对油气井油管、套管ISO新抗挤模型的研究.pdf

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1、天然气工业2009年12月对油气井油管、套管ISO新抗挤模型的研究孙永兴林元华。施太和王忠生李钦道张攀峰。张果张光华。1．川庆钻探工程公司钻采工艺技术研究院博士后科研工作分站2．石油管力学和环境行为重点实验室·西南石油大学3．中国石化胜利油田渤海钻井总公司孙永兴等．对油气井油管、套管ISO新抗挤模型的研究．天然气工业，2009，29(12)：32—34．摘要在石油和天然气行业中，油管、套管是油气井生产中重要的设施，准确地预测油管、套管抗挤强度能够防止或减少油管、套管失效事故的发生。针对API5C3计算精度偏低、对抗挤强度影响因素考虑不全面等问题，API／ISO工作组修订了现行A

2、PI5C3标准，给出了含制造缺陷(椭圆度、壁厚不均度、残余应力、制造微裂纹等)的抗挤新模型，从而大大提高了套管强度计算的科学性。研究中发现，ISO抗挤新模型并不适合所有尺寸套管强度的计算，当前研究的成果与实际情况存在一定差异，这并非是Is0工作组要研究、修订AP15C3的初衷。因此，建议后续研究者对Is0新模型进行必要的修正或改进，给出更可靠合理的计算模型。这要比单一用API5C3设计油管、套管强度更合理，既避免了材料的浪费又能保证材料的安全可靠性。关键词油管套管抗挤ISO新模型弹塑性力学D0I：10．3787／．issn．10000976．2009．12．010API5C3标

3、准，编制并发布了ISO／TR10400：2007O引言标准即“石油天然气工业一套管、油管、钻杆和管线长期执行的API5C3：1994_】挤毁压力计算公管公式计算标准”，给出了油管、套管的抗挤新模式是基于1968年以前工业生产的K55、N80、P110型，即IS0抗挤新模型。IS()新模型将油管、套管的套管进行2488次挤毁试验，用数学回归方法得出的制造方法、热处理、潜在的制造缺陷(椭圆度、壁厚不经验公式或修正的理论公式，依据D／t的不同有4均度、残余应力、制造微裂纹及裂纹检测确信度等)个挤毁公式，而且存在不连续点，同时，API5C3未引入套管强度计算标准，从而大大提高了套管强度

4、考虑制造工艺、缺陷等对套管抗挤强度的影响。研计算的科学性。究表明，套管的各种制造缺陷(椭圆度、壁厚不均度、1ISo抗挤新模型残余应力等)对套管抗挤强度的影响显著，不可忽视_2。]。随着套管制造工艺水平的不断提高和制造基于Tamano和Klever研究成果_3]，ISO质量的显著改进，套管的制造缺陷已经得到了严格10400：2007标准给出了仅有外压作用下油管、套管的控制，大量全尺寸试验证实，API标准套管的抗挤抗挤强度的设计方程，即1SO新抗挤模型]：值比实物挤毁值低16～30ts-73，在这种情况下，P一{(+P)一[(户一P)+4p。PH，])÷油管、套管设计中继续采用AP

5、I5C3公式，在常规井[2(1一H，)](1)中造成管材浪费，在三高(高压、高产、高含HS)气P一k×2f⋯(／D)[1+f／(2D)](2)井导致选择套管难。API／ISOCollapseSub—TeamP一0．825×2E／E(1～。)(D／t)(D／￡一1)](3)(美国石油学会／国际标准化组织套管挤毁工作组)H=0．127f。+0．0039f一0．440(f／ff)(4)认识到这一问题的重要性，组织跨国研究、修订现行式中：P为设计抗挤强度，MPa；P为设计弹性强度，*本文受到国家“新世纪优秀人才支持计划”(编号：NCET一080907)和四川省杰出青年学科带头人培养基金

6、(编号：06ZQo26028)的资助。作者简介：孙永兴，1977年生，博士：2008年毕业于西南石油大学并获博士学位；主要从事酸性油气田油管、套管设计研究工作。地址：(618300)四川I省广汉市钻采工艺技术研究院钻完井设计中心。电话：(0838)5152076。E-mail：yohance@163．COrn·32·第29卷第12期天然气工业MPa；P为设计屈服强度，MPa；H，为制造缺陷影响24O因子(见ISO／TR10400：2007，P98)；k为设计屈服一200强度折减系数(见ISO／TR10400：2007，P98)；fm。为160材料最小屈服强度，MPa；E为材料弹

7、性模量，2．O7耄12o×10MPa；为泊松比，0．28；D为名义直径，mm；t羹so4O为名义壁厚，mm；为壁厚不均度，，一100×O(￡一t⋯)／t⋯；ff为材料的实际屈服强度，MPa；30套管的外直径与壁厚之比。为椭圆度，；。一100(D⋯D⋯)／D；为残余应力，MPa。图4Q125套管挤毁数据与API值、ISO值对比关系图2ISo抗挤新模型与API5C3挤毁公“套管挤毁值”表示套管试样的实物挤毁值，API值式计算对比表示用API5C3挤毁公式计算的抗挤强度值，ISO值表示用IsO新模