基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

闫相祯，刘复元，王同涛，杨秀娟，王建军

(1.中国石油大学储运与建筑工程学院，山东青岛266555;2.中国石油天然气集团公司管材研究所，陕西西安710065)

基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

闫相祯1，刘复元1，王同涛1，杨秀娟1，王建军2

(1.中国石油大学储运与建筑工程学院，山东青岛266555;2.中国石油天然气集团公司管材研究所，陕西西安710065)

根据套管受到外挤载荷时的受力和变形特点，将套管变形分为弹性和塑性变形两个阶段，建立套管弹、塑性变形受力计算模型，利用能量平衡方程推导出套管抗挤强度计算公式，分析初始椭圆度、屈服强度和径厚比对套管抗挤强度的影响。通过对6根V140套管进行室内全尺寸试验和三维有限元数值模拟计算得到其抗挤毁强度，并与计算结果进行对比。结果表明:利用能量平衡方程推导的套管抗挤强度计算公式与试验、ISO/TR104002007(E)标准和有限元计算结果相比具有很高的精度，可以满足工程需求;初始椭圆度和径厚比越大，套管抗挤强度越小;屈服应力越大，套管抗挤强度越大。

套管;能量平衡;全尺寸试验;抗挤压力;初始椭圆度

为了适应油气田开发的需要，尤其是深井、超深井等复杂井的开发，高抗挤强度套管的设计与开发成为一个热点，国内外已经开发了多种钢级和规格的高抗挤套管。现阶段使用的套管抗挤设计准则主要依据美国石油工程协会发布的API规范和ISO标准［1－2］，对抗挤计算公式适用的套管径厚比、管材和壁厚等都做了严格的规定［1－7］，计算公式中经验系数繁多，给实际使用造成了很大的不便。……