套管钻井中套管柱疲劳可靠性及相关力学特性研究.pdf

第 3 O 卷第 5期 2 0 0 9年 9月 石 油 学 报 ACTA PETROI EI SI NI CA V O i ．3 O NO． 5 S e pt ． 20 0 9 文章编号 0 2 5 3 2 6 9 7 2 0 0 9 0 5 0 7 6 9 0 5 套管钻 井 中套 管柱疲劳可靠性及相关力学特性研 究 闰相祯’ 邓卫 东 高进伟 杨秀娟 王 同涛 许志倩 1 中国石油大学储 运与建 筑工程学 院 山东东营2 5 7 0 6 1 ； 3 中 国 石 油 技 术 开 发 公 司 2 ．中国石油大学机电工程学院 山东东营2 5 7 0 6 1 北 京 1 0 0 0 0 9 摘要利用 C AE仿真技术和可靠性疲劳实验方法 ， 研 究 了套管钻井 中的有关力学 fq题 。分 析 了不 同径 厚比套管 的受力状态 、 磨 损 套管剩余强度 、 套管柱 的振动模态和疲 劳可 靠度 。研 究结果 表 明， 径厚 比越大 ， 套管 管体 Mi s e s应力越 大， 套 管发 生失稳 的临界荷 载越 小。对 于均匀磨 损， 随着磨损长度 的增大 ， 套管的剩余抗拉和抗扭强度逐渐变大， 并达到 一个极 限值 ； 对于非均 匀磨 损， 其剩余 抗拉强度 与磨 损长度之 间的关系均近 似服 从指数分布。两种磨损状 态下， 套 管柱 剩余抗 拉和抗扭 强度都 随磨损量 的增加 而降低 ； 套管柱外径对套管横 向振 动固有 频率 的影 响大于径 厚比对其的影响 ， 纵 向固有频率 主要取决 于管柱长度 。运用可 靠性方法 ， 基于 概 率分析设计 了单轴和双轴疲 劳可靠性试验 ， 得到 了套管柱 的单轴和双轴概 率疲 劳特性 ， 推导 出套管钻井的 P S N 曲线方程 。 关键词 套 管钻 井； 套管柱 ； 剩余 强度 ； 疲劳可靠度 ； 磨损 量； C A E仿真技术 中图 分 类 号 TE2 1 文 献 标 识 码 A Ana l y s i s o n m e c h a n i c s a n d f a t i g u e r e l i a b i l i t y o f c a s i n g s t r i ng d u r i n g c a s i ng d r i l l i ng YAN Xi a n g z h e n ’ DENG W e i d o n g 。 GAO J i n we i YANG Xi u j u a n WANG To n g t a o XU Z h i q i a n 1 ．Co l l e ge o f Ar c h i t e c t u r e St o r a g e En gi n e e r i n g，Ch i n a Un i v e r s i t y o J Pe t r o l e u m ，Do n g y i n g 2 5 7 0 6 1， C h i n a 2 ．Co l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d El e c t r o n i c En gi n e e r i n g，C h i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m ，Do n g y i n g 2 5 7 0 6 1。 C h i n a 3 ． Ch i n a Pe t r o l e u m Te c h n o l o g y De v e l o p me n t Co r p o r a t i o n，Be i j i n g 1 0 0 0 0 9，C h i n a Ab s t r a c t The me c ha ni c s i n t he pr oc e s s o f c as i n g d r i l l i ng we r e a n al y z e d us i ng t he CAE s t i m u l a t i on a n d t e s t s o f f a t i gue r e l i a bi l i t y，i n c l u di n g t he f o r c e a c t e d on t h e c a s i ng wi t h d i f f e r e n t d i a me t e r t hi c kn es s r a t i o，r e s i du a l i nt e n s i t y of wor n c a s i ng，v i b r a t i o n mod a l a n d f a t i g u e r e l i a b i l i t y o f t h e c a s i n g s t r i n g ．