复杂深井套管磨损剩余强度变化规律数值分析

摘要

在深井和超深井中,钻井时间长,钻杆运动情况复杂,使作用在套管壁上的侧向作用力增加,导致钻进过程中钻柱与套管间摩擦和磨损加剧,影响了套管设计强度和完井及生产的安全可靠性.本文以APIN80套管实际尺寸为例,利用有限元软件ANSYS建立深井套管磨损时的三维有限元模型,模拟计算深井状态下套管受力,分别获得了均匀磨损和非均匀磨损情况下不同磨损长度和磨损深度时套管在外挤压力作用下的最大Mises应力.研究结果表明在当套管磨损深度保持和外挤压力不变时,套管Mises应力随着磨损长度增加而呈指数关系增加,当磨损长度超过临界值时,套管Mises应力将会保持不变;当磨损长度一定时,均匀磨损时套管最大Mises应力也随着磨损深度增加而呈指数增加,非均匀磨损时套管最大Mises应力与磨损长度呈线性增长关系.并通过数值模拟计算结果回归出Mises破坏失效准则条件下的套管有效应力与磨损长度和磨损深度间的计算公式,为深井套管柱的设计、计算奠定了理论基础.