04 油井管服役条件与失效模式.pdf

油气钻采管柱设计 4 油井管服役条件与失效模式 高宝奎(研究员) 4 油井管服役条件与失效模式 服役条件 构件的服役条件包括： 载荷的性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷、 局部压入载荷等） 加载次序（载荷谱） 应力状态（拉、压、弯、扭、剪切及其复合) 工作温度 接触介质 4 油井管服役条件与失效模式 失效模式 构件在特定的服役条件下发生变形、断裂、 表面损伤等而失去原有功能的现象称为失效。 失效模式是指失效的表现形式，一般可理解 为失效的类型。 4 油井管服役条件与失效模式 4.1 油井管服役条件 套管、油管及钻 杆、方钻杆、钻铤 等统称油井管。 右图为油井管在 钻井系统中的位置。 4 油井管服役条件与失效模式 4.1 油井管服役条件 钻柱构件服役条件 起下钻时，由于自重，钻柱承受轴向拉力，其值越接 近井口越大。 因井眼内钻井液浮力的作用，下部一段钻柱受到轴向 压应力，同时使上部钻柱的拉伸应力减小。 在正常钻井过程中，下部钻柱承受轴向压力。 钻盘钻井时钻柱处于旋转状态，承受扭矩和离心力。 在轴向压力和离心力的共同作用下，钻柱发生弯曲。 弯曲的钻柱在钻井过程旋转便产生了交变应力。 在井眼偏斜、方位变化大的情况下，钻柱承受的交变 应力很大。 4 油井管服役条件与失效模式 4.1 油井管服役条件 钻柱构件服役条件 钻柱承受强烈的振动。 钻柱内壁受高压、高速钻井液的冲刷，外壁 受套管或井壁的摩擦。 起下钻作业中的猛提猛刹，产生较大的冲击 载荷，容易使钻柱瞬时超载。 腐蚀、温度、井下压力也是不可忽视的服役 条件。 4 油井管服役条件与失效模式 典型钻柱组合 4 油井管服役条件与失效模式 钻柱受力分析 4 油井管服役条件与失效模式 钻柱受力分析 4 油井管服役条件与失效模式 钻柱受力分析 4 油井管服役条件与失效模式 钻柱受力分析 4 油井管服役条件与失效模式 钻柱受力分析 4 油井管服役条件与失效模式 4.1 油井管服役条件 套管柱服役条件 套管柱在建井、完井和油气井生产过程经受长期载荷和环境的考验。 在下井及固井过程，套管柱承受轴向拉伸载荷及外挤力、内压力三种 外载。 采用射孔方法完井的生产套管柱，需承受射孔弹的大能量高温瞬时冲 击载荷。 在长期的油气开采过程，除承受地层