Th e s t u d y r e s u l t s s h o we d t h a t t h e M i s e s s t r e s s O I 1 t h e c a s i n g h a d a p r o p o r t i o n a l r e l a t i o n wi t h t he di a me t e r t hi c kne s s r a t i o，a nd t he c r i t i c a l i ns t ab i l i t y l oa d o f c a s i n g h a d a r e v e r s e pr o por t i on wi t h t he d i a me t e r t hi c kn e s s r a t i o．Fo r t he uni f o r m we a r o f c a s i n g，t h e l o ng e r o f t he we a r l e ngt h of c a s i ng l e d t O t he b i g ge r r e s i d ua l i nt e ns i t y a nd r e s i s t a nc e t O di s t o r t i on， whi c h f i na l l y r e a c he d a l i mi t v a l u e ． Fo r t he no n u ni f or m we a r o f c as i ng，t he r e s i du a l i n t e ns i t y h ad an ex p one nt i al r e l a t i on wi t h t he we a r l e ng t h．The r e s i du a l i nt e n s i t i e s bot h t he un i f o r m we a r an d no n u ni f or m we a r o f c a s i ngs h a ve t he r e v er s e p r o po r t i o ns wi t h t he a b r a s i o n de p t h o n c a s i n gs ．The e x t e r na l di a me t e r of c a s i ng ha d t he mor e i nf l ue n c e o n l a t e r a l vi br a t i on i n he r e nt f r e q ue n c y t ha n t he di a me t e r t hi c kn e s s r a t i o ．Th e l e n gt h o f c a s i ng s t r i n g c o nt r ol l e d t h e l a t e r a l v i br a t i on i n he r e nt f r e q ue n c y．