现场工况条件下含点蚀缺陷套管抗外挤强度分析

套管一旦发生点蚀,其表面可能出现孔洞,甚至穿孔现象,这严重削弱了套管的剩余强度,对井场的生产和安全构成了重大威胁。为了评估点蚀后套管的抗外挤强度,提出了一种模拟现场工况对套管抗外挤强度进行分析的方法。首先模拟现场工况下压力和温度条件,严格配比井下腐蚀液体作为介质对套管全尺寸试样和挂片样件进行腐蚀;然后对腐蚀后套管进行抗外挤试验,测量出其被挤毁时的失效压力;接着观察腐蚀后挂片的表面点蚀规律,并计算和测出其平均腐蚀速率、最大点蚀深度和点蚀密度,为有限元分析提供数据支撑;最后使用ABAQUS对不同条件下套管的抗外挤强度进行分析。结果表明:在一定温度和压力范围内,温度和压力越高,套管失效压力越高;平均腐蚀速率、最大点蚀深度和点蚀密度随温度和压力升高而增大,其中平均腐蚀速率增长率为112.5%,增长最为显著;套管的抗外挤强度随腐蚀时间增长而降低;点蚀密度会影响套管的应力分布情况和承载能力。

射孔套管抗外挤剩余强度系数计算与拟合

在石油开采过程中,射孔段套管的损坏占套损井的60%以上,其中外挤载荷是引起套损的主要原因。通过有限元方法计算不同相位角、不同射孔间距和不同射孔直径的挤毁压力和相应的射孔套管抗外挤剩余强度系数,并将这些数据按不同相位角拟合成射孔间距和射孔直径的函数。对拟合结果的验证表明,绝大部分有限元计算数据与拟合计算数据之间的差异小于1%,仅个别误差在2%左右。拟合的多项式函数可以方便地用于射孔套管的抗外挤剩余强度计算。

API套管抗外挤强度在弯曲井眼中适用情况的ANSYS分析

套管柱在井眼曲率较大的情况下讲产生较大的弯曲应力,弯曲应力在套管外侧产生较大的附加拉应力,API套管抗外挤强度计算没有考虑弯曲的工况,本文利用ANSYS计算出弯曲对套管抗外挤强度的影响,得出API套管抗外挤强度计算的适应情况。对于指导套管在弯曲井眼中的抗外挤强度设计具有重要指导意义。弯曲套管的最大应力随着井眼曲率的增加而增加。弯曲率超过45°/hm时,AP套管抗外挤强度已经不合适用,在井眼曲率较小的情况下,API套管抗外挤强度基本能满足应用需求。

用ANSYS计算弯曲井眼情况下套管的抗外挤强度

现代钻井技术中,大位移井和水平井的数量逐年增加,因此在钻井技术中不可避免地出现弯曲井段。弯曲井眼中将产生较大的弯曲应力,此弯曲应力在套管壁的外侧产生较大的拉应力,降低套管的抗外挤强度。为了研究套管在弯曲条件下的受力模型,本文采用ANSYS建立了套管在不同井眼曲率下的计算模型,采用ANSYS软件在不同曲率条件下进行试算,可以方便的得出在不同曲率下的套管抗外挤强度。计算表明,随着弯曲率的增加,套管的抗外挤强度逐渐下降,并且在不同曲率条件下变化率不同,在30°/100m以前变化较为缓慢,在30°-45°/100m以后变化开始增大,并且套管越大,曲率变化对套管的抗外挤强度影响越大。

特厚壁套管抗挤强度计算及现场应用

对于套管挤毁问题较为严重的油气水井 ,采用非API标准的特厚壁套管来提高其抗挤强度 ,是今后预防套管挤毁的重要发展方向。目前 ,特厚壁套管的抗挤强度计算和尺寸系列尚未形成工业标准 ,文章提出特厚壁套管的抗挤强度计算方法和尺寸系列 ,供设计者和厂家参考。API/ISO套管挤毁工作组曾对本文公式进行了测评 ,结果显示具有较高的计算精度。大量计算表明 ,特厚壁套管的抗挤强度大大提高 ,约为加厚前原套管抗挤强度的 1.5～ 4倍 ,甚至 6倍。最后还介绍了特厚壁套管在中原油田的现场应用情况。

