API套管抗挤毁压力计算公式的适用性研究

论文摘要

大量调研国内外文献的基础上,介绍了关于套管挤毁的国内外发展研究概况,随着深井、超深井和稠油热采井的发展,结合目前深井、超深井中套管的损坏情况和井下实际温度场环境,分析了研究温度对套管抗挤强度影响的重要性,在现行套管强度设计方法的基础上,提出了将温度因素考虑在内,运用API套管抗挤毁压力计算公式对套管抗挤强度进行设计的新思路。通过对金属材料的塑性变形理论、屈服理论和温变形加工理论的研究,深入分析了温度对材料性能和组织的影响。结合井下实际温度场环境,制定了实验方案,在井下温度场范围内选取25℃、100℃、150℃、200℃、300℃五个温度点对材料性能进行研究。对J55钢在不同温度环境下进行动态拉伸数据实验,结果表明,J55钢的屈服强度随温度的升高总体呈下降趋势。通过对API套管挤毁理论的研究,提出了将温度因素考虑在内的新的计算思路。虽然API套管挤毁理论已被广泛应用,但是该理论是在室温环境下建立的,应用在井下温度场环境下是否可靠,通过有限元方法对其进行了验证。以实验数据为依据,分别运用API套管抗挤毁压力计算公式和有限元分析方法对套管在井下温度场环境下的抗挤毁强度进行了计算,并将计算结果进行了对比分析。对比结果表明：1)选用的有限元分析方案的可靠性；2)现有的套管挤毁强度API分析方法,与井下温度场环境下套管实际挤毁强度不符,相差很大,在井下温度场范围内,最小值与常温下的挤毁强度相差10%以上；3)新的计算思路得出的结果,与在井下温度场环境下的套管实际挤毁强度随温度的变化趋势一致,但和实际套管挤毁强度还存在着一定的偏差,且随着温度的升高两者的差距呈增大趋势,但还不至于造成太大影响；4)将API套管抗挤毁压力计算公式应用与井下温度场环境时,针对于J55套管,具有一定的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 研究内容与方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 本文的研究思路和方法
• 第2章 金属材料的塑性变形理论
• 2.1 金属材料变形机理
• 2.1.1 滑移
• 2.1.2 孪生
• 2.1.3 单晶体的塑性变形机理
• 2.1.4 多晶体的塑性变形机理
• 2.2 冷变形对金属组织和性能的影响
• 2.2.1 冷变形对金属组织结构的影响
• 2.2.2 冷变形对金属性能的影响
• 2.3 金属冷变形后的静态回复机制
• 2.4 金属材料温变形加工中的动态应变时效
• 2.4.1 应变时效
• 2.4.2 温加工中的动态应变时效
• 2.5 金属材料的屈服强度
• 2.5.1 屈服现象
• 2.5.2 屈服强度
• 2.5.3 影响金属材料屈服强度的因素
• 2.6 本章小结
• 第3章 材料性能测试分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料
• 3.3 实验方案及设备
• 3.4 温度对J55钢组织性能的影响
• 3.4.1 温度对J55钢力学性能的影响
• 3.4.2 温度对J55钢微观组织的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 API套管抗挤毁压力计算
• 4.1 API挤毁理论
• 4.1.1 API挤毁压力计算公式及其系数
• 4.1.2 挤毁压力公式使用范围的确定
• 4.1.3 挤毁压力公式的推导
• 4.2 J55钢套管抗挤毁强度的API计算
• 4.3 本章小结
• 第5章 套管挤毁的有限元分析
• 5.1 套管挤毁有限元分析基本原理
• 5.1.1 有限元方程的建立
• 5.1.2 模拟计算过程中迭代收敛判据
• 5.2 套管几何模型的建立
• 5.2.1 套管模型特点
• 5.2.2 套管的几何模型
• 5.2.3 单元类型选择和网格划分
• 5.2.4 材料特性
• 5.2.5 边界条件与载荷
• 5.3 套管挤毁的有限元分析结果
• 5.4 与API计算结果的对比分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果