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对碳钢弯头的应力和强度进行分析

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       碳钢弯头针对复杂地层套管抗挤毁强度的设计思路及设计理念不是很合理。在实际工程中,地层出砂、滑移、膨胀及水泥窜槽等因素都会导致石油套管受到非均匀分布的挤压力作用,从而导致部分石油套管受到的挤压力是非均匀分布的;套管在酸性油气井中长期使用难免会因腐蚀、磨损等因素而产生相应的缺陷。针对套管(理想套管和含缺陷的套管)外载荷的非均匀分布特性,假设了多种非均匀模式,如椭囻形分布的非均匀(均布)载荷和局部分布的非均匀集中载荷,其中椭圆形分布的非均匀(均布)载荷是将非均匀载荷分解为均匀载荷和非均匀载荷两部分。
       目前,碳钢弯头基于理论和有限元方法对非均匀(均布)载荷下的套管抗挤强度进行了大量硏究,但针对非均匀集中载荷下套管抗挤强度的理论和试验硏究鲜见报道。然而,硏究发现:椭圆形分布的非均匀(均布)载荷是一种理想的情况,实际上,岩盐蠕变、岩层错动、大型酸化压裂使得套管局部受到较大集中载荷的作用。因此,椭圆形分布的非均匀〔均布〕载荷不能反映实际井下套管的服役工况。有必要开展非均匀(集中)载荷下套管抗挤强度的硏究,并完善套管在非均匀载荷下抗挤强度的预测和设计。1非均匀载荷下套管抗挤强度的理论硏究非均匀(均布)载荷下套管抗挤强度的研究表明,套管在非均匀(均布)外挤载荷作用下的抗挤强度与均匀外挤载荷作用下的抗挤强度是不相等的,而且前者比后者小得多。韩建增等人根据弹性力学理论,建立了套管在非均匀载荷作用下的力学模型,并应用逆解法对该力学模型迸行求解,得到了套管在非均匀载荷作用下的抗挤强度计算式,并从中得岀结论,为硏究在非均匀载荷作用下的套管挤毁问题提供初步的理论依据。郑俊德等人在泥岩蠕变非均匀外载模型基础上,提出了一种对泥岩蠕变引起的椭囻形非均匀外载下套管应力和强度的计算方法,并对榆树林油田泥岩段套管的应力和强度迸行了计算和分析。其结果表明:在非均匀载荷下,套管所能承受的***载荷迅速降低,当内压为01MPa时,套管的临界载荷约为均匀载荷情况下的11%。2001年,鉴于当前API5C3标准不能给出套管在非均布载荷下的抗挤强度,而在非均布载荷下套管强度会发生明显变化,西南石油大学绘新等人。
       碳钢弯头提出了两种解决方案:***是弄清套管强度在非均匀载荷下的变化规律,第二是给出非均匀载荷下套管抗挤强度的计算方法。为此作者基亍等效破坏载荷ˆ的概念,给出了非均匀椭囻分布载荷下套管抗挤强度的计算方法,并分析了椭圆分布载荷对套管抗挤强度的影响规律。但该计算方法并未考虑到套管缺陷(如椭圆度、偏心度、残余应力等)对其抗挤强度的影响。殷有泉等人将非均匀地应力场中碳钢弯头载荷及应力分布的理论公式推广到含内压的情况,并基于 Tresca强度准则和Mses强度准则,分别推导出了无套管轴向载荷和有套管轴向载荷两种情况下套管强度计算公式。通过引入"等效外挤压力ˆ概念,使得该公式与API5C3公式在形式上完全—致。且其计算结果表明,在非均匀载荷情况下,套管强度破坏的危险性会増加。

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