非均匀载荷下页岩气套管抗挤强度全尺寸试验及新机理

为研究页岩气套管非均匀载荷下抗挤强度及失效机理,采用全尺寸试验方法,开展平面非均匀载荷、弧面非均匀载荷、平面载荷和均匀载荷组合、弧面载荷和均匀载荷组合等4种非均匀载荷情况的试验研究。试验结果表明:非均匀载荷下套管失效机理为套管承载非均匀载荷后,引起的直径变化率发生变化。随着载荷的增大,当直径变化率达到临界状态下,套管发生失效,即达到套管临界承载能力;套管直径变化率与套管抗挤强度近似呈反相关,直径变化率越大,套管的抗挤强度越小。当套管直径变化率小于0.5%时,套管抗挤强度降低不明显,当套管直径变化率≥0.5%时,套管抗挤强度影响显著,套管直径变化率范围为1.0%~2.0%,抗挤性能下降15%~20%。建议页岩气套管可以选择厚壁套管,提高抗径向变形能力,或者基于应变设计理论控制套管径向变形,或者采用弹性介质封固方式以减少外力对套管径向变形的影响,而不是一味追求增加套管的抗挤强度。所得结论对页岩气套管选材或减少页岩气套管失效具有指导作用。

页岩气套管制造工艺分析与质量控制技术研究

针对页岩气开发现场工况和技术要求,本文分析了页岩气套管的力学性能和抗腐蚀、抗挤毁等特殊性能特点。通过对页岩气套管制造工艺的分析研究,提出在生产制造及检验环节对套管性能检验和质量控制的关键点。

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。