石油套管 篇1
1 套管弯曲变形的仿真模型
1.1 套管的材料参数
根据油田常用套管钢级主要有N80、J55及P110等情况,选取不同钢级、不同尺寸的套管进行有限元仿真分析。具体的套管材料、尺寸和性能参数见表1。
1.2 有限元模型的建立
套管弯曲变形问题属于典型塑性大变形的非线性力学问题。尽管非线性分析远比线性分析复杂,但是大致的分析过程基本相同。计算套管弯曲变形主要分三个步骤:首先根据套管弯曲变形的力学模型建立其有限元模型,然后根据变形状态加载荷载步求解,最后验证套管变形的仿真结果。
根据井下套管弯曲变形的受力条件,绘制出套管弯曲变形受力的示意图(见图1),同时建立了套管弯曲变形的有限元模型[3,4,5](见图2)。该有限元模型在套管的两端进行约束,在套管的中部的一侧面加载如图1中P所示的作用载荷。
3 套管弯曲变形过程仿真
为了清楚地显示套管在某一段受到侧向力的变形过程,选取计算过程中的几个典型载荷步,截取套管变形过程中相应的von Mises等效应力变化云图,如图3所示,变形比例采用1:1,从整个加载过程可以清楚看到套管应力变化以及变形的方向与大小。
从仿真过程可以看出:
(1)从套管变形的过程中的最大等效应力来看,随着侧向载荷的增加,套管的von Mises等效应力的值越来越大,而且应力集中的现象也越来越明显。
(2)从套管的变形趋势来看,随着侧向载荷的增加,套管变形越来越明显,套管的变形经历了一个从弹性形变到塑性形变的变化过程,最后套管弯曲呈摇把状。
4 仿真结果及分析
选取一种参数套管(钢级:J55,外径:139.7mm,壁厚:6.20mm,加载长度:1m)为例,根据有限元计算套管在不同荷载下所产生等效应力及变形大小,绘制套管承受侧向荷载P与套管变形最大位移的关系曲线如图4所示。
同时为了研究侧向荷载、工作应力与套管变形三者之间的相互关系,将套管变形过程中相关对应参数列于表2。
根据该种参数套管的弯曲变形计算结果可知:
(1)套管的弯曲变形经历了一个由弹性变形到塑性变形的过程。随着侧向载荷的增加,套管在弹性阶段变形很小,一旦进入了塑性变形阶段,套管变形迅速增加,套管的承载能力迅速下降。
(2)当侧向载荷增加到6.5MPa时,套管最大变形为4.5410mm,是套管变形由弹性进入塑性的转折点,此后套管的流动性迅速增加,套管出现了局部屈服,但是套管并没有完全破坏,可以继续使用。
(3)当侧向载荷增加到6.8MPa时,套管最大变形为10.6411mm,由于此时套管随载荷的增加变形量迅速增加,套管的安全性较差,同时考虑到井下套管中配套油管的存在,推荐不再继续使用,需要及时采取套管修复措施。
为了便于进一步进行研究,将不同规格的仿真分析结果列于表3,其中,J55-139.7-7.72代表钢级:J55,外径:139.7mm,壁厚:7.72mm的套管。同一规格套管选取了两组变形过程中的典型参数,第一组参数为该种规格套管开始出现局部屈服的相关数据,第二组参数为该种规格套管开始出现较大弯曲变形的相关数据,此时应该及时采取套管的修复措施,因为套管的弯曲变形已经影响到了套管正常通径,不可再继续工作。
同时,从不同规格的套管仿真结果可知:(1)在同一个尺寸规格下,P110套管、N80套管、J55套管的抗弯能力依次递减,而且在相同的弯曲变形下,可靠性也依次递减;(2)在同一钢级套管中,相同外径的套管,壁厚值越大的套管抗弯能力越强,然而,在相同的弯曲变形下,壁厚越厚可靠性越差,即变形的耐受度反而降低了。
5 结论