全井段套管磨损量预测与磨损后抗挤强度计算方法研究

在钻井过程中,由于钻具和套管相互摩擦,造成套管内壁磨损导致强度降低,直接影响后期安全作业。阐述了套管磨损的机理和影响因素,研究得出基于实钻井眼轨迹管柱摩阻扭矩分析的全井段套管磨损量预测方法。应用该方法对某井全井段套管可能产生的磨损量进行了预测。提出一种磨损后套管抗挤强度的计算方法。研究表明,运用该方法计算出的结果接近试验值,计算精度满足工程要求,可为磨损套管柱强度评估和后期作业强度设计提供理论依据。

弯曲井眼中套管抗挤强度计算

目前弯曲井眼中套管抗挤强度计算时没有考虑井眼弯曲的影响,无法确保固完井作业及生产过程中套管的安全。为此,根据弹性力学理论建立了井眼曲率和不均匀外挤力综合影响下的套管抗外挤强度公式。直接建立三维的套管模型,模型长度取10倍的套管外径,在套管的一端施加约束,另一端加弯矩来模拟井眼的弯曲。计算结果表明,在井眼曲率较大时,弯曲井眼中大尺寸厚壁套管抗外挤强度下降较为明显;理论计算的抗外挤强度通常小于模拟值,按照理论设计的套管是偏安全的,但不均匀度较大时需考虑模型计算的误差是否满足要求。

深井套管抗挤强度分析及计算

根据弯曲梁理论，建立了套管柱受非均布外挤压力作用的力学模型；并应用解超静定问题的正则方程和力法准则对该力学模型进行求解，得到了在非均布外挤压力作用下套管圆周上的弯矩、剪力、轴力、应力和位移的分布规律。计算表明，在非均布外挤压力作用下，套管抗挤毁强度大大降低。该力学模型不仅可以解释深井套管挤毁机理，而且可以改进深井套管抗挤强度设计。

考虑制造缺陷的套管抗挤强度计算新模型

API 5C3未考虑套管的制造工艺及缺陷对套管抗挤强度的影响,已不能准确地预测套管实际抗挤强度。API/ISO工作组针对API 5C3存在的不足,修订了现行API 5C3标准,给出了含制造缺陷的抗挤新模型,大大提高了套管强度计算的科学性。研究中发现,ISO抗挤新模型并不适合所有壁厚段套管强度的计算,为此,在研究和评价ISO新抗挤模型的基础上,提出了考虑制造缺陷的抗挤强度计算新模型。通过与ISO/TG提供的上百个实物挤毁数据对比验证,本文所给出计算式的计算精确度明显好于API 5C3挤毁公式及ISO新模型,为套管强度的设计提供了新的参考依据。

重复射孔套管抗外挤强度分析

随着射孔技术和射孔工艺的进步,射孔穿深不断增加,应用原射孔技术无法获得工业油气流的储层可通过重复射孔获得再生。为了解重复射孔套管抗外挤强度安全性,为生产过程中套管安全控制提供关键参数,以常用51/2in×9.17mm的P110套管为例,采用16孔/m、90°相位角、10mm孔径射孔,应用ANSYS分析软件建立重复射孔套管有限元模型,用强化的Mises屈服准则为套管模型分配材料属性,应用映射法划分网格,在射孔边缘10倍细化网格,并进行了网格无关性测试。考虑重复射孔孔眼和原射孔孔眼沿轴向、沿螺旋线、沿周向相切3种不利分布,分析外压作用下重复射孔套管的抗外挤剩余强度。结果表明,3种不利分布重复射孔套管强度平均降低约11.43%,重复射孔孔眼和原射孔孔眼环向相切为最不利分布,强度降低16.35%;孔眼轴向两端应力明显大于孔眼环向两端应力。

