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套管抗挤强度研究

韩建增

  套管抗挤强度是国际上一个比较活跃的研究领域,多年来,API/ISO一直在组织国际合作研究。目前,API/ISO Collapse Sub-Team(美国石油学会/国际标准化组织套管挤毁工作组)正计划修订现行API5C3标准,研究的焦点集中在提高抗挤强度计算公式的精度。本文综述了国内外套管挤毁的研究概况,在研究和评价API5C3挤毁压力公式的基础上,提出了套管抗挤强度计算的新公式,所研究的模型和软件已用石油管材研究所、天津钢管厂的实物挤毁试验数据验证。研究表明,该模型在理论研究、现场应用及改进套管质量等方面都有十分重要的意义。同时,API/ISO Collapse Sub-Team已用本文公式对迄今所能得到的数百次试验数据进行了计算和对比。结果证明,本文公式比现行API挤毁压力公式的计算精度高,而与该国际合作组织正在研究而尚未定版的某些公式的计算结果相当。该研究成果已受到API/ISO WG2B的重视,笔者及导师项目组正参加该组织的修改API/ISO标准的研究工作。本文研究的套管抗挤强度新公式也适用于国内外生产的高抗挤套管。尽管目前高抗挤套管已大量使用,但它仍属非API标准,API5C3不能用于高抗挤套管抗挤强度的设计。高抗挤套管的抗挤强度比普通API套管约高30%。本文的套管抗挤强度新公式不仅可用于现行高抗挤套管抗挤强度的额定参考值,而且可供厂家改进高抗挤套管质量及用户选择高抗挤套管。例如在控制抗挤强度的因素中制造残余应力是一个显著项。这正是某些国产高抗挤套管的抗挤强度低于同钢级同尺寸精度的某些进口高抗挤套管的原因所在。本文还研究了套管在非均匀载荷作用下的抗挤强度计算问题,通过分析得知,为了提高非均匀载荷作用下套管的抗挤强度,增大壁厚优于提高钢级。从而,提出了防止非均匀载荷挤毁套管的主要措施是采用特厚壁套管,并提出了特厚壁套管的尺寸系列,为降低特厚壁套管的制造难度和制造成本提供了参考意见,为研究非均匀载荷作用下的套管挤毁问题提供了初步的理论依据。本文假设盐岩层服从粘弹性模型以及初始地应力和泊松比均为与时间无关的常数,依据延时井径测井信息,建立了确定盐岩层蠕变参数的反演分析法,并在现场得到了应用和验证。研究表明,用现代岩土工程反演理论确定盐岩层的蠕变参数,比做地面岩芯试验更符合实际,而且成本低。这是目前较可靠、先进和简易的方法。因此,反演理论的研究不仅具有重大的理论意义,而且也有广阔的应用前景。本文的主要创新点是提出了套管抗挤强度计算的新公式,并得到了API/ISO CollapseSub-Team的肯定,同时,被邀请参加该工作组的国际合作研究。在国际合作研究中,获得了大量信息及不同的研究方法,初步掌握了国际研究动态。本文的研究或某些部分能否被选作新的API标准,还有待于进一步的研究和国际交流。……   
[关键词]:套管;抗挤强度;不圆度;壁厚不均度;残余应力;盐岩;蠕变;粘弹性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西南石油学院2001年
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