P110套管抗外压挤毁强度的有限元分析验证

采用有限元分析软件对套管抗外压挤毁的影响因素进行验证分析,其中主要分析P110钢级Φ139.70 mm×7.72 mm规格套管管体的几何尺寸如外径、壁厚、椭圆度及管体的机械性能对管体抗外压挤毁能力的影响;对比模拟结果与实物外压挤毁试验结果、二维与三维模拟试验结果,并分析内压加载标准大气压对模拟结果的影响。分析认为:管体椭圆度和壁厚对管体抗外压挤毁强度影响明显,在实际生产中必须加以控制。

页岩气开采用套管抗外压挤毁性能试验研究

通过实物试验和有限元分析方法,研究页岩气套管在不同工况条件下的抗外压挤毁性能及主要变形形貌。研究发现,套管抗外压挤毁性能随狗腿度和局部缺欠程度的增加而降低;有限元分析的变形形貌与实际损坏形貌相同,有限元计算分析结果与实物试验具有较高的一致性。对现有试验设备无法挤毁的厚壁管,可采用有限元方法进行挤毁试验仿真分析。

全尺寸外压挤毁试验“异常”结果分析

根据弹性失稳理论,套管实际外压挤毁强度不应超过理论上的计算弹性失稳外压,但在试验中发现,有些套管试样的全尺寸外压挤毁试验结果大于平均外径与壁厚计算的弹性失稳外压。分析了其中一个批次套管的材料力学性能和几何尺寸,并利用有限元方法进行了模拟研究,找出了外压挤毁试验"异常"结果的主要原因是套管最大外径位置附近的壁厚是同一横截面上的最大或较大值。研究结果为生产中提高套管的抗挤毁强度提供了指导。

非常规油气井用套管抗挤毁性能有限元分析

针对实物套管的几何尺寸缺欠、屈服强度变化、屈服强度周向分布不均等因素,建立了含缺欠的套管有限元模型,并基于弧长法进行了套管抗挤毁性能分析,研究了均匀外压作用下,几何尺寸缺欠、屈服强度变化对套管的抗挤毁性能影响规律。通过有限元分析得出,套管尺寸公差在要求范围内时,当管体几何形状存在椭圆度和壁厚不均度缺欠时,椭圆度对套管抗挤毁性能的影响程度大于壁厚不均度;在套管椭圆度和壁厚不均度一定的情况下,管体的抗挤毁结果随着屈服强度的升高而增加,模拟计算结果与理论计算结果差值不断减小;平均屈服强度一定时,管体屈服强度沿周向分布越均匀,套管的抗挤毁性能越好;周向屈服强度越均匀,管体的抗挤毁强度越好。结合有限元分析与实物试验结果可以得出,通过测量套管实物最小壁厚和最大椭圆度等几何尺寸缺欠,可更精准地预测套管外压挤毁性能。

超高压射孔枪不同盲孔深度下抗外压性能分析

在对超高压射孔枪耐压性能的研究中,现有文献大多以理想射孔枪模型为基础,未考虑射孔枪外径椭圆度和壁厚不均度等几何缺陷的影响。为此,建立了不同盲孔深度下超高压射孔枪的理想几何模型和含几何缺陷的模型,采用有限元分析法对其外压挤毁过程及挤毁压力进行了模拟分析,并通过射孔枪外压挤毁实物试验对模拟结果进行了验证。研究结果表明:随着盲孔深度的增加,射孔枪抗外压挤毁模拟值与试验结果的变化趋势总体相同,均同步降低;另外,存在几何缺陷的射孔枪,当外径椭圆度和壁厚不均度变化均较大时,挤毁位置位于外径椭圆度变化最大的截面附近,即外径椭圆度是挤毁发生的主因;当外径椭圆度较小且变化相对稳定时,挤毁发生在壁厚不均度最大的截面附近。综合对比模拟与试验结果,得出盲孔深度一定时,引入外径椭圆度和壁厚不均度两大几何缺陷的模拟分析方法能够更有效地分析预测射孔枪外压挤毁压力及挤毁位置。研究结果可为射孔完井作业提供理论指导。

新型SEW-80TT高抗挤套管的性能试验研究

从显微组织、残余应力、拉伸和冲击性能、外压挤毁性能、沟槽腐蚀性能等方面,分析研究了采用SEW(高频焊接+热张力减径)工艺开发的SEW-80TT高抗挤套管的性能。结果表明:SEW-80TT高抗挤套管的抗挤强度超过Q/SY1394—2011标准中HC2等级要求的12.4%,比APITR5C3—2008标准要求的高41.6%,残余应力小于100MPa;屈服强度大于685MPa;母材和焊缝冲击功分别大于126J和118J,且焊缝沟槽腐蚀不敏感。SEW-80TT高抗挤套管具有良好的抗挤毁性能和综合力学性能。

注水井用高抗挤套管的开发

针对国内某中低渗透油气区块注水井套管变形失效严重的情况,提出了相应的套管技术指标。在此基础上,以C-Mn-Cr-Mo-V中低碳微合金钢为原料,通过“高频焊+热张力减径+全管热处理+高温矫直”制造工艺,研制开发出了BSG-110TT高抗挤套管。检测结果表明,该产品具有良好的强韧性配比、高精度的几何尺寸、优异的抗外压挤毁性能,抗挤强度超出APITR5C3规定值30%以上。目前产品在上述油气区块服役,运行效果良好。