随着服役年限的增长,井下服役的套管都会经受不同程度的损坏,本文针对套管在井下发生弯曲变形损坏情况,选取多种规格服役套管套管进行了全面详细的计算,为现场评价井下套管的服役状态,提供了有效的理论依据。
井下套管弯曲变形的必要条件是套管周围掏空或失去约束;地层运移和骨架塌陷是造成井架套管变形损坏的重要条件;井架套管掏空高度越高,套管发生弯曲变形所需的外力越小;井架套管掏空高度越高,套管发生弯曲变形横向偏移量越大。所以在实际生产中一定要预防套管弯曲变形发生的条件的出现。
摘要：利用有限元法建立了井下套管弯曲变形的非线性力学模型,通过对油田常见不同规格套管弯曲变形的仿真分析,得到了不同弯曲状态下的作用荷载、工作应力以及位移的相关关系。分析结果表明,随着侧向荷载的增加,套管弯曲经历着一个从弹性变形到塑性变形的时间历程,通过测量套管弯曲变形状态可以有效地判断井下套管的服役状态。该结果为现场采取合理有效的套管修补措施提供了有效的理论基础。
关键词：ANSYS,套管,弯曲变形,套管损坏,仿真
参考文献
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[4]张百龙、王振华.围岩压力下套管承载能力的研究[A].石油机械,1987,10:22-25.
石油套管集装箱运输的实务分析 篇2
一、非洲市场需要大量的石油套管供应
世界传统产油区形势的微妙复杂，都让人们越来越多地将目光投向非洲这一新兴石油输出地区。作为非洲第一大产油国的尼日利亚，自然成为中国海外寻油之路的重要目标。尼日利亚作为西非人口大国，自然资源优越，有着相对丰富的石油、天然气和矿产等自然资源，GDP始终位居非洲国家前列。尼日利亚是西非石油输出大国，OPEC成员国之一。据OPEC组织资料，尼日利亚石油探明储量为352亿桶，列世界第11位，在OPEC组织中排名第7位，在非洲排名第1位。尼日利亚中央银行的数据显示，2009年4月尼日利亚日均石油产量为171万桶，日均出口量为126万桶，平均价格为51美元／桶。
21世纪初，中石化、中石油、中海油三大系统均有旗下多家子公司在尼投资石油产业。2003年，中石化经过一年多运作，作为本土公司技术支持伙伴，成功中标可采储量2130万桶、最高年产量330万桶的StubbCreek边际油田，并拥有100％开发权。
近几年，中尼贸易持续快速增长，2004年双边贸易额突破20亿美元，达到21.83亿美元，2005年双边贸易额为28.3亿美元。2006年为31.31亿美元，创历史新高。2006年尼日利亚是我在非洲第五大贸易伙伴，位于安哥拉、南非、苏丹和埃及之后，2006年中尼贸易额占我与非洲地区贸易总额的5.6％。尼是我在非洲第三大出口市场，仅次于南非和埃及，2006年我对尼出口额占我对非洲地区出口总额的10.7％。对于石油套管的需要，仅以在尼日利亚的需求情况为例，2006年，供应国内套管210万美元，2007年，达到350万美元：2008年，达到420万美元；预计2009年，可达到700万美元。
二、石油套管集装箱运输的特点
(一)石油套管的特征
石油套管由地表面伸进钻井内，作为井壁衬的管子，其管子之间通过接箍连接。套管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。套管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。其石油套管的公、母扣成为管体重要部分，这也是极容易发生损坏的部位。如果发生此类似损坏事件，就造成套管到达目的地时，无法正常使用。