The r e l i a bi l i t y t e s t s b ot h t he a x i a l f a t i gue a nd t he b i ax i a l f a t i gu e of c a s i ng s t r i ngs we r e de s i g ne d by me a ns of e x a mi na t i on a nd nume r i c a l s i mu l a t i o n，a nd t he P S N c ur v e s we r e obt a i ne d ． Ke y wo r d sc a s i n g dr i l l i n g；c a s i ng s t r i ng；r e s i dua l i nt e ns i t y；f a t i gue r e l i a b i l i t y；we a r r a t e；CAE s i mu l a t i on 套管钻井技术是指在钻井过程 中， 直接采用套管 取代传 统 的钻杆 ， 向井 下传 递机 械能 量和水 力 能量 ， 完 钻 后套 管 留在 井 内用于 完井 的技 术_ 1 ] 。套管 钻井 可 以 节约大量的钻井工时， 减少井下事故 ， 降低钻井成本 。 与传统钻井中的钻杆相 比， 套管柱具有外径大、 壁厚薄 和 环空 间隙小 等特 点 ， 对 套 管 钻井 中 的管 柱 力 学行 为 的研 究 直接关 系 到套管 柱在 钻井 过程 以及 完井 与 固井 中的安 全性 和可靠 性 ， 并 最终 影 响油气 井 的正 常生产 。 因此 ， 套 管钻井 中的力 学 行 为分 析 对 于 套 管 钻井 技 术 的完 善 和发展 具有 实际 意义 。笔 者结合 钻井 工程 实 际 问题 ， 建立套管在钻井中的力学模型， 分析套管柱的相 关 力学 性能 ， 为套 管钻 井设计 提供 技术 和理论 参考 。 1 套管力学特性分析 将用 于 固井和 完井 的套管 功 能拓展 到用 于钻井 作 业 中 ， 要求 套管 具有 更 高 的力 学性 能 。这不 仅 因为 与 传统 的钻杆相 比， 套管 自身结构性能存在着较大 的差 别 ， 而且套 管 承受 的载 荷 由固井 中的 准 静 态 载 荷 变 为钻 井过程 中的包 括各 种 冲击 、 振 动 和疲 劳 载 荷 等 的 动态 载荷 。 基金项 目 中国石油集团公司重点实验室基础研究项 目 0 6 A4 0 i 0 1 资助 。 作者简介 闫相祯 ， 男 ， 1 9 5 6年 5月生 ，1 9 8 7年获北京科技大学硕士学位 ， 现为中国石 油大学 华东 教授 ， 博士生导师 ， 主要从事油气工程力学方面的 教学和科研工作 。E ma il y a n x z h 1 6 3 ． c o m 石 油 学 报 2 0 0 9年第 3 0卷 对 比发现 ] ① 传统 钻 杆壁 较 厚 ， 外径 较 小 ， 径 厚 比 外径 与壁厚 之 比 较 小 ， 一般 在 7 ． 6 9 ～1 6 ． 6 7之间 ； 套管平均壁厚较薄， 外径较大， 径厚 比较大， 一般为 1 0 ～ 5 0 ， 多数大于 2 0 图 1 。②在用传统钻杆钻井中， 钻 柱 与井 眼之 间 的环 空 间 隙 较 大 ， 环 空 间 隙 与 井 眼直 径之 比可达到 0 ． 4以上 ； 在套管钻井 中， 套 管柱 与井 筮 采 肝 篮 厘 剥 汝 丑 班 眼之间的环 空间隙小 ， 环空间 隙与井 眼直径之 比一 般为 0 ． 1 ～0 ． 2 图 2 。③套管壁厚较薄 ， 环空 间隙 较小 ， 从而限制了套管接头的尺寸， 导致套 管接头的 各项强度均较弱 ； 传统钻柱接 头强度一般较好 。④ 与钻杆相 比， 套 管材料 的强度和弹性模量 等力学性 能参数 较 低 。 丑 跹 1 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 o 0 3 5 0 4 O O 4 5 0 5 0 0 钻杆外径 ， m m 套管外径 ／ mm a 钻杆径厚 比 b套管径厚 比 图 1 钻杆与套管的径厚比曲线 Fi g ．1 The di a m e t e r t hi c k ne s s r at i o o f d r i l l pi pe a nd c a s i n g 丑 欺 肝 鬣 星 剥 钻杆外径 ／ m m 套管外径 ／ mm a b 图 2 钻杆与套管钻井的环空间隙与井径 比曲线 Fi g ． 2 The c u r v e s of t he an nu l a r c l e a r a nc e t o we l l d i a me t e r r at i o f o r dr i l l pi p e a nd d r i l l i n g c as i n g 在套 管 钻 井 中 ， 套 管外 径 的 选 择 依 据 井 眼 尺 寸 而定 ， 一般 比较 大 ， 造成 套 管 钻 井 中 “ 薄 壁 管 ” 、 “ 小 环 空 ” 的特点 。 