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1、2007年11月西安石油大学学报(自然科学版)Nov.2007第22卷第6期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.22No.6文章编号:1673-064X(2007)06-0089-04套管抗挤强度统计分析研究Statisticanalysisandcalculationofcasingcollapsestrength申昭熙,李东风,杨鹏,韩军,张蕾(中国石油天然气集团公司管材研究所,陕西西安710065)摘要:针对美国石油协会的套管抗挤强度计算公式与实测
2、套管挤毁压力差距较大的问题,利用统计学方法,详细分析了套管实物挤毁试验检测数据,得到了各因素影响套管抗挤强度的定量指标.研究表明,套管抗挤强度主要由径厚比决定;套管计算屈服外压和失稳外压等其他参数及其交互作用对套管的抗挤强度也有显著影响;套管外径和壁厚数据的变异系数比外径不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响更显著.最后给出了套管抗挤强度统计计算公式,为生产厂和用户提供了预测套管抗挤强度的简单实用的计算方法.关键词:套管;抗挤强度;试验数据;统计分析+中图分类号:TE931.2文献标识码:A随着深井、超深井及海洋钻井的发展,对
3、套管抗轴向约束条件下得到的,后面的讨论都是建立在理挤强度的要求已经成为套管选型的主要因素之想圆套管、均匀外压和平面应变基础上的.[1]一.20世纪60年代,美国石油协会(API)在大量工程实际和理论研究表明,理想圆套管在均匀试验数据的基础上得到了套管抗挤强度计算公式.外压下有以下两种外压挤毁模式:一是稳定性不够,但是,随着生产套管几何尺寸控制技术的提高和冶套管弹性失稳破坏.1937年W.O.Clinedinst提出套[3]金技术的进步,套管几何精度、材料性能均有明显改管失稳外压计算公式善.这使得套管实际抗挤强度明显提高,有的远远超2E
4、pe=22,(1)过API计算强度[2],API的计算公式已不能准确预(1-)(D/t)[(D/t)-1]式中,pe为理想套管失稳外压;D为套管外径;t为测套管实际抗挤强度.壁厚;为泊松比;E为弹性模量.本文分析了管材所近年来石油套管全尺寸挤毁二是强度不够,套管发生材料屈服破坏.理想圆试验数据,提出了把套管实测外径和壁厚数据的变[4]管在均匀外压p作用下,径向和环向应力分别为异系数作为计算套管抗挤强度的参数.参考相关文221-a/r献内容,对套管挤毁试验检测数据进行回归处理,得r=-22p,1-a/b到了套管抗挤强度计算公式,为
5、生产厂和用户提供(2)221+a/r了预测套管抗挤强度简单实用的计算方法,对生产=-22p.1-a/b商预测套管抗挤强度和用户制定订货技术条件都有式中,r为径向应力;为环向应力;a为套管内半实际意义.径;b为套管外半径;r为计算点半径.在平面应变条件下其轴向应力为1理想圆套管在均匀外压下的挤毁z=(r+).(3)由于套管全尺寸试验数据是在均匀外压、两端根据VonMises强度理论有收稿日期:2007-02-01作者简介:申昭熙(1976-),男,工程师,硕士,主要从事油套管连接螺纹性能评价研究.90西安石油大
6、学学报(自然科学版)222V=z++r-z-r-zry.其中,V为Mises等效应力,y是材料的屈服点应力.把式(3)代入上式,整理后得2V=(1-+)r-2221+4r(-)/(1-+)/(r-).对套管来说,外压作用下一般首先在内表面达到屈服,取r=a,=0.3,此时r=0,由Vy得图2套管壁厚变异系数与抗挤强度关系曲线1.125y.把式(2)的代入上式后得套管内表面屈服时的屈服外压D/t-1py=2.25y2.(4)(D/t)2套管全
7、尺寸挤毁试验数据分析本文选择了管材所实物试验室近两年63根套管外压挤毁试验数据进行分析,涵盖41/2~135/8规格,J55、N80、P110等API钢级,以及150高钢级套管,径厚比为11~35.分析结果如图1图4所示,方图3套管径厚比与抗挤强度关系曲线差分析结果见表1、表2.其中第一组因子为径厚比、图1套管外径变异系数与抗挤强度关系曲线图4套管计算挤毁压力与实际挤毁压力关系曲线表1第一组因子方差分析结果误差来源方差平方和自由度均方差F显著性水平贡献率径厚比365059.936573011.9873187.2100.0
8、000.9669屈服外压8064.91051612.98270.4120.0000.0203失稳外压2090.4415418.08818.2510.0000.0044外径不圆度94.440518.8880.8250.54