套管的长度一般都在12M左右，套管供应厂家可以依据用户需要生产其长度的套管。
套管重量：(以常规型号为倒)13-3/8'套管为1023KG／根；9-5/8'套管为791KG／根：7'套管为471KG／根。
(二)集装箱运输的特点
仅以国际标准化组织(ISO)与有关国际公约的定义集装箱如下：集装箱是一种运输设备，具有足够的强度，可长期反复使用；适于一种或多种运输方式的运送，途中转运时箱内货物不需换装；具有快速装卸和搬运的装置，特别便于从一种运输方式转移到另一种运输方式。因此集装箱具有以下特点：
1.集装箱运输是一种“门一门”运输(Door to Door)。这里的“门一门”，一端是指制造企业的“门”，另一端是指市场的“门”。所谓“门一门”，就是从制造企业将最终消费品生产完毕，装入集装箱后，不管进行多长距离，多么复杂的运输，中间不再进行任何装卸与倒载；一直到市场“门”，再卸下直接进入商场。这既是这种运输方式的特点，又是采用这种运输方式所要达到的目标。凡使用集装箱运输的货物，都应尽量不在运输中途进行拆箱与倒载。
2.集装箱运输是一种多式联运。由于集装箱“门一门”运输的特点，决定了其“多式联运”的特点。所谓多式联运，是指使用两种或两种以上不同的运输方式，对特定货物进行的接运。它是以各种运输工具的有机结合，协同完成全程运输为前提条件的。而在很多情况下集装箱运输，又是国际多式联运。所谓国际多式联运(International multimodal Transport)，是指根据一个单一的合同，以两种或两种以上的运输方式，把货物从一个国家运往另一个国家。这种单一的合同即为多式联运单据或合同，由组织这种运输的个人或企业(联运经营人)签发，并由他负责执行全运程的运输业务。由于集装箱是一种封闭式的装载工具，在海关的监督下装货铅封以后，可以一票到底直达收货人，所以集装箱运输是最适合国际多式联运的一种方法。
3.集装箱运输方式是一种高效率的运输方式。这种高效率包含两方面的含义。一是时间上的高效率：由于集装箱在结构上是高度标准化的，与之配合的装卸机具，运输工具(船舶，卡车，火车等)也是高度标准化的，因此在各种运输工具之间换装与紧固均极迅捷，大大节省了运输时间：二是经济上的高效率：集装箱运输可以在多方面节省装卸搬运费用，包装费用，理货费用，保险费用等，并大幅降低货物破损损失。这些都决定了集装箱是一种高效率的运输方式。
三、集装箱运输的缺陷
“集装箱运输”是指货物装在集装箱内进行运送的运输方式它具有“安全，迅速，简便，价廉”的特点。扩大成组单元，提高装卸效率，降低劳动强度，与托盘成组化相比，装卸单元又扩大了15-30倍；减少货损，货差，提高货物运输的安全与质量水平：缩短货物在途时间，降低物流成本：节省货物运输包装费用，简化理货工作：有利于减少运输各个环节，降低成本。但是集装箱运输也存在一些不足：
(一)集装箱运输成本高
对于同类物资，在相同的吨.立方米的情况下，使用集装箱运输要比使用散货运输高出近一倍的费用。如：一个40英尺的普箱可以装23吨石油套管(实际装运套管的重量)，其价格为7300美元／箱；而使用散货的费用为23吨*160美元／吨=3680美元。
(二)装卸任务的特殊
仅以石油套管为例，将套管装入集装箱中，为提高装箱速度，主要使用两个叉车装散套管，如果
套管打包成捆，必须使用一种特殊的装载工具，才能完成装套管的工作。卸套管的难度比其它货物的难度加大，不仅需要叉车，还需要人工现场操作等配合。