同时 ， 该特 点 也 决定 了其 作 为 钻 柱 在 钻 井 中 的力 学性 能与 常 规钻 杆 相 比必 然 存 在 着较 大 的 差 异 。如小 环空 下套 管 柱 的偏 心 、 碰 撞 、 振 动 、 涡 动 、 磨损 ， 薄 壁管 柱的径 向 、 轴 向屈 曲变形 、 弯 曲及疲 劳 损 坏等 。 2 拉扭组合载荷下套管柱 的强度分析 2 ． 1 未磨 损套管柱 传 统 钻杆 承受 双 轴 载荷 的管 柱 强 度 分 析 理 论 已 比较成熟 l 3 ] ， 而 钻 井 套 管 与 传 统 钻 杆 的 主 要 结 构 差 异 在于径 厚 比。为 了研 究 承 受 拉 扭组 合 载 荷 的 钻 井 套管柱在不 同外径 、 不 同径厚 比情 况下的最大 等效 应 力 状况 ， 采 用 承受 拉 伸 、 扭 转 和弯 曲组 合 的套 管 柱 载荷 模 型 ， 计 算 得 出不 同外 径 与 径 厚 比套 管 柱 在 承 受拉、 扭组合载荷时的最大等效应力曲线 图 3 。由 图 3 a 可 知拉 一扭 双 轴载 荷 下套 管 的最 大 等效 应 力 与径厚 比成正 比关系 ， 与外径成反比关系。套管外径 为 1 7 7 ． 8 mm， 当 径 厚 比 为 7 ． 7时 ， 最 大 等 效 应 力 为 2 8 ． 1 MP a ， 而 径 厚 比 为 2 5时 ， 最 大 等效 应 力 为 7 4 ． 8 MP a ； 当套管径 厚 比 为 1 0 ， 外 径 为 1 7 7 ． 8 mm 时 ， 最大 等效应 力为 3 4 ． 1 MP a ， 当外 径为 4 0 0 I T I I T I 时 ， 最 大等效 应 力为5 ． 0 2 MP a 。 由 图 3 b 可知 ， 套 管 柱 的轴 向临界 失稳 压力 随着径厚 比的增 加 而 降低 ， 随 着外 径 的增 加 而增 加 。 2 ． 2 磨 损 套管柱 在套管钻井中， 套管磨损是一个相对突出的问题 。 第5期闫相祯 等套管钻井中套管柱 疲 劳可靠性及相关力 学特 性研 究 771 日 山 羔 、 收 氇 鞍 淞 K Ⅲ 瞄 Z _ 、 R 幽 映 遐 嚣 水 足 辞 径厚比径厚比 a拉 一 扭双轴载荷下套管的最大等效应力b套管柱的轴向失稳临界压力 图3不同径 厚比套管柱 的力学性能 Fi g ．3T he m echanicalproperties ofcasingunderdif ferentdiameter - thicknessratio 根据现场实际，套管钻井过程中套 管磨 损 形 式 一 般可 分为均匀磨损和偏磨两种类型 _4] 。均 匀磨损又分为 圆 弧形和平坦形，偏磨又分 为半月 形 和 “ 8 ” 字形。以外径 为 177．8mm 、壁 厚为6 ．9mm 的套管 为研究对象，分 别对各种类型磨损套管的剩余抗 拉强度和剩余抗扭 强 度进行了数值模拟研究。 对于均匀磨损，随着磨损 长度 的增大，套管的剩余 Z ≤ 瑙 想 辍 瑁 熊 熏 磨损量0．5mm 抗 拉强度逐渐变大，当磨损长度趋于无 穷大 时，套管的 抗拉强度趋于稳定，如磨损长 度超 过150m m 时，套 管 的抗拉强度基本不随磨损 长度再 变 化，剩余抗 拉强度 只与磨损深度有 关。随着磨损量 的增 加，套 管的抗 拉 强度逐渐降低[图4a]。不同磨损量 下套 管的剩余 抗扭强度与 磨损 长 度之间 具 有与上述类似的关系 [图4b] 。 一 吕 Z 一 魁 慧 嗣 螺 娱 藻 磨损长度，I n m 磨损长度／him a剩余抗拉强度b剩余抗扭强度 图4均匀磨损套管的剩余强度曲线 F i g ．4T he resi dualintensitycurvesofuniw earingcasing 对于偏磨，不 论是半月形偏 磨还是 “ 8 ” 字形偏磨， 其剩余抗拉强度与磨损长度之 间 的关 系均近似服从指 数分 布，如磨损量为2 ．5mm 的半月型磨损 ，套管 剩余 抗拉强度与磨损长度关系式为 户， 一 1160．5 5 90．2expL／105．