《套管工作力學(xué)》對套管抗擠強(qiáng)度理論及套管整形工作力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹,針對套管在不同外擠載荷下的力學(xué)模型進(jìn)行了描述,對各種工況下套管的抗擠強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行細(xì)致的探討,且用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對套管抗擠強(qiáng)度的新算法進(jìn)行了檢驗(yàn)。《套管工作力學(xué)》內(nèi)容新穎,是作者對新成果和新進(jìn)展的總結(jié),有利于培養(yǎng)學(xué)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(dāng)前國內(nèi)外套管工作力學(xué)研究動態(tài)和發(fā)展趨勢。
《套管工作力學(xué)》可供石油工程領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員閱讀,也可供大專院校相關(guān)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(jié)構(gòu)井、復(fù)雜地層、復(fù)雜服役環(huán)境,還采用了大量的非標(biāo)準(zhǔn)套管。由此在套管工作力學(xué)方面暴露出以下不足:(1)API5C3提出的套管擠毀壓力計(jì)算公式是基于若干年前大量套管擠毀試驗(yàn)數(shù)據(jù),用數(shù)學(xué)回歸方法得出的經(jīng)驗(yàn)公式或修正的理論公式,近年來世界各主要鋼管廠生產(chǎn)套管的制造缺陷已經(jīng)得到了較嚴(yán)格的控制,按照API標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)套管強(qiáng)度過于保守,浪費(fèi)管材成本,當(dāng)務(wù)之急是如何建立考慮制造缺陷的套管抗擠強(qiáng)度計(jì)算模型。(2)API/ISOCollapseSub-Team(美國石油學(xué)會/國際標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算的抗擠強(qiáng)度低于現(xiàn)行的API5C3值,顯著低于實(shí)物試驗(yàn)擠毀強(qiáng)度。當(dāng)徑厚比大于21時,ISO新公式計(jì)算結(jié)果略高于APISC3的數(shù)值,與實(shí)物擠毀值基本接近,應(yīng)考慮如何對新模型進(jìn)行進(jìn)一步的完善。(3)在超深井或大位移井鉆井過程中,技術(shù)套管非均勻磨損較嚴(yán)重,磨損套管抗擠強(qiáng)度該如何計(jì)算?(4)在非均勻地應(yīng)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(qiáng)度應(yīng)如何計(jì)算?(5)在鹽巖或軟泥巖裸眼井段內(nèi),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(qiáng)度設(shè)計(jì)套管擠毀或變形事故時有發(fā)生,此時套管的抗擠強(qiáng)度如何計(jì)算?(6)國內(nèi)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(jì)算?
為解決上述6個方面的問題,本書對套管抗擠強(qiáng)度理論及套管整形工作力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹,針對套管在不同外擠載荷下的力學(xué)模型進(jìn)行了描述,對各種工況下套管的抗擠強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行細(xì)致的探討,且用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對套管抗擠強(qiáng)度的新算法進(jìn)行了檢驗(yàn)。
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(nèi)外套管擠毀的研究概況,總結(jié)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(yīng)的解決方法;第二章給出了API標(biāo)準(zhǔn)和ISO擠毀壓力計(jì)算公式的適用范圍和推導(dǎo)過程,并總結(jié)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(xué)模型,并考慮到套管的制造缺陷對其進(jìn)行了修正,從而得到了套管抗擠強(qiáng)度計(jì)算的新公式,并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行了校正;第四章在研究ISO新抗擠模型的基礎(chǔ)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(qiáng)度的影響,給出了套管抗擠強(qiáng)度的新公式,并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對新公式進(jìn)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(xué)模型,并應(yīng)用逆解法對其進(jìn)行求解,得到套管在非均勻外擠載荷下的抗擠強(qiáng)度計(jì)算式;第六章考慮了制造缺陷對套管抗擠強(qiáng)度的影響,應(yīng)用疊加原理,建立了磨損套管抗擠強(qiáng)度的新算法,并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對新算法進(jìn)行了校正;第七章建立了變形套管修復(fù)的理論模型,用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對該模型進(jìn)行了校正。
1 緒論
1.1 套管抗擠強(qiáng)度研究現(xiàn)狀
1.2 套管抗內(nèi)壓研究現(xiàn)狀
參考文獻(xiàn)
2 套管抗擠強(qiáng)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(jì)算理論
2.3 ISO10400擠毀壓力計(jì)算理論
2.4 ISO擠毀模型與實(shí)物擠毀數(shù)據(jù)對比及分析
2.5 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
3 基于ISO算法的套管抗擠強(qiáng)度模型
3.1 基于Mises強(qiáng)度理論的套管抗擠強(qiáng)度新模型
3.2 基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論的高抗擠套管抗擠強(qiáng)度新模型
3.3 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
4 非均布和集中載荷作用下的套管抗擠強(qiáng)度計(jì)算方程
4.1 非均勻集中載荷下套管抗擠強(qiáng)度研究
4.2 非均勻載荷下含水泥環(huán)的套管抗擠強(qiáng)度研究
4.3 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
5 磨損套管抗擠強(qiáng)度的算法研究
5.1 套管磨損的機(jī)理及其防止措施
5.2 磨損套管在均勻載荷下抗擠強(qiáng)度的研究
5.3 磨損套管在非均勻載荷下抗擠強(qiáng)度的研究
5.4 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
6 套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度模型
6.1 套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及演變
6.2 內(nèi)壓屈服失效模型
6.3 ISO韌性爆裂模型
6.4 基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論的韌性爆裂模型
6.5 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
7 變形套管整形修復(fù)的力學(xué)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(fù)變形套管的實(shí)驗(yàn)研究
7.3 梨形脹管器修復(fù)過程的有限元模擬
7.4 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄A ISO/TG實(shí)物擠毀測試數(shù)據(jù)
附錄B 國內(nèi)實(shí)物擠毀測試數(shù)據(jù)