《套管工作力學》對套管抗擠強度理論及套管整形工作力學進行了系統(tǒng)介紹,針對套管在不同外擠載荷下的力學模型進行了描述,對各種工況下套管的抗擠強度計算方法進行細致的探討,且用相應的實驗數(shù)據(jù)對套管抗擠強度的新算法進行了檢驗。《套管工作力學》內容新穎,是作者對新成果和新進展的總結,有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,拓寬讀者的專業(yè)知識面,便于讀者了解當前國內外套管工作力學研究動態(tài)和發(fā)展趨勢。
《套管工作力學》可供石油工程領域的相關技術人員閱讀,也可供大專院校相關專業(yè)的師生參考。
隨著石油天然氣能源需求的增加,鉆井的工作量呈逐年上升趨勢,與此同時所需人井的套管數(shù)也不斷增加。特別對超深井、特殊結構井、復雜地層、復雜服役環(huán)境,還采用了大量的非標準套管。由此在套管工作力學方面暴露出以下不足:(1)API5C3提出的套管擠毀壓力計算公式是基于若干年前大量套管擠毀試驗數(shù)據(jù),用數(shù)學回歸方法得出的經驗公式或修正的理論公式,近年來世界各主要鋼管廠生產套管的制造缺陷已經得到了較嚴格的控制,按照API標準設計套管強度過于保守,浪費管材成本,當務之急是如何建立考慮制造缺陷的套管抗擠強度計算模型。(2)API/ISOCollapseSub-Team(美國石油學會/國際標準化組織套管擠毀工作組)給出了新的ISO抗擠模型,而該模型對徑厚比在8至20之間的套管,ISO新公式計算的抗擠強度低于現(xiàn)行的API5C3值,顯著低于實物試驗擠毀強度。當徑厚比大于21時,ISO新公式計算結果略高于APISC3的數(shù)值,與實物擠毀值基本接近,應考慮如何對新模型進行進一步的完善。(3)在超深井或大位移井鉆井過程中,技術套管非均勻磨損較嚴重,磨損套管抗擠強度該如何計算?(4)在非均勻地應力下套管承受非均布載荷作用,非均勻載荷存在的形式是什么?非均勻載荷下套管抗擠強度應如何計算?(5)在鹽巖或軟泥巖裸眼井段內,因地層蠕變作用使套管受到非均勻集中載荷作用,按常規(guī)套管強度設計套管擠毀或變形事故時有發(fā)生,此時套管的抗擠強度如何計算?(6)國內外大部分油氣田都存在套管形變問題,套管整形工作量不斷上升,地層圍壓作用下套管的整形力如何計算?
為解決上述6個方面的問題,本書對套管抗擠強度理論及套管整形工作力學進行了系統(tǒng)介紹,針對套管在不同外擠載荷下的力學模型進行了描述,對各種工況下套管的抗擠強度計算方法進行細致的探討,且用相應的實驗數(shù)據(jù)對套管抗擠強度的新算法進行了檢驗。
全書共分為7章,由林元華、孫永興、曾德智、鄧寬海共同編寫完成,第一章綜合敘述了國內外套管擠毀的研究概況,總結了目前套管擠毀研究亟需解決的問題,針對研究存在的問題提出了相應的解決方法;第二章給出了API標準和ISO擠毀壓力計算公式的適用范圍和推導過程,并總結了ISO存在的不足之處;第三章建立了套管在均勻外擠載荷作用下的力學模型,并考慮到套管的制造缺陷對其進行了修正,從而得到了套管抗擠強度計算的新公式,并用實驗數(shù)據(jù)對其進行了校正;第四章在研究ISO新抗擠模型的基礎上,同時考慮套管基本尺寸、屈服極限、橢圓度、微裂紋缺陷等參數(shù)對抗擠強度的影響,給出了套管抗擠強度的新公式,并用實驗數(shù)據(jù)對新公式進行了校正;第五章建立了套管在非均勻外擠載荷作用下的力學模型,并應用逆解法對其進行求解,得到套管在非均勻外擠載荷下的抗擠強度計算式;第六章考慮了制造缺陷對套管抗擠強度的影響,應用疊加原理,建立了磨損套管抗擠強度的新算法,并用實驗數(shù)據(jù)對新算法進行了校正;第七章建立了變形套管修復的理論模型,用相應的實驗數(shù)據(jù)對該模型進行了校正。
1 緒論
1.1 套管抗擠強度研究現(xiàn)狀
1.2 套管抗內壓研究現(xiàn)狀
參考文獻
2 套管抗擠強度理論發(fā)展歷程
2.1 套管外擠載荷分析
2.2 API擠毀壓力計算理論
2.3 ISO10400擠毀壓力計算理論
2.4 ISO擠毀模型與實物擠毀數(shù)據(jù)對比及分析
2.5 本章小結
參考文獻
3 基于ISO算法的套管抗擠強度模型
3.1 基于Mises強度理論的套管抗擠強度新模型
3.2 基于統(tǒng)一強度理論的高抗擠套管抗擠強度新模型
3.3 本章小結
參考文獻
4 非均布和集中載荷作用下的套管抗擠強度計算方程
4.1 非均勻集中載荷下套管抗擠強度研究
4.2 非均勻載荷下含水泥環(huán)的套管抗擠強度研究
4.3 本章小結
參考文獻
5 磨損套管抗擠強度的算法研究
5.1 套管磨損的機理及其防止措施
5.2 磨損套管在均勻載荷下抗擠強度的研究
5.3 磨損套管在非均勻載荷下抗擠強度的研究
5.4 本章小結
參考文獻
6 套管抗內壓強度模型
6.1 套管抗內壓強度計算標準及演變
6.2 內壓屈服失效模型
6.3 ISO韌性爆裂模型
6.4 基于統(tǒng)一強度理論的韌性爆裂模型
6.5 本章小結
參考文獻
7 變形套管整形修復的力學理論
7.1 梨形脹管器整形力的理論研究
7.2 梨形脹管器修復變形套管的實驗研究
7.3 梨形脹管器修復過程的有限元模擬
7.4 本章小結
參考文獻
附錄A ISO/TG實物擠毀測試數(shù)據(jù)
附錄B 國內實物擠毀測試數(shù)據(jù)