11 式中p，为套管剩余抗拉强度，kN；L为磨损长度 ，mm。 当磨损长度较短时 ，其 剩余抗拉强度 均随磨 损 长度的减小急剧降低；当磨损长度 较长 时 ，剩余抗拉 强度随着磨损长度的增 加 均 趋于某 一 稳定值；在 磨损量 一 定时， “ 8 ” 字形偏磨的剩余抗拉强度 较半月 形 略小[图5a]。 当磨 损长度 L 较短时，半月 形偏磨和 “ 8 ” 字 形 偏磨 对偏磨套 管剩余 抗扭强度的 影 响具有明显差 异，这 主要是 由于半月 形偏磨造成套管 一 侧的局 部 应 力集 中，影响了套 管的 受 力 状态 ，如磨 损量为 2．5mm 、磨损 长 度 为200mm时，半月型磨损 套 管 剩余 抗扭强度 为 42．3 4kNm ， “ 8 ” 字 形 偏磨套管剩 余抗扭强度 为 54kNm ；当 磨损长度 较长时，二者 趋于 一 致[图5b] 。由于用于钻井 的套 管要承受 一 定 的扭矩，因此 必须重视 半月形 偏磨对套管抗扭 强度 的影响。 ∞∞ ∞ ∞∞ ∞ ∞∞ ∞ ∞∞ 3 2 ， O 98 765 4 3 772石油学报 2009年 第30卷 Z 一 ＼ 魁 骥 趣 搐 礤 鼷 0100200 30 04 005f o6007008 00 一 争 互 一 、 制 鳗 嗣 蝠 藻 磨损长度／m m 磨损长度／m m a剩余抗拉强度b剩余抗扭强度 图5偏磨套管的剩余强度曲线 F i g ．5The resi dualintensitycurvesofuneven wearingcasing 3 套管柱的振动模态 套管钻井过程中套管柱振动是导致其发生失效的 主要 原因之 一 。套 管柱 振动 一 般包 括横 向振动、纵 向 振动和扭转振动 15] 。钻井套管柱振动的频率是由其固 有频率和外界 载荷激励 特 性共 同作用的结果 ，因此 对 套管柱进行模态分析是研究套管柱振动的 一 项重要前 期工作。 采用 长度为 1000m 套管柱作为研究对象 ，分别分 析了不同外 径和径厚比套 管柱的第 一 阶横 向固有频 率。由计算结果 可知 ，套 管 柱外径 对其横向振 动固有 频率的影响较径厚比大。 由于套管柱的纵向尺寸远远大于横向尺寸，计 算 发现套管外径和径厚比的变化对套管柱纵 向固有频率 的影响微乎其微，而纵 向振 动固有频率主 要取决于管 柱长度图6。 Z 、 ．1 ； l 卜 骚 杯 匿 套管柱长度／nl 图6套管柱纵向振 动固有频 率与长度的关系曲线 Fi g ．6T he relative curves ofverticalnaturalfrequencyof casingstringswith itslength 从 图6可以看出，套管柱 长度 对其纵 向振 动各阶 固有频率的影 响规律类似，但在套管柱长度较短时，套 管长度的变化对高 阶固有频率的影响比低 阶大。随着 套管柱长度的增加，其长度 变化对各阶固有频 率的影 响都趋于平缓。 4 套管柱的疲劳可靠性 由于在钻井过程中套管柱 往往要 承受周期性交变 载荷的作用，可能导致钻井套管柱发生共振。在这种情 况下，经 一 定循环次数后套管柱将产生裂纹或突然发生 完全断裂 一] ，即发生疲劳破坏。由于疲 劳破坏发生前往 往没有 明显征兆，故其破 坏性更具 有隐蔽性， 一 旦发生 疲劳破坏，往往对 油气井 的正常生产带来较大的影响。 因此，对套管钻井用套管柱进 行疲 劳分析，全 面掌握套 管钻井 中套管柱 的疲劳强度以及疲 劳强度与寿命之 间 的关系，准确预测套管的剩余强度和剩余寿命是有效预 防套管柱失效、提高套管钻井安全性 的基 础性工作。 4．1 拉 一 拉 单轴疲劳可靠性试 验 考虑到套管钻井过程中套管载荷的复杂性和不确 定性 【 7] ，采用成组多级试验，共分a、b、c、d四级载荷加 载，每 一 载荷级别为 一 组，每组试验4 ～ 6个试件 。试 件根 据国标G IM33 784推荐的轴 向加 载光 滑圆柱 形标 准试样设计 ，材料 为J5 5，按照 试验结 果可以得到 不同存活率下套管的疲 劳寿命N。与对 应 的等效循环 应力S之间具有如下关系 ∽。] l gNp 一 -gpb ， l gS 2 式中 “ 。和 b。为不同存活率下的待定系数，与材料性 质有关。 显然，lg』 ＼ ， 。与 l gS之间为线性关系 。