭矩,并针对套管钻井过程中套管柱旋转的工况,提出了套管柱在旋转状态下的许用扭矩及安全转速的计算方法,为合理地选择套管钻井作业参数提供了依据和方法。     

超深定向井钻井中钻井参数对套管磨损量的影响

由于超深定向井井深较深,在技术套管封固之后下部地层钻进时间长,期间钻具与套管发生接触磨损,套管强度降低。在套管钢级一定的条件下,影响套管磨损的钻井因素主要有转盘转速、机械钻速、钻井液密度与类型、钻具组合等。以XG-X井为例,研究了这些重要因素对磨损量的定量影响。计算结果表明转盘转速、机械钻速对套管磨损影响最大;定量计算了该井当前条件下在不同的机械钻速、转速下的套管磨损量,给出了机械钻速—转速—磨损量关系图版,由于机械钻速和转速在一定范围内可以调节,实际钻井过程中可根据本研究结果合理地搭配机械钻速与转速,以减少套管磨损,提高套管寿命,延长油井使用年限。     

套管钻井用套管外表面磨损后剩余强度分析

在分析讨论套管钻井管柱磨损形态的基础上,结合API5C5实物试验尺寸要求,通过有限元计算分析方法,对钻井套管完钻后含有外表面磨损缺陷的套管柱的极限剩余抗挤强度和极限剩余抗拉强度进行了研究,分别获得了均匀磨损和偏磨条件下,套管钻井套管柱外表面磨损缺陷的临界长度尺寸数值,以及不同破坏失效准则条件下的剩余抗挤强度和剩余抗拉强度的计算方程,为套管钻井中套管柱的设计、计算奠定了理论基础。     

基于可靠性理论的钻柱疲劳寿命预测

钻井过程中极易发生钻柱疲劳失效事故,不仅影响钻进速度,而且大大降低了钻井效益,因此准确预测钻柱的疲劳寿命,对于提高钻柱的安全可靠性、减少钻井事故的发生具有重要意义。根据钻柱疲劳裂纹的扩展与钻柱的应力状态有关,首先对钻柱进行了应力状态分析,并进行了等效应力合成。在应力分析的基础上,结合可靠性理论,确定了影响钻柱疲劳裂纹寿命的随机性参数:钻压、转盘转速以及疲劳裂纹初始长度。结合Form an模型建立了钻柱I、III复合型疲劳裂纹扩展速率的计算模型。算例分析表明,该模型能够计算相应可靠度下钻柱疲劳裂纹的循环寿命,且计算结果与现场钻柱的使用寿命比较接近,能够满足现场钻井工程的精度要求。该模型具有一定的实用性,为钻柱疲劳寿命的准确预测提供了理论依据。     

Prediction of casing wear in extended-reach drilling

Intermediate casings in the build sections are subject to severe wear in extended-reach drilling. This paper presents a new method for predicting the depth of a wear groove on the intermediate casing. According to energy principle and dynamic accumulation of casing wear by tool joints, a model is established to calculate the wear area on the inner wall of the casing. The relationship functions between the wear groove depth and area are obtained based on the geometry relationship between the drillstring and the wear section and the assumption that the casing wear groove is crescent-shaped. The change of casing wear groove depth versus drilling footage under different-sized drillstrings is also discussed. A mechanical model is proposed for predicting casing wear location, which is based on the well trajectory and drillstring movement. The casing wear groove depth of a planned well is predicted with inversion of the casing wear factor from the drilled well and necessarily revised to improve the prediction accuracy for differences between the drilled well and the planned well. The method for predicting casing wear in extended-reach drilling is verified through actual case study. The effect of drillstring size on casing wear should be taken into account in casing wear prediction.     

油气井套管柱的抗震可靠性分析

针对长寿命油气井的安全可靠性问题,提出了套管柱的抗震可靠性研究。通过对地震烈度和对应加速度的随机性描述,得出了地震烈度及对应加速度的概率分布规律和分布参数;同时,通过对套管几何尺寸和管材力学性能的随机性描述,明确了套管外径、壁厚、屈服强度、弹性模量、泊松比等随机变量的概率分布规律和分布参数。建立了地震作用下套管柱的力学模型;借助于振型分解反应谱理论和等效静载荷法,完成了地震作用下套管等效应力的计算方法研究;通过结构可靠性理论建立了地震作用下套管的可靠度计算模型;采用Monte-Carlo的Latin Hypercube数值模拟方法完成了实际套管抗震可靠度的计算。计算结果表明,套管柱的抗震安全指标近似呈最小极值I型分布,即一般情况下地震作用对套管柱损坏的影响不大,但对于较高地震设防烈度地区的长寿命油气井而言,地震对套管柱安全可靠性的影响不容忽视。     

套管的随机可靠性设计方法

本文在分析了目前国内外各种套管设计方法的基础上,结合我国套管设计的现状和生产的实际 一种新的处理现场载荷变化和套管性能的方法。着重介绍了随机可靠性设计的基本原理、方法及随机可靠性分析方法和计算公式。     

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。