• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看

      ?

      腐蝕套管剩余強(qiáng)度數(shù)值模擬分析

      2013-10-23 07:35:06李文飛李玄燁夏文安
      天然氣與石油 2013年6期
      關(guān)鍵詞:圓弧形抗拉管壁

      李文飛 李玄燁 夏文安

      1.勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院,山東 東營 257017;2.勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司,山東 東營 257000

      0 前言

      套管腐蝕損壞是油氣田開發(fā)過程中的重要問題之一,也是套管損壞的主要形式。套管腐蝕后套管壁厚減小,強(qiáng)度降低,難以滿足套管壓力要求,極易引發(fā)井下復(fù)雜情況的發(fā)生。國內(nèi)外針對套管腐蝕損壞開展了相關(guān)研究[1-3],但主要集中在套管腐蝕預(yù)測及防護(hù)技術(shù)方面,對于腐蝕套管剩余強(qiáng)度的分析研究較少。開展腐蝕套管剩余強(qiáng)度的研究[4-8],對于套管設(shè)計時提高套管強(qiáng)度、合理優(yōu)選套管材質(zhì)、延長油氣井生產(chǎn)壽命具有重要意義和實用價值。

      據(jù)統(tǒng)計[9-10],套管腐蝕的形態(tài)主要分為圓弧形和半月形兩種。采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行分析,建立腐蝕套管后的模型,模擬不同應(yīng)力環(huán)境及邊界條件下,腐蝕缺陷的長度、深度及套管壁厚對套管剩余強(qiáng)度的影響規(guī)律。

      1 圓弧形腐蝕缺陷

      套管N80,屈服強(qiáng)度552MPa,抗拉強(qiáng)度689MPa,彈性模量206GPa,泊松比0.29,外徑177.8mm,壁厚分別為5.87mm、6.91mm、8.05mm、9.19mm、10.36mm、11.51mm??紤]套管對稱性,取整個套管柱的1/4為模擬計算模型。邊界條件,考慮套管柱在生產(chǎn)過程中的受力情況[11],外擠壓力33.21MPa,軸向載荷371.14 kN,采用軸對稱四邊形固體單元,離散后共13 663個節(jié)點,12 863個單元。含圓弧形腐蝕缺陷套管模型見圖1。

      圖1 圓弧形腐蝕缺陷套管模型

      1.1 腐蝕缺陷長度影響

      為研究圓弧形腐蝕缺陷長度對套管剩余抗拉、抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度的影響規(guī)律,分別計算套管在圓弧形腐蝕缺陷深度、長度(腐蝕缺陷深度為套管徑向方向,腐蝕缺陷長度為套管軸向方向,均在套管內(nèi)壁處)變化條件下的剩余抗拉、抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度,模擬結(jié)果應(yīng)力云圖見圖2~3。

      圖2 腐蝕深3mm、長0.05m下套管應(yīng)力

      圖3 腐蝕深3mm、長0.15m下套管應(yīng)力

      a)改變腐蝕缺陷長度的變化范圍,根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果可得,當(dāng)腐蝕長度為0.15m時,套管剩余抗拉強(qiáng)度不再發(fā)生變化。由此可以得出,套管圓弧形腐蝕缺陷臨界長度約為0.15m,而在實際鉆井過程中腐蝕長度一般都會大于這個臨界值,所以影響套管剩余抗拉強(qiáng)度的主要因素為套管腐蝕缺陷深度。

      b)圓弧形腐蝕缺陷套管剩余抗擠強(qiáng)度隨腐蝕缺陷長度的增加而減小,并且當(dāng)腐蝕缺陷長度達(dá)到臨界值時,套管剩余抗擠強(qiáng)度達(dá)到其極小值。當(dāng)腐蝕長度為0.15m時,套管剩余抗擠強(qiáng)度不再發(fā)生變化。根據(jù)此模擬結(jié)果可得,當(dāng)臨界腐蝕缺陷長度為0.15m時,可以近似認(rèn)為套管剩余抗擠強(qiáng)度不再隨腐蝕缺陷長度變化。

      c)圓弧形腐蝕缺陷套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度隨著腐蝕缺陷長度增加而減少,當(dāng)腐蝕長度為0.15m時,套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度不再發(fā)生變化,根據(jù)此模擬結(jié)果可以得出,當(dāng)腐蝕缺陷長度超過臨界腐蝕缺陷長度0.15m時,套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度趨于一個下限值。

