摘要：为研究缺陷和温度共同作用下套管的抗挤强度变化规律,在套管抗挤强度分析的基础上,建立了磨损套管和腐蚀套管有限元模型,分析了套管磨损量、壁厚、腐蚀坑深度和腐蚀坑半径对套管抗挤强度的影响,并依据分析结果建立了N80钢级套管抗挤强度预测模型。研究结果表明:相同温度下,套管磨损率等量增加,套管抗挤强度出现明显下降且下降幅度逐渐变小;相同温度下,保持套管腐蚀深度等量增加,套管抗挤强度持续下降,下降幅度相差不大;套管的壁厚、磨损率、腐蚀半径和腐蚀坑深度对抗挤率基本没有影响,抗挤率只与温度相关;建立的缺陷套管抗挤强度预测模型在20~200℃的温度范围内,可对套管抗挤强度进行预测,可靠性较高。研究结果可为套管设计和现场应用提供指导。

摘要：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。

摘要：油气井钻井过程中,由于钻具和套管相互摩擦,造成套管内壁磨损并引起磨损套管抗挤强度降低,直接后果是:降低油气井寿命,严重时将导致某段油气井报废或整口油气井报废。因此,套管柱设计尤其是水平井、大位移井、深井、超深井钻井必须考虑磨损对抗挤、抗内压强度的影响,而现有计算方法在计算磨损套管抗挤强度时通常忽略了制造缺陷对挤毁强度的影响,计算值与实测值差异较大。为此,文章研究了磨损套管的挤毁机理,认为计算磨损套管的抗挤强度应重点考虑磨损对抗挤强度的影响,同时考虑制造缺陷对套管抗挤强度的影响。基于此,文章进行了大量研究,应用叠加原理,建立了计算磨损套管抗挤强度的新算法。通过对此算法和其它算法的计算结果与试验数据比较分析表明,新算法优于其它算法并与试验数据更接近,能较好满足工程要求,为磨损套管柱设计提供了理论依据。

摘要：为了研究石油套管柱的力学性能,采用统一强度理论,合理考虑中间主应力效应和材料拉压比的影响,推导了石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度计算公式,建立了石油套管柱双轴抗挤强度和三轴抗挤强度与单轴抗挤强度的关系,并分析了材料的拉压比、中间主应力效应、径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况等因素对不同类型抗挤强度的影响特性。研究结果表明:材料的拉压强度不等特性(SD效应)对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度均有显著影响,材料拉压比越大,套管柱的单轴抗挤强度越小,双轴抗挤强度越大,而三轴抗挤强度与双轴抗挤强度的差值和材料拉压比的关系与外荷载有关;中间主应力效应对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也有显著影响,随统一强度理论参数b值的增加,套管柱的单轴抗挤强度和双轴抗挤强度不断增大,考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,具有可观的经济效益;径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况对套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也具有一定影响。该结果适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度表达式分别统一起来,具有广泛的适用性,可为石油套管柱的抗挤强度设计提供借鉴。

摘要：目前通常采用大规模水力压裂的方法对页岩气储层进行改造,由于施工排量大、施工时间长,造成井筒温度下降速度快且幅度大,由温度作用而产生的拉应力会降低套管抗挤强度,不利于安全生产。针对页岩气水平井压裂施工工艺及工况条件,建立了水力压裂时的热传导控制方程,并利用有限差分法对其进行求解,分别探讨了不同井口温度下常规水力压裂和大规模水力压裂时井底温度的变化情况;然后再根据API套管挤毁压力计算公式求得了不同钢级套管在不同温度变化时套管抗挤强度的变化值。结果表明:①较之于常规水力压裂,大型水力压裂时,井底温度变化对套管抗挤强度影响较大且对不同钢级的套管抗挤强度的影响程度也有所不同,其中高钢级套管的抗挤强度受影响较小,而低钢级套管抗挤强度受影响则较大;②当在冬季进行施工及水平井垂深更深时,这种由于温度作用造成套管抗挤强度的降低更为明显。结论认为,在对页岩气水平井大规模水力压裂时,必须考虑因为井底温度变化所造成的套管强度降低的问题,并进行合理的套管设计。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：随着石油工业的不断发展 ,深井、超深井、水平井和大位移井越来越多 ,而这类井由于其自身的特殊性 ,在钻井过程中钻具在井中旋转及起下钻对套管内壁造成磨损 ,导致其抗挤强度、抗内压强度等使用性能降低 ,对油气井的安全构成威胁 ,因此 ,套管设计时应当考虑磨损对抗挤强度的降低问题。APIBul 5C3挤毁压力公式没有考虑磨损对套管抗挤强度的影响。文章主要通过有限元法并辅以理论分析 ,深入研究套管内壁磨损对其抗挤毁性能的影响规律 ,分别详细比较“月牙形”磨损模型与偏心筒近似磨损模型、最小壁厚均匀磨损模型之间的差异 。

摘要：重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题,即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式,以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式,对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。

摘要：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。