集装箱的长度制约套管的长度，超长的套管是无法装入集装箱内，直接影响到套管的发运数量。套管的装箱总重量，对于货物需要经过中转港口时，其整箱重量超过最大值，容易被船公司拒运，货物将可能长期停留在中转港，无法按期到达目的地，影响到用户的正常生产需要。
(三)增加了一些潜在的不安全因素
货物装箱铅封后，在途中无法知道箱内货物的状态。如果在装箱时处置不妥，用集装箱运输的途中就没有任何纠正的机会，由此可能导致发生比件杂货运输方式更严重的货损。
四、石油套管集装箱运输安全需要注意的问题
(一)套管物资采购过程中
1.为保证石油套管的装箱要求，对产品的运输长度应做细致的要求。因此从石油套管长度上，通过物资采购合同的条款约定细节，明确要求石油套管的最大长度不能超过11.8M。
2.石油套管的包装方面，可以是打箍或散装货物两种形式。如果装卸能力达到，可以对套管进行打箍包装，这样可以更好地保护套管不被损伤：如果装卸能力在限，只能使用散装套管。对于套管的包装问题，可以依据实际情况进行操作。
(二)套管物资集港、装箱过程中
1.从装箱时，根据石油套管的重量。一个40尺的集装箱，如果是40GP也就是普箱，外长12M，外宽3M，外高3M。内空尺寸是内长11.85M，内宽2.35M，内高2.38M。容积67.7。内装货重最多26.63吨。加空箱重量3.8吨，货、箱总重不能超过30.5吨如果是40HC也就是高箱，外长12M，外宽3M，外高3.3M，内空长11.85M，内宽2.35M，内高2.68M，容积76.3。内装货重最多26.6吨。加空箱重量3.83吨，货、箱总重不能超过30.5吨，通常情况，我们仅选用普箱，其成本比高箱要更廉价；同时，因所运套管的海运方式：直达船，中转港船，为了防止套管在中途转运时，发生集装箱被拒运，必须严格控制套管装箱净重，甚至还要少装1.2吨的套管，以确保合理的整箱重量。
2.集港物资的装箱环节。为确保石油套管安全装箱，保护好套管的护丝、节箍，避免套管的损坏，必须将套管的公扣部分装入普箱的底端，以确保卸套管时，便于卸货的完好。同时我们不仅要通过装货现场的全程监督，避免套管装箱的野蛮操作，我们应准备专用套管装卸工具进行装套管，以避免套管装卸过程中的损坏。
(三)套管物资进港过程中
1.为保证石油套管进港清关工作顺利运行，加快进口港的各项工作进度，从清关费用、第三方费用(船公司、集装箱租用等)、运输费用等方面进行综合评价，选择有实力的清关、运输公司。
2.解决石油套管清关中遇到的各种困难，保证货物的顺利出关。(1)针对进口国海关等部门政策因素，如：进口的套管丝扣问题，根据进口国的政策，可能需按照物资的FOB价的50％，补交关税。我们要做到合理地避税，需要填写合理的、正确的进口物资的编码：(2)进口物资的价格问题，进口国为防止商品倾销，尼日利亚海关可能会依据从美国、新加坡、马来西亚等进口的同类物资的价格作为标准，凡是进口货物价格低于此标准的货物，可能需要补交进口物资的差价，此时，我们及时将国内出口套管的成本构成告之清关公司，清关公司应依据进口国的相关政策，迅速回应海关的问题。
3.考虑到石油套管在尼日利亚港口的拆箱费用的不确定性，我们选择了运送集装箱到用户料场在进行卸货的方案。此时，我们要对用户料场的卸货实际能力进行的勘察，以解决好料场卸货车辆和工具等细节问题，保证卸货的顺利运行。
石油钻井下套管技术交底 篇3
一、下套管前准备
1、检查好浮鞋、浮箍、变扣接头、分级箍、双公接头、蘑菇头、倒扣接头、联顶节是否能够正常使用，丝扣是否合格，并在地面做好试连接。
