考虑射孔初始损伤的套管强度失效数值研究

随着油气资源勘探开发逐渐走向深层和超深层,大药量、高孔密的射孔器得到广泛应用,这给完井管柱的安全性带来了挑战。目前关于射孔套管剩余强度的研究忽略了射孔过程中套管的初始损伤,为此,基于冲击动力学及管柱力学理论,结合现场射孔完井工况,建立了三维射孔数值计算模型,计算了射孔后套管抗挤剩余强度系数;对比分析了射孔及机加孔套管的剩余强度的差异;研究了套管物性参数及射孔参数等对射孔后套管剩余强度的影响规律。研究结果表明:机加孔及射孔后的套管在恒定加载外挤力作用下,应力集中位置首先出现在机加孔周围,然后沿套管轴向方向扩展;射孔后的套管在外挤力作用下,套管内、外壁的应力分布差异较小,应力分布较为均匀;随着套管径厚比的增加,机加孔及射孔后的套管剩余强度均增大,射孔后套管的剩余强度对套管壁厚较为敏感;径厚比相同情况下,随着套管直径的增加,射孔后的套管剩余强度明显增大;射孔孔密增加、射孔相位角减小都会加重套管在射孔过程中的初始损伤。所得结论可为油气井的后续增产及生产方案设计提供参考。

基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

根据套管受到外挤载荷时的受力和变形特点,将套管变形分为弹性和塑性变形两个阶段,建立套管弹、塑性变形受力计算模型,利用能量平衡方程推导出套管抗挤强度计算公式,分析初始椭圆度、屈服强度和径厚比对套管抗挤强度的影响。通过对6根V140套管进行室内全尺寸试验和三维有限元数值模拟计算得到其抗挤毁强度,并与计算结果进行对比。结果表明:利用能量平衡方程推导的套管抗挤强度计算公式与试验、ISO/TR104002007(E)标准和有限元计算结果相比具有很高的精度,可以满足工程需求;初始椭圆度和径厚比越大,套管抗挤强度越小;屈服应力越大,套管抗挤强度越大。

基于塑性铰模型的煤层气完井筛管抗挤强度分析

根据煤层气完井筛管受力特点建立了筛管受力的塑性铰模型,利用能量法推导出带有初始椭圆度筛管抗挤强度的计算公式,分析了相位角、射孔直径、射孔密度、初始椭圆度、径厚比和屈服强度等影响因素对筛管抗挤强度的影响规律,并对某煤矿使用的筛管抗挤强度进行了计算,与已有的实验数据和有限元计算结果进行了对比。计算结果表明:筛管抗挤强度的塑性铰模型具有很高的计算精度和准确度,可以满足工程实际需要;筛管抗挤强度随着射孔相位角、径厚比和初始椭圆度的增加而降低,随着屈服强度的增加而增加,相位角和椭圆度对筛管抗挤强度影响比较显著;在射孔直径小于12mm、射孔密度小于120孔/m时,筛管抗挤强度随射孔直径和射孔密度增加变化不明显。建议在实际煤层气完井筛管设计过程中,采用小相位角,严格控制初始椭圆度,适当增加射孔直径和射孔密度,以达到提高筛管抗挤强度和增加过流面积的目的。

油套管抗挤毁性能的初始后屈曲理论分析

抗挤毁性能是油套管的一项至关重要的性能指标．椭圆度和壁厚不均是存在于油套管中的初始微小几何缺陷．运用Koiter初始后屈服理论分析承受均匀外压力的长薄壁油套管的后屈曲性态及其缺陷敏感性，得出承受均匀外压力的长薄壁油套管具有后屈曲稳定性的结论．