      1.2 腐蝕缺陷深度影響

      腐蝕缺陷深度模擬結(jié)果應(yīng)力云圖見圖4~5。圖6、圖7、圖8分別是套管剩余抗拉、抗擠、抗內(nèi)壓強(qiáng)度隨腐蝕缺陷深度的變化規(guī)律。由前面的分析可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)腐蝕缺陷長度超過臨界值時影響套管剩余抗拉、抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度的因素為腐蝕缺陷深度,因此腐蝕缺陷深度是影響腐蝕套管剩余強(qiáng)度的主要因素。

      圖4 腐蝕長0.05m、深3mm下套管應(yīng)力

      圖5 腐蝕長0.05m、深6mm下套管應(yīng)力

      從圖6~8可以看出,隨著腐蝕缺陷深度的增加,套管剩余抗拉、抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度都呈降低趨勢,當(dāng)腐蝕缺陷深度超過套管壁厚的25%時,套管柱剩余抗拉強(qiáng)度降低20.18%,剩余抗擠強(qiáng)度降低25.20%,剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低29.84%;當(dāng)套管腐蝕缺陷深度超過套管壁厚60%時,套管柱剩余抗拉強(qiáng)度降低48.43%,剩余抗擠強(qiáng)度降低60.48%,剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低60.48%,可見套管柱剩余強(qiáng)度隨腐蝕缺陷深度的增加而降低。

      圖6 套管剩余抗拉強(qiáng)度與腐蝕缺陷深度關(guān)系

      圖7 套管剩余抗擠強(qiáng)度與腐蝕缺陷深度關(guān)系

      圖8 套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度與腐蝕缺陷深度關(guān)系

      1.3 套管壁厚影響

      計算不同壁厚、腐蝕缺陷深度為2mm時的套管剩余抗拉強(qiáng)度、抗擠強(qiáng)度和抗內(nèi)壓結(jié)果見圖9~11。從圖9~11中可見,腐蝕缺陷深度和長度都不變時,套管剩余抗拉強(qiáng)度和抗擠強(qiáng)度、抗內(nèi)壓強(qiáng)度隨著套管壁厚的增加而增加。

      圖9 套管剩余抗拉強(qiáng)度與套管壁厚關(guān)系

      圖10 套管剩余抗擠強(qiáng)度與套管壁厚關(guān)系

      圖11 套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度與套管壁厚關(guān)系

      2 半月形腐蝕缺陷

      考慮到半月形腐蝕缺陷套管的對稱性,取整個套管柱的1/2作為模擬計算模型,見圖12。

      圖12 半月形腐蝕缺陷套管模型

      2.1 腐蝕缺陷長度影響

      在一定邊界條件下,根據(jù)模擬結(jié)果分析可得,隨著腐蝕缺陷長度的增加,套管剩余抗拉強(qiáng)度增加并達(dá)到一個上限值,套管剩余抗擠強(qiáng)度減少并達(dá)到一個下限值。半月形腐蝕缺陷套管剩余抗拉強(qiáng)度的臨界腐蝕缺陷長度為200mm,剩余抗擠強(qiáng)度的臨界腐蝕缺陷長度為450 mm,超過這個臨界腐蝕缺陷長度后套管柱的剩余抗拉、抗擠強(qiáng)度大小將不再發(fā)生變化,此時腐蝕套管的剩余強(qiáng)度只與腐蝕缺陷深度有關(guān),這與圓弧形腐蝕缺陷套管柱剩余強(qiáng)度規(guī)律相同,模擬結(jié)果應(yīng)力云圖見圖13~14。

      與圓弧形腐蝕缺陷套管的剩余強(qiáng)度對比后可以發(fā)現(xiàn),在腐蝕缺陷深度相同時,由于半月形腐蝕缺陷套管的截面積減少量小于圓弧形腐蝕缺陷的,所以半月形腐蝕缺陷套管的剩余抗拉強(qiáng)度大于圓弧形腐蝕缺陷的套管的;由于應(yīng)力集中的影響,半月形腐蝕缺陷套管的剩余抗擠強(qiáng)度限值小于圓弧形腐蝕缺陷的。當(dāng)套管外徑為177.8mm,壁厚為10.36mm,腐蝕缺陷長度為0.25m,腐蝕缺陷深度為2mm時,半月形腐蝕缺陷套管柱的剩余抗拉、抗擠強(qiáng)度限值分別為2 692.66 kN、34.30MPa,而圓弧形腐蝕缺陷的則分別為1 925.68 kN、48.76MPa;當(dāng)N80套管外徑為177.8mm,壁厚為9.19mm,在腐蝕缺陷長度為0.45m,腐蝕缺陷深度為3mm時,半月形腐蝕缺陷套管的剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度為23.2MPa,而圓弧形腐蝕缺陷的則為38.2MPa。這說明影響含腐蝕缺陷套管柱的剩余抗拉強(qiáng)度因素為剩余套管截面積,而影響套管柱剩余抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度的因素為應(yīng)力集中。

