复杂载荷下石油套管破坏实验的关联分析

采用关联分析方法对石油套管在复杂载荷下的破坏实验数据进行了关联分析，结果表明，外径和壁厚是影响套管径向极限承载能力的2个主要因素，套管外挤压力对套管轴向极限承载能力的影响很大，椭圆度公对均匀外挤压力导致套管破坏有较大影响。     

磨料射流切割套管的实验研究

针对石油工程生产需要,在非淹没、淹没以及有围压存在的条件下,对磨料射流切割油井套管进行了实验研究。结果表明,淹没条件下磨料射流切割套管的深度低于非淹没条件;随着围压的增加,磨料射流切割套管的能力先增强后减弱,当围压在0.5～1.0MPa时,其切割效率最佳;而当磨料质量百分比在30%～35%之间、射流喷射角在110°～115°之间时可以获得较佳的切割效果。     

套管变形对抗挤强度的影响

在实际生产中,套管损坏时的挤毁压力与套管理论抗挤强度相差较大,这表明API规范的套管挤毁压力公式已不能满足实际生产的要求,而考虑套管缺陷的抗挤强度公式,使计算的准确度大幅度提高.目前,对于抗挤强度的研究均以套管呈原始状态、未发生任何变形为前提.但在套管下放后、未固井前,由于套管自由悬持于钻井液中,会受到自身重力、浮力和内外压力的共同作用,因此会发生轴向拉伸和径向压缩.此时套管的抗挤强度较原始状态发生了改变,通过计算可知径厚比较之原始值变大,由此得到考虑套管变形的新抗挤强度公式.新建公式的计算结果与试验结果更为接近,比API公式计算值准确度提高了30％.     

非均匀载荷下套管强度的计算

将非均匀地应力场中套管载荷和套管内应力分布的理论公式推广到包含内压的情况,并采用Tresca屈服准则和Mises屈服准则,分别推导了在忽略套管轴向载荷和考虑套管轴向载荷两种情况下套管强度破坏时挤毁压力的计算公式。引入等效外挤压力概念,使该公式与标准API公式在形式上完全一致。计算结果表明,在非均匀载荷情况下,套管强度破坏的危险性会增加。     

灰色关联评估法在套管质量评定中的应用

一种实用的产品质量评估方法———灰色关联评估法,是通过计算待判样本与参考样本之间的关联系数和关联度,并对关联度矩阵进行分析处理,从而得到多质量指标产品的综合评定结果的方法。使用这种方法对9个不同厂家生产的1397mm(5英寸)J—55套管的主要化学成分和力学性能等14项指标进行综合评估,最终给出套管整体质量的相对排序。评估实例表明,灰色关联评估法是一种较为简便、实用和科学的质量评估方法,应用于油井套管的质量评估中是切实可行的。     

油井套管寿命的灰色预测

基于现场得到的油井套管大量统计数据，应用灰色理论中的ＧＭ（１，１）模型，对油井套管寿命进行预测。实例计算与对比表明，灰色ＧＭ（１，１）模型对油井套管的寿命预测具有较好的适用性。     

套管挤毁机理的研究

根据API BUL 5C3关于套管受外压大部分属于塑性挤毁的理论,采用高压水下应奕测量技术,对直径177．8mm*10.36mm110钢级套管在不同外压力下的环向应变进行了测量,并对套管挤毁过程中的应变分布和变化规律做了分析,研究分析表明,套管的不圆度和壁厚不均度等缺陷对套管抗挤毁性能有较大影响,其中壁厚不均度的影响比不圆度的影响更大,套管受外压挤毁的机理是首先在几何缺陷较大的某些局部区域出现塑性屈曲形成塑性铰,随后套管出现结构失稳被挤毁。     

套管挤毁试验研究与有限元分析

预测套管的挤毁失效压力一直是管柱力学研究的热点,针对这一问题,利用在套管外壁粘贴应变片的方法,研究了套管挤毁失效过程中的应变情况.同时,在考虑套管残余应力、几何缺陷等因素的条件下,建立了预测套管挤毁失效压力的有限元模型,并根据试验结果对模型进行了修正.利用该修正的有限元模型,计算了套管的挤毁压力.试验结果和有限元分析结果表明,该模型具有较高的计算精度,可以用来计算套管的挤毁失效压力.     

一种计算套管抗挤强度的新方法

利用高压水下应变测量技术,检测套管在挤毁过程中外壁的环向应变;运用弹塑性力学理论,建立模拟套管挤毁的有限元模型,通过计算也得到套管外壁的环向应变。将计算值与试验值进行对比,从而修正有限元模型,再利用修正后的模型进一步计算出套管的挤毁失效压力。该方法将有限元计算与应变检测结合起来,大大提高了有限元计算的精度,对预测套管的挤毁压力、指导高抗挤套管的开发具有一定的参考价值。     

地下储气库地层压力影响因素灰色关联分析

地下储气库注气过程中地层压力不断升高,过高的地层压力可能导致断层封闭性遭到破坏而发生天然气泄漏事故。需要分析各影响因素对地层压力的影响程度,得到影响地层压力的主要因素,为储气库安全运行提供参考。利用灰色系统理论的关联度分析法分析各影响因素与地层压力的关联度,通过关联度反映各影响因素对地层压力的影响程度。分析表明影响程度由大到小依次为注气速度、储层厚度、渗透率、孔隙度、井距、注采井到断层距离、运行井数。由关联度分析结果可知为保证储气库安全运行应合理选择注气速度和运行井数。     

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。     

大庆油田葡北X断块套管损坏预测方法及矿场试验

对区域地应力场进行了数值模拟,根据套管载荷理论,提出了基于交叉偶极声波测井、方位井径测井等多种测试资料及地质动、静态信息的套管损坏危险性分析方法,制订了经济、适用的预测流程,建立了非均匀载荷下套管挤毁标准,形成了量化的、操作性强的矿场套管损坏预测技术.在大庆油田葡北X断块两个套管损坏危险区域进行了现场试验,在纵向上给出12口井部分深度段套管损坏高危险等级警报,根据预测结果及时调整了开发方案,使得该区块的套管损坏发展状况得到有效控制.     

