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基于强度-韧性匹配准则的膨胀式尾管悬挂器支撑筒爆裂压力预测
1
作者
邓宽海
姚明远
+3 位作者
周念涛
王一佶
杨浩
林元华
《天然气工业》
北大核心
2025年第7期122-134,共13页
随着油气勘探开发向深井、超深井、大位移井及高温高压井等复杂井况发展,膨胀式尾管悬挂器(ELH)凭借高悬挂可靠性和强密封性,在复杂井况下应用广泛,但其核心部件支撑筒在膨胀过程中不可避免的塑性变形会导致几何与力学参数的复杂变化,...
随着油气勘探开发向深井、超深井、大位移井及高温高压井等复杂井况发展,膨胀式尾管悬挂器(ELH)凭借高悬挂可靠性和强密封性,在复杂井况下应用广泛,但其核心部件支撑筒在膨胀过程中不可避免的塑性变形会导致几何与力学参数的复杂变化,使得爆裂压力预测极为困难。现有经典模型未考虑膨胀及断裂韧性劣化影响,且现场数据获取成本高,在一定程度上制约了工程应用。为此,结合强度理论与断裂力学理论,充分纳入径向膨胀与塑性变形对几何参数和力学性能的影响,建立了同时考虑材料强度不足引发的爆破失效和韧性不足导致的环境断裂失效的爆裂压力模型,最后形成了支撑筒膨胀后力学参数机器学习预测方法,并通过相关支撑筒的全尺寸爆裂试验数据验证了其可靠性。研究结果表明:①在低膨胀率(≤3%)下,堵口工况下基于屈服准则的延性爆破压力预测误差仅为3.2%,而环境断裂压力模型误差达10.8%;高膨胀率(>3%)时,环境断裂压力预测误差降至2.5%,但延性爆破压力误差升至10.2%。②基于强度—韧性匹配准则的模型预测结果与试验数据高度吻合,最大误差仅3.2%,适用于不同膨胀率及工况。③径厚比、材料性能(屈服强度、断裂韧性)及服役工况(堵口/开口)显著影响爆裂压力,需在设计中统筹考虑。结论认为,该方法为膨胀式尾管悬挂器设计、支撑筒爆裂压力预测、诊断故障模式、评估潜在风险、及时调整生产参数和选择修井措施提供了理论支撑,对保障深层油气勘探开发具有重要意义。
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关键词
膨胀式尾管悬挂器
支撑筒
强度—韧性匹配准则
爆裂压力
机器学习
预测方法
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职称材料
复合磨损套管爆裂失效机理及剩余强度预测
被引量：
2
2
作者
邓宽海
张明
+3 位作者
彭阳
周念涛
姚明远
林元华
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期172-183,共12页
超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了...
超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了充分考虑钻杆本体和接头联合造成的磨损模式、夹角、磨损重叠深度及磨损深度的复合磨损套管有限元力学模型,并开展了多种复合磨损模式下套管弹塑性变形、屈服、裂纹萌生、扩展及爆裂行为模拟,得到了不同复合磨损套管应力分布、剩余抗内压屈服强度及爆裂强度。研究结果表明:(1)月牙夹角在0°~90°时,应力干涉削弱应力集中,月牙夹角在90°~180°时,应力干涉增强应力集中,这种交互作用机制导致磨损套管剩余强度随着月牙夹角增加而先增加后降低;(2)裂纹萌生并起始于等效应力最大的位置即磨损月牙中心,并垂直于最大环向应力沿径向从套管内壁向外壁扩展,且裂纹一旦萌生,裂纹将迅速扩展并发生爆裂失效;(3)灰色关联度分析确定了复合磨损套管剩余强度对磨损深度、月牙夹角、复合磨损形式、月牙重叠深度的敏感性,分析结果表明磨损深度是决定套管剩余强度的主控因素。结论认为,该认识为套管强度设计与优化提供了技术参考,并对准确预测复合磨损套管剩余强度和确保井筒安全及完整性具有重要意义。
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关键词
油气井
复合磨损
套管
失效机理
应力干涉
应力集中
应力交互
剩余强度
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职称材料
题名
基于强度-韧性匹配准则的膨胀式尾管悬挂器支撑筒爆裂压力预测
1
作者
邓宽海
姚明远
周念涛
王一佶
杨浩
林元华
机构
油气藏地质及开发
工程
全国
重点
实验室
·西南
石油
大学
中国石油石油管工程重点实验室·西南石油大学
中海油安全技术服务有限公司海南分公司
出处
《天然气工业》
北大核心
2025年第7期122-134,共13页
基金
国家自然科学基金面上项目“热—力—化耦合及液—固冲蚀协同下腐蚀油套管动态损伤机理及寿命预测”(编号:52474011)
四川省科教联合基金面上项目“热—力—化耦合与冲蚀协同作用下超深井油套管动态失效机理及预测”(编号:25LH110065)。
文摘