2、按照下套管通知单要求，编好套管数据，套管数据应做到三对口，即与甲方的数据对口，与场地排序和编号对口，与剩余的套管根数对口。
3、检查准备好下套管使用的工具：套管钳、套管吊卡、套管吊装带、套管密封脂、灌泥浆管线、井口泥浆管线、保护母扣的“大盖帽”等。
4、检查并更换5 1/2寸闸板芯子、取出耐磨套、将循环接头放在钻台，将循环接头和事故接头放在钻台，下套管过程中井口不返泥浆时，接循环接头打通循环；井口发生溢流时，抢接方钻杆和事故接头。（注意：每次接事故接头时必须先把事故接头接在套管上，再接方钻杆，防止方钻杆撅坏套管丝扣）
5、将小鼠洞甩出，换成干净的下套管鼠洞。
6、两台泥浆泵，一台泵装缸套170*1用来顶通，装缸套170*2用来循环（必要时顶替泥浆），另外一台泵装缸套160*3用来固井到井后大排量循环。
二、下套管操作
1、吊套管要一根一起吊，起吊时注意周围人员状态，必须使用标准吊装带。
2、钻台护丝用绳穿在一块，用气动绞车往下放，严禁直接往下扔，以防伤人。
3、接附件时一定要涂抹好密封脂并且严防错扣而损坏。
4、下套管过程中，因修设备、更换套管、灌泥浆等而停止继续作业时，要上下活动套管，防止套管粘卡。
5、套管钳上扣时必须对正后上扣，严禁错扣后强行上扣，上扣扭矩按标准达到要求。错扣后，看看扣是否损伤，有问题甩下更换，如果上扣扭矩达到最大，仍有三扣或三扣以上套管甩下更换，如果上完扣再紧两圈，仍达不到最大扭矩，套管甩下更换。
6、套管下放过程中要控制速度，下放速度不得大于30秒/根，防止压漏地层。
7、要求10根灌泥浆一次，每次必须灌满；灌泥浆时必须活动套管，防止粘套管事故发生，套管进入稳斜段后，必须连续灌浆。灌泥浆严禁使用泥浆泵，防止管线甩出伤人。（特殊情况下如果使用泥浆泵，必须系好保护绳或者栓好保护链）
8、下套管过程中，一定要有专人坐岗，观察有无井漏（下套管泥浆不返）、溢流现象（不下套管返泥浆）。
9、套管下完后，查验剩余套管根数是否正确。
10、套管下完后，一次性把泥浆灌满再开泵，灌泥浆时必须活动套管，一定要坚持“一、二、三个凡尔开泵”的原则。
11、坐封蘑菇头丝扣上要到位，下入井口要用居中放入，防止刮坏蘑菇头胶皮，倒扣接头公扣要涂抹黄油，防止卸联顶节困难。
12、套管下完，先坐封，检查各闸门开关是否正确，再开泵通过侧导流循环，循环正常后再固井。
13、一定牢记“五不”和“五防”。
五不：丝扣不清洁不上扣；套管编号不对不起吊；吊卡未扣好不起车；套管不紧不下井；泥浆不灌满不抢下。五防：上扣要平稳，防止错扣；井口操作要细心，防止套管内、套管外落物；下放套管要平稳，密切注意指重表变化，防止遇阻后吊卡离开接箍造成严重吨钻；按照规定灌满泥浆，防止挤瘪套管；下套管时必须统一指挥，防止套管碰坏，人员碰伤，做到安全施工。
三、异常情况处理及预防措施
1、遇阻后，严禁硬提硬压，马上进行泥浆循环，先开一个凡尔小排量顶通，视泵压变化情况再进行大排量循环，并记好泵压与悬重变化。
2、如果发生粘卡现象，立即活动套管，上提下压不得超过5吨，防止挠性杆失稳造成套管损坏，粘卡后立即汇报驻井人员和公司主管领导是否泡油处理。
3、如果发生溢流现象，立即关井，抢接循环接头，汇报驻井人员和公司主管领导，采取压井措施，压稳气层后再继续下套管作业。
技术交底人：
队技术员：
队井队长：
****年**月**日
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