三维弯曲井眼中套管磨损程度及剩余强度分析

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通常油气井的井眼是三维弯曲的,钻柱不可避免与套管接触,旋转钻柱必然磨损先期下入的套管,而以前的套管磨损分析没有考虑井眼是三维弯曲的,有可能带来较大的误差,为此开展三维弯曲井眼中套管磨损程度及剩余强度分析,对于套管磨损预测具有重要的意义。考虑了井眼轨迹通常都是三维弯曲的状态,根据油田钻井实际提供的井深、井斜角以及方位角等参数信息,利用五次样条插值方法对井眼轨迹进行插值拟合,利用每两个相互临近的井眼空间点拟合一段井眼轨迹方程,从而通过相邻的两两井眼空间点建立了整个三维弯曲井眼轨迹方程。在此基础上,通过分析三维弯曲井眼中套管的空间磨损形态,推导出三维弯曲井眼中“半橄榄形”套管的磨损体积以及磨损深度计算公式;并且,综合考虑多种因素,基于三维弯曲井眼,通过对钻杆接头和套管接触力推导计算,建立了三维弯曲井眼中关于接触力的套管磨损程度的体积计算公式。为了分析三维弯曲井眼对磨损套管的剩余强度的影响,本文建立了三维弯曲井眼中磨损套管的有限元计算模型,通过对三种不同规格的套管设置不同狗腿严重度以及不同磨损率的ANSYS有限元分析,得到三维弯曲井眼中磨损套管的剩余抗挤强度和剩余抗内压强度。结果表明:五次样条插值方法拟合的三维弯曲井眼轨迹方程对比三次样条拟合结果平均误差更小,拟合效果更佳;通过“半橄榄形”套管磨损程度计算公式,认为在狗腿度越大的地方,钻杆与套管的接触力越大,且套管磨损越严重;通过有限元分析,狗腿度越大,磨损率越大,磨损套管的剩余强度就越小。
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