利用 实验数 据求得 的不同存活率下的 a 。 b 。及线性 相关系数 r表 1，代入式2，可以得 到试验套管材料的疲劳寿命N 。 与对应 的等效循环应力s之间的关系式。 4．2 拉 一 扭双轴疲劳可靠性分 析 与拉 一 拉单轴疲劳相比，套 管柱 的拉 一 扭双轴疲 劳要复杂得多 ，需要考虑拉扭载荷比例套管尺寸和表 ∞ ∞∞ ∞∞ ∞∞∞ ∞ 3 2 l O 98 7 6 5 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第 5期 闫相祯等 套管钻井 中套 管柱 疲劳可靠性及相关 力学特性研究 7 7 3 表 1 不 同存 活 率 下 P_ Ⅳ 曲 线 的 系 数 Ta bl e 1 The f a c t or s of p - S N c ur v e u nd e r di f f e r e n t s ur v i v a l r a t e 存活率 n p b p r 面粗糙 度 等 参 数 ” ] 。采 取 与 拉～拉 单 轴疲 劳试 验 类 似 的成 组多 级试 验方法 ， 在 MT S ～ 8 0 9疲劳试 验 机上得 到 了不 同拉 扭 比例 下 套 管 的 双 轴 疲 劳 可 靠 性 数 据 表 2 。 为 了能 够将 影响套 管疲 劳极 限 的多个 因素 以定量 的方式 进行叠 加 ， 提 出“ 套管 疲劳极 限的等效 应力 复合 修 正 系数 K ” ， 建 立试 验 条 件 下得 出的套 管 疲 劳极 限 和疲劳 寿 命 与实 际 套 管 间 的关 系 ， 最终 对 套 管钻 井 用 表 2拉 一 扭 双 轴 疲 劳试 验 结 果 Tab l e 2 Th e t e s t r e s u l t s o f t e ns i o n t o r q ue bi a xi a l f a t i g ue 试 件 号向 曩 N向 曩 N 载 荷 此 例应 办 比频 z 疲 劳 稚次 最 小 壁 m截 02 98 0 03 94．0 0 4 1 O 3 0 [1 7 1 0 9 0 9 8 9 4 1 0 3 1 0 9 29 0．1 0 58 0，1 0 57 0．1 0 2 9 ． 1 3 0 80 0 5 34 2 O 21 O 59 3 2．0 1 61 2 8O 3 0 1 2 6 5 7 5 6 1 42 1 46 1 65 1．6 4 2 3 5 9 7 2 41 3 6 272．47 270 58 套管柱 的 P～ S N 曲线进 行修正 。则 K 可以表示为 1 K 一 ‘ ‘ 3 ， eq 式 中 e 为 横 截 面 直 径 等 于 d 的套 管 对 称 循 环 等 效疲 劳 极 限 的 尺 寸 修 正 系 数 ； e 为 截 面 直 径 等 于 6 r iq I T I 的套 管试件 的 等效 尺 寸 修 正 系数 ； K 。 为 等效 的 有效应 力集 中系数 ； 为 表面状 态 的等效 修正 系数 。 得 到修 正后 的套 管 钻井 用 套 管柱 的 P 一 5 一 N 曲 线方程 为 l g N 一 ＆ b l g K 6 l gS 4 式 中‰ 为等价的对称等效应力幅， MP a 。 通过上面的分析和理论推导得到 了可以直接供现 场使用的套管 P s 一』 ＼ ， 曲线表达式， 该 P 5 一N 曲 线 中的“ S ” 为等价 的 对 称循 环 等 效应 力 。根 据 现 场 获 取的套管结构参数和工况， 通过式 4 可以得到套管钻 井 过程 中套 管的疲 劳性 能 。 4 ． 3 实 例 某油井 采用套 管钻 井技 术 ， 套 管 外径 为 1 7 7 ． 8 ml T l ， 壁 厚为 6 ． 9 1 I T l m， 材 料 为 J 5 5 ， 所 承 受 的 交 变 载 荷 见 表 3 。 表 3套管钻井 中套管柱承受 的交变载荷 Ta bl e 3 The a l t e r n a t i n g l o a d s o n t he c a s i ng s t r i n g s d u r i n g d r i l l i n g 根 据上 述试 验 获 得 的试 验 数 据 ， 通 过 ANS YS有 限元分 析软 件 中 的 F a t i g u e T o o l 疲 劳 分 析模 块 ， 综 合 考虑平均应力、 载荷条件等疲劳影 响因素 ， 按线性累积 损 伤理 论 ， 对 套管 柱 的疲 劳 可靠 性 进行 分析 。