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钻杆与套管摩擦磨损研究

作　者: 王长进
导　师: 李子丰
学　校: 燕山大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 摩擦磨损实验机套管剩余强度防磨
分类号: TE921
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 568次
引　用: 2次
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内容摘要

套管磨损使其承载能力降低,给后续钻井、完井、采油及修井带来重大影响。在对套管磨损机理深入分析基础上,研制出模拟井下工况的钻杆套管摩擦磨损实验机;实验分析找出了影响套管磨损的主要因素及其一般规律。在载荷、温度、时间恒定的情况下,磨损体积随转速呈线性趋势变化;载荷对钻杆与套管之间的磨合期、摩擦系数均有显著影响,增大载荷会加剧振动和加速磨损,合理载荷可以降低摩擦系数,减小磨损;粘度高的水基泥浆可以有效降低套管磨损;低于60℃的温度对套管磨损没有明显影响。建立了套管和钻杆的磨损预测方程。通过有限元软件研究磨损对套管的剩余抗挤强度、剩余抗内压强度的影响,并与其它计算方法进行了比较。磨损套管的剩余抗挤强度与磨损半径、磨损量分别呈线性和指数关系,磨损量越大剩余抗挤强度越小,磨损半径越小剩余抗挤强度越大;较大的轴向载荷对磨损套管的剩余抗挤强度有显著影响,轴向压应力增加套管的抗挤强度,轴向拉应力减小套管的抗挤强度;运用解析解和有限元分析模型计算月牙形磨损套管的周向应力分布;磨损套管的局部弯曲会增大周向应力,降低套管的抗内压强度。总结了不同工况下磨损对钻杆抗拉、抗弯性能的影响,针对目前的各种减磨措施提出改进建议。为钻具优化设计和钻井参数优选提供了参考依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 引言  11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 影响套管磨损的主要因素  11-12
    1.2.2 钻杆与套管磨损机理  12
    1.2.3 实验室测试  12-13
    1.2.4 磨损模型研究  13-14
    1.2.5 套管剩余强度分析  14
    1.2.6 防磨减磨研究  14-15
  1.3 技术路线和预期达到的目标  15-17
第2章套管磨损程度及影响因素  17-36
  2.1 引言  17
  2.2 磨损套管几何形状描述  17-22
    2.2.1 套管磨损部位方程  17-19
    2.2.2 套管横截面几何磨损面积  19-20
    2.2.3 磨损套管与钻杆接触面积  20
    2.2.4 套管磨损量测量  20-21
    2.2.5 磨损套管剩余壁厚  21-22
    2.2.6 磨损钻杆形状  22
  2.3 套管磨损影响因素分析  22-28
    2.3.1 磨损机理  22-24
    2.3.2 接触力对磨损影响  24-26
    2.3.3 摩擦系数对磨损影响  26-27
    2.3.4 摩擦路程对磨损影响  27-28
    2.3.5 材料布氏硬度对磨损影响  28
  2.4 套管磨损预测  28-34
    2.4.1 接触力  28-30
    2.4.2 摩擦系数  30-32
    2.4.3 磨损预测模型  32-34
  2.5 钻柱磨损预测  34
  2.6 本章小结  34-36
第3章油井钻杆/套管摩擦磨损试验机结构原理  36-43
  3.1 试验机研制原因  36
  3.2 结构特征与工作原理  36-41
    3.2.1 主轴及驱动系统  37-38
    3.2.2 摩擦副及摩擦力测量系统  38-39
    3.2.3 套管磨损量测量系统  39
    3.2.4 杠杆施力系统  39-40
    3.2.5 腐蚀箱温度调控系统  40-41
  3.3 主要技术参数  41
  3.4 应用情况  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章钻杆与套管磨损试验分析  43-55
  4.1 引言  43
  4.2 试验准备  43-44
  4.3 套管磨损与转速关系  44-46
    4.3.1 试验原理  44-45
    4.3.2 结果分析  45-46
  4.4 正压力对磨损影响分析  46-51
    4.4.1 试验原理  46
    4.4.2 结果分析  46-51
  4.5 温度对套管磨损影响  51
  4.6 间歇负载对套管磨损影响  51-52
  4.7 钻井液对套管磨损的影响  52-53
  4.8 本章小结  53-55
第5章磨损套管剩余强度分析  55-76
  5.1 引言  55
  5.2 建立磨损套管抗挤强度有限元分析模型  55-64
    5.2.1 分析原理  55-57
    5.2.2 磨损套管剩余抗挤强度计算  57-61
    5.2.3 考虑轴向载荷下的磨损套管最小抗挤毁强度分析  61-64
  5.3 磨损套管剩余抗内压强度分析  64-72
    5.3.1 无磨损套管破裂强度  64-66
    5.3.2 磨损套管割缝环模型  66-68
    5.3.3 磨损套管剩余破裂强度有限元分析  68-72
  5.4 磨损套管剩余抗内压强度分析  72-75
    5.4.1 轴向拉力产生的拉应力  72
    5.4.2 扭矩产生的剪应力  72
    5.4.3 井眼弯曲产生的弯曲应力  72
    5.4.4 屈曲产生的应力和接触压力  72-73
    5.4.5 内压力产生的拉应力  73-74
    5.4.6 应力强度  74
    5.4.7 安全系数  74-75
  5.5 本章小结  75-76
第6章防磨减磨及磨损套管井处理  76-84
  6.1 引言  76
  6.2 防磨减磨措施  76-79
    6.2.1 降低摩擦系数  76-79
    6.2.2 降低接触力  79
    6.2.3 降低摩擦路程  79
    6.2.4 合理选择套管硬度  79
  6.3 钻柱防磨减磨措施  79-80
  6.4 减磨护箍布置  80-81
  6.5 监测井下磨损  81
  6.6 磨损套管井处理  81-82
    6.6.1 波纹管补贴  81-82
    6.6.2 悬挂小套管技术  82
    6.6.3 套管内侧钻工艺  82
    6.6.4 预防套损井作业事故  82
  6.7 本章小结  82-84
结论  84-86
参考文献  86-91
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  91-92
致谢  92-93
作者简介  93

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