非均勻載荷作用下橢圓度對套管抗擠強度的影響

董　黎,劉　昊,郭中華

（1.蘭州蘭石石油裝備工程有限公司 ;2.蘭州城市學院,蘭州 730070）

非均勻載荷作用下橢圓度對套管抗擠強度的影響

董黎1,劉昊2,郭中華2

（1.蘭州蘭石石油裝備工程有限公司 ;2.蘭州城市學院,蘭州 730070）

分析表明橢圓套管在均勻外壓作用下，橢圓度會使套管的承載能力降低，隨著橢圓度的增加，套管的失穩外壓隨之下降。當非均勻載荷的最大值沿橢圓長軸或短軸方向作用時，橢圓度引起的載荷能力降低并不大，套管承載能力主要受制于載荷非均勻度。

非均勻載荷;套管強度;橢圓度

石油套管在地層中工作過程中，承受著變化復雜的非均勻外擠載荷，套管的強度特性受到非均勻外擠載荷的影響很大[1-4]。本文針對API套管在非均勻載荷的擠壓工況下，基于有限元法根據套管的實際受力情況建立力學模型，分析非均勻載荷對套管強度及變形的影響。

1　外加載荷對套管變形的影響

石油套管受到的非均勻載荷為橢圓形分布，其載荷的不均勻度為n，橢圓形載荷均勻度系數定義為：

式中：P1為橫向載荷，P2為縱向載荷。n值越大，載荷分布越均勻，n=1時即為均勻分布。表1給出了套管在載荷不均度為1，0.8，0.4，0.2時，不同橢圓度情況下，套管在達到屈服強度時的變形圖和應力關系：

表1　載荷非均勻度為n時的非均勻載荷的最大值沿橢圓短軸方向時的橢圓度與承載能力之間的關系

由表1可以看出，當載荷不均度值大時，套管的承載能力較大，載荷不均勻度較小時，套管的極限承載能力也比較小，而載荷不均度變化對承載能力的影響比所討論的橢圓度對承載能力的影響要大。

當套管上作用的是非均勻分布的載荷時，套管的承載能力變化與橢圓度的變化仍然成正比。

當非均勻載荷的最大值沿橢圓長軸或短軸方向作用時，橢圓度引起的載荷能力降低并不大，套管承載能力主要受制于載荷非均勻度。隨著載荷非均勻度趨近于1，橢圓度引起的承載能力降低逐步增大。n＜0.8時，承載能力基本不受橢圓度的影響，而且，橢圓度與承載能力之間一直呈線性關系。

2　不同載荷不均勻度下，橢圓度對套管變形的影響

由載荷不均勻度與套管擠毀極限載荷的關系圖1可以看出，當套管外壁載荷由均勻分布（n=1）變為非均勻分布(n＜1)時，套管的承載能力迅速下降。載荷非均勻度越小，承載能力越低當載荷非均勻度n=0.8時，套管的承載能力下降一半；當n=0.2時，套管的承載能力不及原來的16%，而且這種現象與橢圓度的變化幾乎無關。

圖1　不同載荷不均度下橢圓度與套管的極限載荷之間的關系

3　結論

當外加載荷為均勻外載荷時，橢圓度對套管強度影響比較大。當載荷為非均勻載荷時，載荷非均勻度較大時，即套管所受的載荷比較接近均勻載荷時，橢圓度對套管強度的影響比較明顯；而當載荷非均勻度不是很大時，即套管所受的載荷明顯非均勻分布時，分析表明，橢圓度對套管強度的影響就相當小了，幾乎可以不加考慮了。

[1]韓建增.套管抗擠強度研究[J].石油學報,2001,17(02):50-80.

[2]章根德.油井套管變形損壞機理[M].何鮮.北京:石油工業出版社,1985:24-36.

[3]王釗,李連進.用有限元法分析石油套管的橢圓度對承載能力的影響[J].石油學報,2004，18(03)：39-43.

[4]趙懷文.關于套管的抗擠強度[J].華東石油學院學報,1979,15 (02):25-30.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.009