射孔枪抗外挤强度的影响因素分析

射孔枪抗外挤强度是射孔器材设计厂家及用户关心的关键问题之一,应用SolidWorks软件建立射孔枪三维模型,再将其导入ANSYS有限元分析软件,建立了射孔枪三维有限元分析模型,考察了射孔枪抗外挤强度的影响因素及其影响规律。研究结果表明:抗外挤强度随孔密和孔眼直径的增加而减小,在其他条件相同的情况下,孔密为24孔/m射孔枪抗外挤强度比8孔/m时减小约8. 71%;30°、45°、60°、90°、120°及180°等常用螺旋布孔相位角中,相位角为60°时射孔枪的抗外挤强度最高;盲孔深度对抗外挤强度的影响最大,随盲孔深度的增加,射孔枪抗外挤强度急剧减小;若同轴度和圆柱度公差大于1 mm,射孔枪抗外挤强度降低较多;随着入井温度的升高和轴向拉力的增大,射孔枪的抗外挤强度也会有所降低。研究结果可为研制新型射孔枪提供理论依据。

膨胀管抗外挤强度试验研究

膨胀管膨胀后其抗外挤能力降低是制约膨胀管技术发展的重要因素。通过试验模拟实体膨胀管膨胀时的力学环境,分析了管材壁厚及残余应力在塑性膨胀过程中的变化规律。结果表明:膨胀管大塑性变形会导致壁厚减少,壁厚不均匀程度放大,并产生残余应力;膨胀管内表面产生拉应力,外表面产生压应力,应力差值在薄壁端最大,薄壁端也是膨胀管在外压作用下的屈服点;在膨胀管变形过程中薄壁端的变形速率高于厚壁端的变形速率,产生的残余应力与实测值基本相符,说明膨胀管原始壁厚的不均匀变形是残余应力增加、抗外挤能力降低的主要因素。

非均匀外载下弯曲井眼中含缺陷套管抗挤强度计算新模型

目前套管抗挤强度通常按照ISO 10400标准计算,但该标准在计算时将斜井视为直井,未考虑井眼弯曲的影响。虽然已有学者建立了考虑井眼弯曲后的套管抗挤强度计算公式,但其公式未考虑套管制造缺陷如不圆度、壁厚不均的影响,不符合实际情况。为了建立综合考虑各项影响因素的套管抗挤强度计算公式,将井眼弯曲、制造缺陷考虑在内,建立了套管抗挤强度计算新模型。研究结果表明:①新建模型考虑了套管所受非均匀外载、井眼弯曲、制造缺陷对抗挤强度的影响,更符合井下套管实际情况;②通过对比得出自建公式计算出的抗挤强度值变化趋势与黄根炉教授建立的弯曲井眼套管抗挤强度公式计算值、ISO公式计算值的变化趋势一致;③通过有限元软件建立了弯曲井眼套管三维模型,将模拟值分别与自建公式计算值、黄根炉教授建立的套管抗挤强度公式计算值、ISO公式计算值进行对比,自建的公式计算值更接近有限元模拟值;④计算值变化趋势及其与模拟值的对比能反映出新模型的正确性及计算精度,可以为井下套管抗挤强度的精确计算提供参考。

膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素分析

为了找出影响膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素,通过ABAQUS有限元软件对波纹管的抗外挤强度进行模拟,研究了波纹管的不圆度、波纹管的壁厚、井筒直径等对波纹管抗外挤强度的影响。结果表明,不圆度和壁厚对膨胀后波纹管抗外挤强度的影响较大,随着波纹管不圆度的减小,波纹管的抗外挤强度迅速的增大,壁厚越大波纹管的抗外挤强度也越大;另外,增大波纹管应用的井筒直径可以有效的提高波纹管的膨胀性能,降低波纹管膨胀后的不圆度,但是大尺寸的井筒直径降低了波纹管膨胀后的抗外挤强度。