热采井套管三轴预应力设计分析

传统热采井套管预应力设计的基本原则是根据虎克定律，将施加于套管的预应力与套管升温后的轴向热应力叠加，使其控制在相应温度下套管许用的最小屈服极限以下。由于固井水泥环和围岩的作用．套管升温后存在三向热应力，利用对套管施加轴向预应力来降低套管的轴向热应力，使得套管的热有效应力控制在相应温度下套管许用的最小屈服极限为原则，得到热采套管三轴预应力设计方法，采用2种设计方法对NSO、P110钢级套管进行预拉力设计，得到2种钢级套管不同井深位置预应力的临界温度。     

变刚度组合套管柱弯曲变形计算

利用弹性变形原理和研究方法，对不同钢级、壁厚的变刚度组合套管柱的弯曲变形计算进行了研究。采用三角级数的表达式，导出了挠曲变形方程及计算方法。在变刚度条件下，套管挠度与变刚度系数β成反比，在两支点间距为常数情况下，仅与惯性知I成反比。实例计算表明，在变刚度组合套管柱中，变刚度引起的挠度计算误差不能忽略，与传统的不变刚度计算方法相比，相对误差在35％～45％之间。应用本文的级数方程和能量方法，可迅速计算变刚度组合套管柱的挠曲变形量，这对合理确定套管扶正器安放位置、提高套管柱居中度都很重要。     

套管强度计算的理论问题

采用反证法探讨了前人在基础理论的推理过程中存在的问题,证明双向应力椭圆理论与实际载荷条件并不矛盾。应用多元函数单调性理论,证明了在三轴应力条件下管体中最大应力强度值出现在套管内壁。采用理论推导和计算方法,对套管轴向应力计算公式进行了讨论。通过实例计算,对比分析了用“三向应力圆”理论与其他几种理论计算的抗挤强度值。结果表明,应用“三向应力圆”理论计算的值偏大。     

非API标准工况下套管接头的强度分析

将５″１７ｌｂ／ｆｔＪ５５ＡＰＩ８ＲＬＴＣ长圆螺纹套管接头作为研究对象,考察其在非ＡＰＩ标准工况下的强度。建立了力学模型和有限元计算模型,并对计算结果进行了分析。分析结果表明,应用轴对称体接触问题的半解析有限元法,可以有效地解决非ＡＰＩ标准工况下套管接头力学特性这类复杂的接触问题,与纯三维问题相比,这种方法大大缩减了自由度;在弯曲作用下,接头螺纹啮合段环向０°位置处的等效应力增大,环向１８０°位置处的等效应力减小,并且这种变化随弯矩载荷的增大而增大,而环向９０°和２７０°位置处的等效应力变化很小;在非均匀挤压下,接头最大等效应力发生在挤压较小的方向     

定向井和水平井套管柱的优化设计

为了满足定向井和水平井套管设计的要求 ,在综合分析套管设计理论和方法的基础上 ,通过对套管柱载荷的计算 ,建立了其优化设计模型 ,利用数据库技术 ,研制出套管柱优化设计软件 ,并通过计算实例给出了软件的操作过程。软件界面友好 ,操作简单 ,功能齐全 ,设计者在进行套管设计时 ,只需输入设计所需基本参数 ,按界面提示操作即可完成全部设计工作 ,便于现场实际推广应用。     

热采井中偏梯形套管螺纹有限元分析

采用有限元方法分析了热采井中的偏梯形套管螺纹接头在不同载荷工况下的力学特性。结果认为,套管在承受轴向拉伸载荷的工况下,最大等效应力的发生区域集中在套管螺纹和接箍螺纹的两端;在套管温度升至300℃的工况下,螺纹接头已发生塑性屈服,并且塑性区域有从接头两端向接头中部发展的趋势;套管温度降至地层原始温度30℃的工况下,塑性屈服区域减小,仅局限在接头两端。在轴向拉伸载荷的工况下,最大接触压力发生在套管螺纹的第1圈,并且每圈上的接触压力分布并不是均匀的;高温载荷下,螺纹间的接触压力值和接触位置发生了改变;恢复至初始温度时,套管螺纹接触面上的接触压力增大。     

非均匀载荷作用下套管挤压失效数值分析

在已有的理论研究与试验工作的基础上,采用有限元数值方法,分析计算了受非均匀地应力作用下套管－水泥环结构的受力与变形,讨论了两个敏感参数─—非均匀载荷比和套管椭圆度对套管失效的影响问题。计算分析发现,随地应力非均匀程度的增加,套管形变经历了由两向挤压－挤压到两向拉伸－挤压组合方式的转变,而套管应力的变化相对较小。由此可得出初步结论：与非均匀地应力作用相对应的套管结构的拉伸－挤压形变,有可能是导致套管失效的主要机制;套管椭圆度的存在使得套管的强度和刚度被进一步的削弱。