非均匀载荷作用下椭圆度对套管抗挤强度的影响

2016-12-06郭中华

山东工业技术 2016年21期

关键词：均匀分布均匀度套管

董　黎,刘　昊,郭中华

（1.兰州兰石石油装备工程有限公司 ;2.兰州城市学院,兰州 730070）

非均匀载荷作用下椭圆度对套管抗挤强度的影响

董黎1,刘昊2,郭中华2

（1.兰州兰石石油装备工程有限公司 ;2.兰州城市学院,兰州 730070）

分析表明椭圆套管在均匀外压作用下，椭圆度会使套管的承载能力降低，随着椭圆度的增加，套管的失稳外压随之下降。当非均匀载荷的最大值沿椭圆长轴或短轴方向作用时，椭圆度引起的载荷能力降低并不大，套管承载能力主要受制于载荷非均匀度。

非均匀载荷;套管强度;椭圆度

石油套管在地层中工作过程中，承受着变化复杂的非均匀外挤载荷，套管的强度特性受到非均匀外挤载荷的影响很大[1-4]。本文针对API套管在非均匀载荷的挤压工况下，基于有限元法根据套管的实际受力情况建立力学模型，分析非均匀载荷对套管强度及变形的影响。

1　外加载荷对套管变形的影响

石油套管受到的非均匀载荷为椭圆形分布，其载荷的不均匀度为n，椭圆形载荷均匀度系数定义为：

式中：P1为横向载荷，P2为纵向载荷。n值越大，载荷分布越均匀，n=1时即为均匀分布。表1给出了套管在载荷不均度为1，0.8，0.4，0.2时，不同椭圆度情况下，套管在达到屈服强度时的变形图和应力关系：

表1　载荷非均匀度为n时的非均匀载荷的最大值沿椭圆短轴方向时的椭圆度与承载能力之间的关系

由表1可以看出，当载荷不均度值大时，套管的承载能力较大，载荷不均匀度较小时，套管的极限承载能力也比较小，而载荷不均度变化对承载能力的影响比所讨论的椭圆度对承载能力的影响要大。

当套管上作用的是非均匀分布的载荷时，套管的承载能力变化与椭圆度的变化仍然成正比。

当非均匀载荷的最大值沿椭圆长轴或短轴方向作用时，椭圆度引起的载荷能力降低并不大，套管承载能力主要受制于载荷非均匀度。随着载荷非均匀度趋近于1，椭圆度引起的承载能力降低逐步增大。n＜0.8时，承载能力基本不受椭圆度的影响，而且，椭圆度与承载能力之间一直呈线性关系。

2　不同载荷不均匀度下，椭圆度对套管变形的影响

由载荷不均匀度与套管挤毁极限载荷的关系图1可以看出，当套管外壁载荷由均匀分布（n=1）变为非均匀分布(n＜1)时，套管的承载能力迅速下降。载荷非均匀度越小，承载能力越低当载荷非均匀度n=0.8时，套管的承载能力下降一半；当n=0.2时，套管的承载能力不及原来的16%，而且这种现象与椭圆度的变化几乎无关。