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沧州新兴无缝钢管有限公司
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基于双剪统一强度理论的油管爆裂强度

管材和套管的内压强度往往不能满足高压,高温和高H 2的设计要求S气井。而且,根据现行的API 5C3标准,某些井的实际安全系数低于设计标准,这给设计带来了一些困惑。ISO 10400:2007提供的模型可以比API 5C3标准更好地计算管道和套管的爆破强度,但计算精度不可取,因为大约50%的预测值明显高于实际爆破值。因此,为了提高管材和套管的强度设计,本文采用双剪统一强度理论推导了内压下管材和套管的塑性极限压力。根据产量 - 拉伸强度比和力学性能对管材和套管破裂强度影响规律的研究,通过材料硬化和中间主应力,建立了更精确的油管套管爆破强度计算模型。数值和实验比较表明,新的爆破强度模型比其他模型更接近实际爆发值。研究结果为优化深井和超深井油管和套管设计提供了重要参考。
 
在“三高”(高压,高温,高H 2 S)气井中,管道和套管的使用环境变得更加复杂和苛刻,并且施加在管道和套管上的内部压力变得更高。因此,管道和套管必须具有足够的爆破强度以承受内部压力而不会变形。此外,在“三高”气井中管道和套管爆裂的情况下,可能会发生气体窜流和溢流,从而导致严重后果[1]。由于管道和套管在井筒完整性过程中起着重要作用,许多学者对管道和套管的强度进行了研究,并提出了许多新的方法和模型(如屈服破坏模型,塑性坍塌破坏模型和裂缝扩展模型)。用于分析管道和石油套管的强度已经创建[2] - [5]。但是他们中的大多数只能预测用于将原油输送到地下的薄壁高强度管道的爆破强度[6] - [7]而不是厚壁管道和地下套管。
 
然而,对API 5C3强度模型的研究发现,该模型只能预测管材和套管的最小内压强度。API 5C3的基本失效准则取决于内压下内壁表面的初始屈服,但在这种情况下,外壳具有密封完整性和结构完整性的能力。因此,根据现行API 5C3标准[8],许多管状产品被浪费在常规井中,并且管道和套管强度通常不能满足严格井(例如“三高”气井)的设计要求。
 
另外,内壁表面的初始屈服不能在试验或实际领域中呈现。相反,爆裂可以真实地反映管道和套管中密封完整性的损失。因此,ISO 10400:2007 [9]提出了管道和套管的爆破强度(韧性断裂强度),并提供了模型来计算内部压力下管道(管道和套管)的爆破强度。与API 5C3标准相比,ISO爆破强度模型可以根据最小壁厚更好地预测管材和套管的破裂强度[10] - [12]并在一定程度上改善管材和套管强度的设计。但是,对ISO强度模型的研究发现其计算精度是不可取的,因为大约50%的预测值明显高于实际爆破值[13] - [14],这与管材和套管强度的设计相反。四川,重庆气田井井龙岗001-1,龙岗001-2,龙岗13,普光204-2H井安全系数上限的提高-1塔里木油田以及新疆塔河油田TK1127井。
 
此外,在石油和天然气工业中,管道是运输原油和天然气的关键部件,套管在钻井和生产过程中对钻孔,隔离油,气和水的保护和加固起着重要作用。因此,为了提高管材和套管的强度设计,在我的工作组结果[13] - [14]的基础上,基于双剪统一强度理论和双剪应力屈服准则[15] - [16],本文提出了可以计算管壳爆破强度的模型。大量的数值和实验比较表明,“新爆破强度模型”的预测精度高于ISO,可以满足深井和超深井工程设计的要求。