《套管工作力学》对套管抗挤强度理论及套管整形工作力学进行了系统介绍,针对套管在不同外挤载荷下的力学模型进行了描述,对各种工况下套管的抗挤强度计算方法进行细致的探讨,且用相应的实验数据对套管抗挤强度的新算法进行了检验。《套管工作力学》内容新颖,是作者对新成果和新进展的总结,有利于培养学生的创新意识,拓宽读者的专业知识面,便于读者了解当前国内外套管工作力学研究动态和发展趋势。
《套管工作力学》可供石油工程领域的相关技术人员阅读,也可供大专院校相关专业的师生参考。
随着石油天然气能源需求的增加,钻井的工作量呈逐年上升趋势,与此同时所需人井的套管数也不断增加。特别对超深井、特殊结构井、复杂地层、复杂服役环境,还采用了大量的非标准套管。由此在套管工作力学方面暴露出以下不足:(1)API5C3提出的套管挤毁压力计算公式是基于若干年前大量套管挤毁试验数据,用数学回归方法得出的经验公式或修正的理论公式,近年来世界各主要钢管厂生产套管的制造缺陷已经得到了较严格的控制,按照API标准设计套管强度过于保守,浪费管材成本,当务之急是如何建立考虑制造缺陷的套管抗挤强度计算模型。(2)API/ISOCollapseSub-Team(美国石油学会/国际标准化组织套管挤毁工作组)给出了新的ISO抗挤模型,而该模型对径厚比在8至20之间的套管,ISO新公式计算的抗挤强度低于现行的API5C3值,显著低于实物试验挤毁强度。当径厚比大于21时,ISO新公式计算结果略高于APISC3的数值,与实物挤毁值基本接近,应考虑如何对新模型进行进一步的完善。(3)在超深井或大位移井钻井过程中,技术套管非均匀磨损较严重,磨损套管抗挤强度该如何计算?(4)在非均匀地应力下套管承受非均布载荷作用,非均匀载荷存在的形式是什么?非均匀载荷下套管抗挤强度应如何计算?(5)在盐岩或软泥岩裸眼井段内,因地层蠕变作用使套管受到非均匀集中载荷作用,按常规套管强度设计套管挤毁或变形事故时有发生,此时套管的抗挤强度如何计算?(6)国内外大部分油气田都存在套管形变问题,套管整形工作量不断上升,地层围压作用下套管的整形力如何计算?
为解决上述6个方面的问题,本书对套管抗挤强度理论及套管整形工作力学进行了系统介绍,针对套管在不同外挤载荷下的力学模型进行了描述,对各种工况下套管的抗挤强度计算方法进行细致的探讨,且用相应的实验数据对套管抗挤强度的新算法进行了检验。
全书共分为7章,由林元华、孙永兴、曾德智、邓宽海共同编写完成,第一章综合叙述了国内外套管挤毁的研究概况,总结了目前套管挤毁研究亟需解决的问题,针对研究存在的问题提出了相应的解决方法;第二章给出了API标准和ISO挤毁压力计算公式的适用范围和推导过程,并总结了ISO存在的不足之处;第三章建立了套管在均匀外挤载荷作用下的力学模型,并考虑到套管的制造缺陷对其进行了修正,从而得到了套管抗挤强度计算的新公式,并用实验数据对其进行了校正;第四章在研究ISO新抗挤模型的基础上,同时考虑套管基本尺寸、屈服极限、椭圆度、微裂纹缺陷等参数对抗挤强度的影响,给出了套管抗挤强度的新公式,并用实验数据对新公式进行了校正;第五章建立了套管在非均匀外挤载荷作用下的力学模型,并应用逆解法对其进行求解,得到套管在非均匀外挤载荷下的抗挤强度计算式;第六章考虑了制造缺陷对套管抗挤强度的影响,应用叠加原理,建立了磨损套管抗挤强度的新算法,并用实验数据对新算法进行了校正;第七章建立了变形套管修复的理论模型,用相应的实验数据对该模型进行了校正。
1 绪论
1.1 套管抗挤强度研究现状
1.2 套管抗内压研究现状
参考文献
2 套管抗挤强度理论发展历程
2.1 套管外挤载荷分析
2.2 API挤毁压力计算理论
2.3 ISO10400挤毁压力计算理论
2.4 ISO挤毁模型与实物挤毁数据对比及分析
2.5 本章小结
参考文献
3 基于ISO算法的套管抗挤强度模型
3.1 基于Mises强度理论的套管抗挤强度新模型
3.2 基于统一强度理论的高抗挤套管抗挤强度新模型
3.3 本章小结
参考文献
4 非均布和集中载荷作用下的套管抗挤强度计算方程
4.1 非均匀集中载荷下套管抗挤强度研究
4.2 非均匀载荷下含水泥环的套管抗挤强度研究
4.3 本章小结
参考文献
5 磨损套管抗挤强度的算法研究
5.1 套管磨损的机理及其防止措施
5.2 磨损套管在均匀载荷下抗挤强度的研究
5.3 磨损套管在非均匀载荷下抗挤强度的研究
5.4 本章小结
参考文献
6 套管抗内压强度模型
6.1 套管抗内压强度计算标准及演变
6.2 内压屈服失效模型
6.3 ISO韧性爆裂模型
6.4 基于统一强度理论的韧性爆裂模型
6.5 本章小结
参考文献
7 变形套管整形修复的力学理论
7.1 梨形胀管器整形力的理论研究
7.2 梨形胀管器修复变形套管的实验研究
7.3 梨形胀管器修复过程的有限元模拟
7.4 本章小结
参考文献
附录A ISO/TG实物挤毁测试数据
附录B 国内实物挤毁测试数据