      圖13 腐蝕深3mm、長0.15m下套管應(yīng)力

      圖14 腐蝕深3mm、長0.75m下套管應(yīng)力

      2.2 腐蝕缺陷深度影響

      半月形腐蝕缺陷時套管剩余抗拉和抗內(nèi)壓強(qiáng)度與腐蝕缺陷深度也符合線性反比例關(guān)系。

      圖15、圖16分別是半月形腐蝕缺陷深度與套管剩余抗內(nèi)壓和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系。對比圓弧形腐蝕缺陷的套管剩余強(qiáng)度與腐蝕缺陷深度的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn),半月形腐蝕缺陷套管的剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度對腐蝕缺陷深度的敏感度要大于圓弧形腐蝕缺陷的。而半月形腐蝕缺陷套管剩余抗拉強(qiáng)度對腐蝕缺陷深度的敏感度要小于圓弧形腐蝕缺陷的。當(dāng)腐蝕缺陷深度相同時,半月形腐蝕缺陷套管截面積的減少量小于圓弧形腐蝕缺陷的,所以半月形腐蝕缺陷套管剩余抗拉強(qiáng)度對腐蝕缺陷深度的敏感性比與圓弧形腐蝕缺陷的低;而當(dāng)最小剩余壁厚相同時,剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度對應(yīng)力集中因素更為敏感,所以半月形腐蝕缺陷套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度對腐蝕缺陷深度的敏感性要大于圓弧形腐蝕缺陷套管的。

      圖15 套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度與缺陷深度關(guān)系

      圖16 套管剩余抗拉強(qiáng)度與缺陷深度關(guān)系

      2.3 套管壁厚影響

      分別計算半月形腐蝕缺陷深度為2mm時,改變腐蝕缺陷長度與套管壁厚、套管剩余強(qiáng)度的變化規(guī)律。從圖17~19中可以看出,半月形腐蝕缺陷的深度和長度一定時,套管剩余抗拉、抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度都隨套管壁厚的增加而增加,這與圓弧形腐蝕缺陷套管的規(guī)律相同。

      3 結(jié)論

      圖17 套管剩余抗拉強(qiáng)度與壁厚關(guān)系

      圖18 套管剩余抗擠強(qiáng)度與壁厚關(guān)系圖

      圖19 套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度與壁厚關(guān)系

      對于外徑177.8mm的N80套管,在外擠壓力33.21 MPa、軸向載荷371.14 kN的邊界條件下,數(shù)值模擬可得出如下結(jié)論:

      a)圓弧形腐蝕缺陷,套管的剩余抗拉強(qiáng)度隨缺陷長度的增加而增加,剩余抗擠、抗內(nèi)壓強(qiáng)度隨缺陷長度的增加而減小,且當(dāng)缺陷長度為150mm時,套管剩余強(qiáng)度達(dá)到極限值,套管剩余強(qiáng)度隨缺陷深度的增加而線性減小,隨套管壁厚的增加而增加。

      b)半月形腐蝕缺陷套管的剩余抗拉強(qiáng)度隨缺陷長度增加而增加,剩余抗擠強(qiáng)度隨缺陷長度增加而減小,當(dāng)腐蝕缺陷長度為450mm時,套管剩余抗拉、抗擠強(qiáng)度達(dá)到極限值,套管剩余抗內(nèi)壓、抗拉強(qiáng)度隨缺陷深度的增加而線性減小,套管剩余抗拉、抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度都隨套管壁厚的增加而增加,與圓弧形腐蝕缺陷套管的規(guī)律相同。

      以上結(jié)論均是數(shù)值分析的結(jié)果,建議結(jié)合模擬結(jié)果,開展相關(guān)實驗分析,驗證分析結(jié)論為現(xiàn)場套管強(qiáng)度分析及套管選材提供參考依據(jù)。

      [1]孫 嘯,吳燦奇,曹然偉,等.四種鋼材腐蝕性能評價實驗研究[J].天然氣與石油,2012,30(3):68-73.Sun Xiao,W u Canqi,Cao Ranwei,etal.Assessment,Experiment and Study on Corrosion Beharvior of Four Kinds of Steels for Oiland GasField [J].NaturalGasand Oil,2012,30(3):68-74.

      [2]羅光文,李天雷,何 明.酸性氣田腐蝕環(huán)境分析及材料選擇[J].天然氣與石油,2011,29(6):67-69.Luo Guangyuan,Li Tianlei,He M ing.Analysis on Corrosion Environment in Sour Gas Field and Selection of Materials[J].NaturalGasand Oil,2011,29(6):67-69.