射孔参数对射孔段套管抗外挤强度影响分析

射孔后管体出现孔眼,破坏了管柱面的连续性,导致孔眼附近应力集中,大大了降低射孔段套管抗外挤强度,进而影响套管的安全性。本文采用ANSYS软件对射孔段套管抗外挤强度进行分析,定义了剩余抗外挤强度系数,并讨论了相位角、孔径和孔密等射孔参数对射孔段套管抗外挤强度的影响。得出如下结论:射孔后套管抗外挤强度显著降低;当射孔相位角为90°时,射孔套管抗外挤强度较其它射孔相位角时大,射孔对套管抗外挤作用削弱最小;射孔弹尺寸越大,射孔段套管剩余抗外挤强度越小;随着孔密的增大,套管抗外挤强度不断降低。

基于套管强度校核计算结果的经济适用性分析

石油钻完井和生产过程中,下入套管是必不可少的作业阶段。套管的作用很多,其主要用于支撑井壁,保障钻完井和生产过程的正常运行,因此套管必须有承担一定压力的能力。提高套管的抗内压和抗外挤能力有两种途径,一是增加材料强度,二是增加套管壁厚。基于理论计算,对于套管抗内压强度,两种途径的强化效果是一致的。而计算结果表明,对于套管的抗外挤能力,套管的初始壁厚越大、钢级越高,强化效果就越好。实际作业中,到底如何优选套管的钢级和壁厚,可以从作业难度、腐蚀情况和经济评价三方面进行分析,所得结果对现场套管优化选材有重要的指导意义。

双层组合套管抗外挤强度影响因素研究

以外层套管为φ339.72 mm×13.06 mm P110和内层套管φ244.48 mm×11.99 mm TLM140、中间环空为水泥环的双层组合套管为研究对象,通过有限元模拟方法研究了水泥弹性模量及不同固井工况因素如水泥环偏心、水泥环缺失、混浆流动和水泥环破碎分布对双层组合套管的抗外挤强度性影响规律。模拟计算结果表明,双层组合套管的抗外挤强度比单内层套管的抗外挤强度提高了167.3%,为单内层套管抗外挤强度的2.673倍;双层组合套管的抗外挤强度与水泥环的弹性模量为非线性关系,双层组合套管的抗外挤强度在水泥环的弹性模量在0~2GPa时增加迅速,水泥环的弹性模量为2~36 GPa时增加较缓慢;双层组合套管抗外挤强度影响最大的固井工况因素为水泥环缺失,最大下降率为71.55%;其次为混浆流动、水泥环破碎工况因素,下降率为33.72%;水泥环偏心因素影响最小,下降率为5.26%。

大口径瓦斯排放井套管抗挤强度计算分析

瓦斯排放井的套管具有直径大、重量大,在下入井筒过程中,经常出现套管被挤毁的现象。根据美国石油协会常规套管抗挤强度的计算公式,结合淮南矿业集团顾桥煤矿瓦斯排放井套管的实际,先进行了理论计算,然后根据大量试验获得的修正系数对理论计算结果进行修正,从而获得了套管的实际抗挤强度,并以此强度反算出套管在下入井筒时的空置深度与钻井液的填充深度,最终将套管安全的送入井底。验证了大口径套管抗挤强度计算方法的可行性。

铝塑外窗抗风压强度计算方法的研究

根据最小二乘法原理求得建筑铝塑外窗抗风压强度的经验公式来计算其强度。

非均匀载荷下磨损套管抗挤强度研究

针对非均匀载荷下套管磨损后抗挤强度降低的问题,将磨损简化为套管的壁厚不均度和内壁不圆度几何缺陷。在此基础上,建立了非均匀载荷下磨损套管抗挤强度计算方程。该方程计算值与试验值的对比表明,该方程计算结果是可靠的,可为复杂地层磨损套管柱设计提供理论依据。研究表明,当载荷不均匀程度较小时,磨损对套管抗挤强度的影响较大;当载荷不均匀程度较大时,磨损对套管抗挤强度的影响较小。