计 算 结 果 表 明在可靠 度 为 9 9 ． 9 ％时 ， 套 管顶 部 发生 疲 劳破 坏 荷载 循 环次数 为 1 4 7 1 0 ， 而套 管 顶部 发 生疲 劳 破 坏 荷 载循 环次数 为 1 2 5 1 0 ， 说 明该 钻井 套 管 柱具 有 很 高的疲劳寿命 ， 能够满足钻井工作要求。 5 结 论 1 针 对套 管钻井 中套 管柱 的力 学 性 能和 承载 特 性 ， 运 用 有限元 软件 分 析 了套 管 柱 在 轴 向载荷 和 扭 转 载荷 作用 下 的受力 情况 。结果 表 明 ， 径厚 比越 大 ， 套 管 管体 Mi s e s 应力越大， 套管发生失稳的临界载荷越小 。 2 分 析 了不 同磨 损情 况下 套 管剩 余强 度及 各 因 素 的影 响规 律 。对 于均 匀 磨 损 套 管 ， 随着 磨 损 长 度 的 增大 ， 套 管的剩 余抗 拉和 抗扭强 度逐 渐变 大 ， 当磨损 长 度趋 于无 穷大 时 ， 套 管 的抗拉 和抗扭 强度 趋 于稳 定 ； 随 着磨 损量 的增 加 ， 套 管 的抗 拉 和 抗 扭 强 度 逐 渐 降 低 。 对 于非均 匀磨 损套 管 ， 其 剩余 抗 拉 强 度 与磨 损 长 度之 间 的关 系均近 似服从 指数 分布 ； 当磨 损长 度较短 时 ， 半 月形 偏磨 和“ 8 ” 字形 偏 磨 对 偏磨 套 管 剩余 抗 扭 强 度 的 影 响规律具 有 明显 的差 异性 。 3 对套 管钻井 过 程 中套 管 柱横 向和纵 向振 动模 态进 行 了分析 ， 套管 柱 外 径对 套 管 横 向振 动 固有 频率 的影响较径厚比的影响大 ， 纵向固有频率值主要取决 于管 柱长度 。 下转第 7 7 7页 8 O 0 5 “ 第 5期 陈胜等 川 I 渝地 区含硫气 井 H S释放 速率 的概率分 布模 型 7 7 7 2 在 川 渝地 区 ， 若 含硫 气 井 H S释放 速 率 大 于 0 ． 0 0 6 7 IT I ／ S ， 则 H S释放 速 率 的 概 率 分 布 服 从 标 度 指 数为 1 ． 5 3 9 5 0 ． 0 4 5 3的幂律 分布 。 3 该 概率分 布模 型 的尾部 对应 一 级 高危 险 和二 级较高危险含硫气井 的概率 ， 主要集 中在川 I 东北气矿 的宣汉作业 区 、 川 I 西 北气 矿 的江油采 气作 业 区 、 重 庆气 矿 的万州作 业 区和普 光气 田等 。 [ 1 ] E 2 ] 参 考 文 献 李 云波 ， 李相方 ， 姚约东 ， 等． 高含硫气 田开发过 程中 Hz s含量变 化规律[ J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 7 ， 2 8 6 9 9 1 0 2 ． Li Yu nb o，Li Xi a ng f a n g，Ya o Yu e d o n g， e t a 1 ．Va r i a t i o n l a ws o f H2 S c o n c e n t r a t io n i n t he d e v e l o p me n t p r o c e s s o f s o u r g a s r e s e r v o i r [ J ] ． Ac t a P e t r o l e i S i n i c a ， 2 0 0 7 ， 2 8 6 9 9 1 0 2 ． 罗音宇 ， 江田汉， 邓云峰 ， 等． 含硫气井 硫化氢扩 散危 险水平分 级 方法E J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 3 4 4 7 4 5 0 ． Lu o Yi n y u， J i a n g Ti a n h a n，De n g Yu n f e n g，e t a 1 ．