      [3]蔡文軍,陳國明,潘東民,等.腐蝕管線剩余強(qiáng)度評估的研究進(jìn)展[J].石油機(jī)械,1999,27(11):47-49.CaiW enjun,Chen Guom ing,Pan Dongm in,etal.Advancesin Research ofResidualStrength AssessmentofCorroded Pipeline[J].China Petroleum Machinery,1999,27(11):47-49.

      [4]謝文江,魏 斌,陳娟利,等.含H2S/CO2氣田油套管腐蝕與防護(hù)技術(shù)[J].油氣儲運,2010,29(2):93-96.XieW enjiang,W eiBin,Chen Juanli,et al.CasingSteelCorrosion in H2S/CO2-contained GasField and ItsProtection Technology[J].Oil&GasStorage and Transportation,2010,29(2):93-96.

      [5]顧春元,狄勤豐,王掌洪,等.拉應(yīng)力條件下油氣井套管腐蝕機(jī)理研究[J].鉆采工藝,2007,30(1): 84-86.Gu Chunyuan,DiQ infeng,W ang Zhanghong,etal.Corrosion Mechanism ofCasing Under Tensile Stressin Oil/GasW ell[J].Drilling&Production Technology,2007,30(1): 84-86.

      [6]高德利,趙增新.外應(yīng)力對套管腐蝕速率的影響[J].石油鉆采工藝,2008,30(6):117-119.Gao Deli,Zhao Zengxin.Effect of External Stress to Casing Corrosion Rate [J].Oil Drilling&Production Technology,2008,30(6):117-119.

      [7]李瓊瑋,楊全安,李成龍,等.長慶油田油套管腐蝕預(yù)測研究與建議[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2005,17(5):371-373.LiQiongwei,Yang Quanan,LiChenglong,etal.Research and Advice of Casing Corrosion Forecast in Changqing O il Field[J].Corrosion Science and Protection Technology,2005,17(5):371-373.

      [8]田家林,梁 政,楊 琳,等.CNG儲氣井套管腐蝕疲勞機(jī)理研究[J].石油礦場機(jī)械,2011,40(1):5-9.Tian Jialin,Liang Zheng,Yang Lin,et al.Study of Invalidation of Corrosion Fatigue Mechanism of CNG Storage W ell Thimble[J].OilField Equipment,2011,40(1):5-9.

      [9]張西明,李 軍,張新發(fā),等.長慶油田小套管的腐蝕與防護(hù)[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2004,16(1):59-61.Zhang Xim ing,Li Jun,Zhang Xinfa,et al.Corrosion and Protection for Small-Casings in Changing O il Field [J].Corrosion Science and Protection Technology,2004,16 (1):59-61.

      [10]周 琦,何力力,黃淑菊.X 70鋼在不同溫度下的CO2腐蝕行為[J].石油機(jī)械,2005,33 (11): 7-10.Zhou Qi,He Lili,Huang Shuju.Corrosion Behaviorsof X 70 SteelatDifferentTemperatures[J].ChinaPetroleum Machinery,2005,33 (11):7-10.

      [11]SY/T 5724-2008,套管柱結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計[S].SY/T 5724-2008,Design for Casing String Structure and Strength[S].

      猜你喜歡
      圓弧形抗拉管壁
      重組竹抗拉力學(xué)性能分析
      改性聚酯纖維耐堿性能(抗拉強(qiáng)力保持率)測量不確定度評定
      陶瓷磚圓弧形“掉角”缺陷的成因及解決
      佛山陶瓷(2021年1期)2021-03-02 01:08:52
      非絕緣管壁電磁流量計的權(quán)重函數(shù)仿真分析
      抗拉柔性鉸鏈的理論建模及有限元分析
      眉毛臉型要匹配
      七溝道球籠式等速萬向節(jié)溝道接觸應(yīng)力的計算及優(yōu)化設(shè)計
      軸承(2016年3期)2016-07-25 03:35:20
      水輔助共注塑彎管壁厚的實驗分析
      中國塑料(2016年12期)2016-06-15 20:30:07
      管壁厚度對微擠出成型的影響分析
      中國塑料(2015年12期)2015-10-16 00:57:22
      彎曲的電腦桌
      宜兰市| 固原市| 吴旗县| 南部县| 徐汇区| 渭南市| 绥棱县| 长葛市| 印江| 扎赉特旗| 津南区| 灌南县| 富裕县| 桦川县| 五常市| 磐石市| 尉犁县| 桦川县| 上蔡县| 济南市| 常州市| 天祝| 丁青县| 安仁县| 青岛市| 英吉沙县| 衡阳县| 武义县| 徐水县| 亚东县| 山阳县| 错那县| 雅安市| 华容县| 乌什县| 灌阳县| 门头沟区| 泸定县| 九江市| 邵东县| 金昌市|