套管整形修复力学分析及整形器锥角的优选设计

摘要

随着油田开发时间的不断延长和开发工作的不断深化，油水井套管发生损坏的现象不断发生。针对套管损坏的问题，胜利油田采油院研发了液压套管整形修复技术。该装置在现场应用过程中，存在整形施工压力很高仍无法恢复套管内通径的问题。为了弄清变形套管修复过程的力学关系，确定变形套管整形修复力，为整形工艺的优化提供理论依据，开展套管整形修复力学分析以及整形器锥角优选设计的研究。 通过查找文献，总结了套管变形和变形套管整形的研究现状。总结了套管变形种类；理论分析了套管损坏机理；进行了套管变形理论分析；通过有限元分析软件，分析了系统不同压力分布和水泥环参数下套管的变形规律；进行了变形套管修复力理论分析；通过有限元分析软件，分析了不同外压分布、套管参数和整形器参数对变形套管修复的影响；通过有限元软件，比较了四种整形锥的优缺点；分析了锥形整形锥的最佳锥角；分析了变形套管多次整形的修复过程；分析了加工硬化现象对套管多次整形修复的影响；通过有限元分析软件，分别计算了P110套管和N80套管在不同变形条件下经过多次整形的修复力；编写了套管整形修复力计算软件。 通过以上分析，得出了考虑地层和水泥环的影响，非均匀地应力下套管的变形公式；推导了大变形套管整形修复力理论公式；分析了不同地应力下套管变形规律；分析了不同工况下变形套管整形修复力变化规律；得出四种整形锥中，锥形整形锥的结构最优，且其最佳锥角的范围在15~25°之间；套管的加工硬化现象增加了变形套管的修复难度，减小了变形套管的可修复范围；通过有限元分析软件，分别计算了P110套管和N80套管在不同变形条件下经过多次整形的修复力；编写了套管整形修复力计算软件。本论文的分析结果对变形套管整形器锥角的设计和整形工艺的优化提供理论依据，具有一定的指导意义。

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