Cl a s s i f i c a t i o n me t h o d f o r h a z a r d l e v e l s o f h y d r o g e n s u l f i d e d i s p e r s i o n i n s o u r g a s we l l s [ J ] ． Ac t a P e t r o l e i S i n i c a ， 2 0 0 8 ， 2 9 3 4 4 7 4 5 0 ． [ 3 ] B a u k e H． P a r a me t e r e s t i ma t io n ma x i mu m l i k e l i h o o d me t h o d s [ J ] B， 2 0 07 ， 5 8 2 1 6 7 1 7 3 ． [ 4 ] r- s 3 E 6 ] E 7 ] [ 8 ] f o r p owe r l a w d i s t r i b u t i o n s b y Th e Eu r o p e a n Ph y s i c a l J ou r n a l Ne wma n M E J ． Po we r l a ws， Pa r e t o d i s t r i b u t i o n s a n d Zi p I s l a w [ J ] ． C o n t e mp o r a r y P h y s i c s ， 2 0 0 5 ， 4 6 5 3 2 3 3 5 1 ． Go l d s t e i n M L， M o r r i s S A ， Ye n G G． P r o bl e m s wi t h f i t t i n g t o t h e p o we r l a w d i s t r i b u t i o n[ J ] ． T h e E u r o p e a n P h y s i c a l J o u r n a l B， 2 0 0 4， 4 1 2 2 5 5 2 5 8 ． Cl a us e t A ， Sh a l i z i C R ， Ne wma n M E J ． Po we r l a w d i s t r _ h u t i o ns i n e mp i r i c a l d a t a ． p d f [ E B ／ OL ] 2 0 0 7 0 6 0 7 [ 2 0 0 8 0 6 2 4 ] ． h t t p j 『 a r x i v ． o r g ／ a bs ／ 0 7 0 6． 1 0 62 ． 石油工业标 准化技 术委 员会． s Y／ T 5 0 8 7 2 0 0 5含硫 化氢 油气井 安全钻井推荐作法E s ] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． Ch i n a Pe t r ol e u m S t a nd a r d i z a t i o n Co mmi t t e e ．S Y／ T 5 0 8 7 2 0 0 5 Re c o mme n d e d p r a c t i c e f o r s a f e dr i l l i n g o p e r a t i o ns i n v o l v i n g h y d r o g e n s u l fi d e [ S ] ． B e i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 5 ． An d e r s o n T W ， Da r l i n g D A． As y mp t o t i c t h e o r y o f c e r t a i n“ g o o d n e s s o f f i t ”c r i t e r i a b a s e d o n s t o c h a s t i c p r o c e s s e s [ J ] ． An n a l s o f M a t h e ma t i c a l St a t i s t i c s ， 1 9 5 2， 2 3 2 1 9 3～ 21 2 ． 收稿日 期2 0 0 8 0 9 2 6 改回日 期2 0 0 9 0 1 1 2 编辑 仇学艳 上接 第 7 7 3页 4 通 过对套 管柱 材料 的单 轴 和双 轴疲 劳 可 靠性 实 验 ， 获得 了相 应 的