随着油气勘探开发向深井、超深井、大位移井及高温高压井等复杂井况发展,膨胀式尾管悬挂器(ELH)凭借高悬挂可靠性和强密封性,在复杂井况下应用广泛,但其核心部件支撑筒在膨胀过程中不可避免的塑性变形会导致几何与力学参数的复杂变化,使得爆裂压力预测极为困难。现有经典模型未考虑膨胀及断裂韧性劣化影响,且现场数据获取成本高,在一定程度上制约了工程应用。为此,结合强度理论与断裂力学理论,充分纳入径向膨胀与塑性变形对几何参数和力学性能的影响,建立了同时考虑材料强度不足引发的爆破失效和韧性不足导致的环境断裂失效的爆裂压力模型,最后形成了支撑筒膨胀后力学参数机器学习预测方法,并通过相关支撑筒的全尺寸爆裂试验数据验证了其可靠性。研究结果表明:①在低膨胀率(≤3%)下,堵口工况下基于屈服准则的延性爆破压力预测误差仅为3.2%,而环境断裂压力模型误差达10.8%;高膨胀率(>3%)时,环境断裂压力预测误差降至2.5%,但延性爆破压力误差升至10.2%。②基于强度—韧性匹配准则的模型预测结果与试验数据高度吻合,最大误差仅3.2%,适用于不同膨胀率及工况。③径厚比、材料性能(屈服强度、断裂韧性)及服役工况(堵口/开口)显著影响爆裂压力,需在设计中统筹考虑。结论认为,该方法为膨胀式尾管悬挂器设计、支撑筒爆裂压力预测、诊断故障模式、评估潜在风险、及时调整生产参数和选择修井措施提供了理论支撑,对保障深层油气勘探开发具有重要意义。
关键词
膨胀式尾管悬挂器
支撑筒
强度—韧性匹配准则
爆裂压力
机器学习
预测方法
Keywords
Expandable liner hanger
Support cylinder
Strength-toughness matching criteria
Burst pressure
Machine learning
Prediction method
分类号
TE26 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
复合磨损套管爆裂失效机理及剩余强度预测
被引量：
2
2
作者
邓宽海
张明
彭阳
周念涛
姚明远
林元华
机构
油气藏地质及开发
工程
全国
重点
实验室
·西南
石油
大学
中国石油石油管工程重点实验室·西南石油大学
出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期172-183,共12页
基金
国家自然科学基金项目“基于CFD模拟和微电位测试的冲刷腐蚀及其启动机理研究”(编号:52074232)
“交变温度、压力及其耦合作用下水泥环完整性研究”(编号:51904261)
+2 种基金
四川省自然科学基金项目“基于微电位测试和CFD-DEM流固耦合的油井管局部流动腐蚀FILC机理研究”(编号:2022NSFSC0994)
“强交变载荷下套管-水泥环-地层组合体完整性研究”(编号:2022NSFSC0028)
研究生教改项目“石油与天然气工程一流建设学科研究生‘多元、多层、多径’培养模式研究”(编号:2022JG001)。
文摘
超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了充分考虑钻杆本体和接头联合造成的磨损模式、夹角、磨损重叠深度及磨损深度的复合磨损套管有限元力学模型,并开展了多种复合磨损模式下套管弹塑性变形、屈服、裂纹萌生、扩展及爆裂行为模拟,得到了不同复合磨损套管应力分布、剩余抗内压屈服强度及爆裂强度。研究结果表明:(1)月牙夹角在0°~90°时,应力干涉削弱应力集中,月牙夹角在90°~180°时,应力干涉增强应力集中,这种交互作用机制导致磨损套管剩余强度随着月牙夹角增加而先增加后降低;(2)裂纹萌生并起始于等效应力最大的位置即磨损月牙中心,并垂直于最大环向应力沿径向从套管内壁向外壁扩展,且裂纹一旦萌生,裂纹将迅速扩展并发生爆裂失效;(3)灰色关联度分析确定了复合磨损套管剩余强度对磨损深度、月牙夹角、复合磨损形式、月牙重叠深度的敏感性,分析结果表明磨损深度是决定套管剩余强度的主控因素。结论认为,该认识为套管强度设计与优化提供了技术参考,并对准确预测复合磨损套管剩余强度和确保井筒安全及完整性具有重要意义。
关键词
油气井
复合磨损
套管
失效机理
应力干涉
应力集中
应力交互
剩余强度
Keywords
Oil and gas wells
Composite wear
Casing
Failure mechanism
Stress interference
Stress concentration
Stress interaction
Residual strength
分类号
TE256 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
作者
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发文年
被引量
操作
1
基于强度-韧性匹配准则的膨胀式尾管悬挂器支撑筒爆裂压力预测
邓宽海
姚明远
周念涛
王一佶
杨浩
林元华
《天然气工业》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
复合磨损套管爆裂失效机理及剩余强度预测
邓宽海
张明
彭阳
周念涛
姚明远
林元华
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
2
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