椭圆度和偏心及微裂纹缺陷套管剩余强度分析

套管用于支撑油气井井壁,形成完整井筒,部分套管存在椭圆度、内外壁偏心及微裂纹等制造缺陷,这些缺陷会降低套管强度。因此,有必要分析含制造缺陷套管的剩余强度。依据美国石油协会(American Petroleum Institute,API)套管抗外挤强度分析公式,考虑椭圆度和偏心引起的径厚比差异,据此修正径厚比,得到缺陷套管剩余强度分析公式。以P110套管为例,尺寸为127 mm×7.52 mm(外径×壁厚),对套管剩余强度进行理论分析和数值分析,对比分析椭圆度变形量和圆心偏离程度在1.0%~3.0%范围变化时套管的剩余强度。分析表明,椭圆度和偏心度为3.0%时套管剩余强度分别降低了6.81%和7.02%,与数值分析结果误差分别为1.91%和2.04%,剩余强度计算公式的精度满足工程要求。尺寸相同的微裂纹位于管壁内部、内壁和外壁时,强度分别降低了8.51%、3.55%、4.69%,微裂纹位于管壁内部时强度降低最多,套管强度随微裂纹增加呈近似线性降低趋势。依据研究,建立了不同椭圆度和偏心度套管剩余强度速查图表,方便设计和作业人员使用。研究结果可为含制造缺陷的127 mm×7.52 mm P110套管的剩余强度分析提供理论依据,可为弹性力学中含缺陷的筒体问题提供新的解决方案。