套管缺陷及高抗挤套管抗挤强度研究

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1、6.1引言套管在井下一般都承受非均匀水平外挤压力，同时套管本身乂有壁厚不均度、椭圆度、制造残余应力等缺陷。木文首先讨论壁厚不均椭圆套管抗均匀载荷强度，然后研究等壁厚圆形套管抗非均匀载荷强度，最后给出若干计算实例并从中得出结论，为研究套管的挤毁问题提供初步的理论依据。6.2壁厚不均椭圆套管的抗均匀载荷强度壁厚不均度是指最大壁厚与最小壁厚之差除以平均壁厚，即°_'(/mux—'min)c—'max+'min不圆度是指套管长轴与短轴之差除以平均直径，即__2(2nax-9nin)V—"max+Dniin美国石油学会(API)应用统计回归方法建立了一套计算套管抗挤强

2、度的经验公式。它不考虑不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响，而是在大量套管挤毁试验数据的基础上，应用统计冋归方法求出适用于不同径厚比公式的系数A、B、C和F、Go当前美国以及许多产油国家是以API规范作为套管的抗挤强度计算标准的。1994年10月，公布了APIBULL.5C3第六版。前后对照，计算公式只有个别变化。API的套管抗挤强度计算公式已经处于相对稳定状态，但是，研究工作并未停止。石油工业中使用的套管一般是是合金无缝钢管。一般情况下，它同时•存在着不圆度和壁厚不均两种原始缺陷。关于套管的尺寸精度对套管抗挤强度的降低问题，国外有很多大公司在进行研究而且

3、得出了可喜的成果。证明了套管的不圆度、壁厚不均度对抗挤强度的影响是相当可观的。油田一般不检查套管不圆度、壁厚不均度，因此具体在每口井上，每个损坏点的结构尺寸影响到底多大是不可能搞清楚的。但是，不圆度、壁厚不均度对套管抗挤强度的影响是不容忽视的。最早(1930年)考虑这一问题的是布尔卡柯夫(ISyJirakoB),他得出了变壁厚椭圆套管抗挤强度的计算公式。这就是布尔卡柯夫公式：Pc=AK(y+EKT^/a^EK21+（6一1）式中：1933年，铁木辛哥（Timoshenko）从另外的途径也得到了与前者类似的公式：（6—2）上式乂叫rKHK公式（苏联国家石油

4、研究所），在四十年代曾作为套管抗挤强度的计算公式。从五十年代开始，苏联颁布的rocT632-50>rocT632-57>rOCT632-64分别采用了不同形式的萨尔奇索夫（『.M.CapKncoB）公式作为抗挤强度的计算依据。萨尔奇索夫公式不但考虑了套管不圆度的影响，而口同时考虑了壁厚不均度的影响。1960年5月，萨尔奇索夫在前苏联“石油业”杂志上发表的最新形式的套管抗挤强度公式为：(6—3)式中:『。为&=彳处的壁厚。耶内敏柯（EpeueHKo）等人根据依留申（A.A.hjiioibi4h）/JT单塑性理论，对材料有硬化效应的椭圆套管的弹塑性失稳问题，进行

5、了大量的试验研究和理论探讨工作，并获得了一些较好的成果。耶内敏柯求得椭圆套管的抗挤强度计算公式为：pc=1」k(a-^Ia2-b)(6—4)式中A=(y^EK21-3砂+W+埶1一20+20)B=4EK匕[1—3202*2砂3]0.0口当K50.055时,卩=0.03+5(K—JEK~当K二0.055时；0=0.23+5(K-e)-EK20.01才+130久=0.95近儿年来，日本管材生产厂家对套管的抗挤强度也有浓厚的兴趣。日本住友（Sumiton）金属、新日铁、日木钢管、法国瓦鲁瑞克（Vallarec）等公司研究了套管抗挤毁问题，进行了大量的有不圆度缺陷和

6、壁厚不均度缺陷的套管抗挤强度试验研究工作，日木住友金属的试验结果见表6-1、表6-2o表6-1钢管不圆度对临界挤毁压力的影响试样号不圆度%径厚比D/1临界挤毁压力2kg/cm试验值PerPp计算值=2勺（〃功EI10.0319.96817()30.97E120.0619.96647030.94E220.7219.25527280.76E310.6019.25527030.79E321.6019.64597130.641.4419.174627100.65表6-2钢管壁厚不均度对临界挤毁压力的影响试样号壁厚不均度%径厚比D/t临界挤毁压力kg/cm2PcJPp

7、试验值PerPp计算值=2ay（t/D）T113.019.86727060.95T125.019.76927100.97T214.420.66486790.75T223.720.56546820.95T3111.119.96567030.95T328.720.46336850.92由此看来，当壁厚不均度不超过10%时，对套管抗挤强度的影响并不大。非常重要的是要求严格遵循非常小的重量误差(API要求为3.5%),对于厚套管，由于制造中相对变化量不那么大，壁厚的影响也就不那么重要了。实际上，应用套管的平均壁厚来进行计算是足够精确的。壁厚不均度对套管抗挤强度的影响

8、可以通过下式进行计算：Pcru=Pcro(l-e/2