[發明專利]彎曲井段套管設計抗擠強度計算方法

有效

• 申請號: 201611201522.3
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106599595B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 馮福平;艾池;胡超洋;張德平;金春玉;雷揚
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N3/12
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

本發明涉及的是彎曲井段套管設計抗擠強度計算方法，這種彎曲井段套管設計抗擠強度計算方法：步驟一、根據某口油井的井深和井斜角數據計算該口油井彎曲井段的井眼曲率；步驟二、計算所述油井套管彎曲后截面扁化變形導致的橢圓度；步驟三、計算所述油井套管彎曲后橢圓形套管的平均壁厚；步驟四、計算所述油井套管彎曲后橢圓形套管的彈性擠毀壓力；步驟五、計算所述油井套管彎曲后橢圓形套管的屈服擠毀壓力；步驟六、計算所述油井套管彎曲后橢圓形套管的設計抗擠強度衰減因子；步驟七、計算所述油井套管彎曲井段套管的設計抗擠強度。本發明基于對套管抗擠強度影響因素考慮更為全面的KT模型，既有較高的準確性，同時又方便現場應用。

技術領域

本發明涉及水平井、大位移井等具有彎曲井段的套管柱強度設計技術，具體涉及彎曲井段套管設計抗擠強度計算方法。

背景技術

大位移井、水平井能夠顯著的提高油氣井產能和采收率，因此在國內外范圍內得到了廣泛的應用。在大位移井和水平井的彎曲井段，套管會隨著井眼的形狀而彎曲：套管的彎曲一方面會在套管外側產生軸向拉應力降低套管的抗擠強度；另一方面還會使套管發生徑向扁化變形，增加套管的橢圓度，引起套管強度的進一步降低。當套管的抗擠強度降低到低于外擠力時就會出現套管擠毀損壞，套管的擠毀損壞給鉆井過程以及后續的完井、生產作業帶來了極大的不便，并且增加了額外的修井作業，嚴重時甚至會導致整口井的報廢，造成了巨大的經濟損失和社會損失。

合理的套管抗擠強度設計是防止套管擠毀損壞的基本前提。長期以來套管設計抗擠強度主要通過API Bul 5C3：1994標準公布的公式計算，但該公式存在計算精度偏低、對影響套管抗擠強度性能的因素考慮不全面等不足。為此，API/ISO工作組對世界各國學者提出的11種抗擠強度計算模型進行了對比驗證，并頒布了新標準ISO/TR 10400：2007，推薦采用Klever和Tamano 在2004年提出的KT公式作為油套管抗擠強度計算的新模型。雖然新標準在正文條款中并未用KT抗擠強度計算模型取代原有的計算公式，只是作為知識性的資料在附錄中給出，但是API工作組已經指出待業界對該模型有了更多的驗證之后，將會在新標準中用KT抗擠強度計算模型正式取代原有的舊公式。

KT抗擠強度計算模型考慮了制造缺陷（橢圓度、壁厚不均度、殘余應力等）和不同制造技術對抗擠強度的影響，能夠顯著的提高抗擠強度計算的準確性。但KT抗擠強度計算模型并未考慮套管在井下彎曲條件下截面扁化變形效應對其抗擠強度的影響，其設計抗擠強度計算方法只能適用于直井段的套管柱設計，在彎曲井段采用該方法設計出來的套管抗擠強度可能會出現低于其所受的實際外擠力，容易造成套管的擠毀損壞。

采用有限元力學軟件能夠計算出套管在彎曲條件下的抗擠強度，該方法通過第四強度理論以屈服條件作為套管的抗擠強度臨界條件，但該方法得出的抗擠強度隨彎曲角的增加而急劇降低，其所計算得到的彎曲條件下抗外擠強度要遠低于其實際抗外擠強度，導致在彎曲井段中可能出現嚴重的高鋼級套管浪費現象，甚至在高彎曲井段無套管可選，而且該方法一般作為理論分析之用，不便于現場實際應用。

隨著大位移井以及水平井的逐漸增多，彎曲井段的套管抗擠強度設計面臨越來越多的工作和壓力，但已有的KT模型以及有限元方法均不能滿足彎曲井段套管抗擠強度設計的要求。彎曲井段的套管抗擠強度設計要考慮到在彎曲條件下套管的受力特征和變形特征，目前并未有人提出方便現場應用的綜合考慮彎曲井段套管承受的額外軸向拉應力以及截面扁化變形效應的設計抗外擠強度計算方法。

發明內容

本發明的目的是提供彎曲井段套管設計抗擠強度計算方法，這種彎曲井段套管設計抗擠強度計算方法用于解決現有大位移井、水平井等具有彎曲井段的套管抗擠強度合理設計問題。該方法基于對套管抗擠強度影響因素考慮更為全面的KT模型，考慮到套管在彎曲井段受到的額外軸向拉應力以及截面扁化效應引起的橢圓度增加和壁厚改變對其設計抗擠強度的影響，提出了適合于彎曲井段套管設計抗擠強度計算的實用方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種彎曲井段套管設計抗擠強度計算方法：