N80石油套管的冲击试验与分析.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 3 年 1 o 月 第 3 5 卷 第 1 o 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I O c t ． 2 o 1 3 V o 1 ． 3 5 N o ． 1 O N8 0石油套管 的冲击试 验与分析 冯定 ，马威 长江大学机械工程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 刘显 长庆油田 分公司油气工艺技术管理部， 陕西西安7 2 0 0 1 2 张树 民 廊坊中油郎威工程项目 管理有限公司， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 张红 ，施雷 ，晏健 ，李志敏 长江大学机械工程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 [ 摘要]N 8 0石油套管是用于石油钻探的重要器材，但在 一些复杂工况 以及 长时 间的工作 状态下 ，套管容 易产生各种失效 ，影响油气的开发 ，其 中海 洋石油套 管最 常见的 失效形 式是 因海流冲 击造成 的断裂 。为 了分析 N 8 0套管的抗冲击能力，利用冲 击设备对 多组 N8 0套管试样在 不同条件下进 行冲 击试 验 ，根据记 录的冲击数据，计算得 出了材 料的抗冲 击能力，分析 了不 同条件下套管材料 的抗冲击性能的变化。 [ 关键词]N 8 0套管 ； 冲 击试验 ；分析 [ 中图分类号]T E 9 3 1 ； 2 [ 文献标志码]A [ 文章编 号] 1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 3 1 0 0 1 5 8 0 3 石油套 管 主要用 于钻 井过程 中和完井 后对井 壁 的支撑 ， 以保 证钻 井过 程 的进 行和 完井后 整个 油井 的 正常运行 。它是维持油井运行的生命线。由于地质条件不同 ，井下受力状态复杂，拉 、压 、弯、扭应力 综合作用于管体，这对套管本身的质量提 出了较高的要求 。一旦套管本身 由于某种原 因而损坏 ，可能导 致整 口井 的减 产 ，甚 至报 废 。为 此 ，笔 者 ，利 用 带 低 温 槽 的 冲击 试 验 机 对 N8 0套 管 进 行 了冲 击试 验 ， 根据得到的数据结果 ，分析了不 同条件下套管材料的抗冲击性能的变化 。 1 试验准备 1 ． 1试 验设 备 试验所用的冲击装置示意图如图 l 所示 。试验时将试样放在试验机支座上 ，缺 口位于冲击相背方向， 并使缺 口位于支座中间，然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度 H ，使其获得一定的位能，此时摆 锤与竖 直方 向夹角为 a，释放摆锤 后 ，摆锤摆 至终止位置 ，高度 为 H ，此 时摆锤 与竖直方 向的夹 角为 ， 摆锤的剩余能量为摆锤冲断试样失去的势能，忽略空气阻力等各种能量损失 ，冲断试样所消耗的能量 即 冲击 吸收功为 w ，则 W m g H 一 H。 一 m g c o C c o s a ，其 中， m 为摆锤 质量 ，k g ； g为重力加速 度 ，m／ s ； z 为摆杆长度，m；冲击吸收功的具体数值可以直接从试验机的表盘上读出。 1 ． 2试 样制 备 考 虑到套 管 的周 向和轴 向承受 载荷 的不 同 ，冲击试 验时 分别在 套管 的纵 向和横 向进 行 了取 样 ，纵 向 试样 取 样位 置如 图 2 所 示 ，横 向试 样取 样 位 置 如 图 3所 示 。其 尺 寸 大 小 为 纵 向试 样 全 尺 寸 1 0 mm 1 0 mm5 5 mm，横 向试 样 3 ／ 4尺寸 7 ． 5 mm1 0 mm5 5 mm_ 2 ] ，见 图 4和 图 5 。 1 ． 3试 验分 组 由于设备要求标准试样冲击厚度必须为 1 0 mm，所以该次试验分为 2组来进行 ，第 1 组为纵向试样 的径 向冲击 和切 向 冲击 对 比试 验 ；第 2组 为纵 向试 样 和横 向试样 的冲 击对 比试验 。每组 试验 分别 在常温 和一2 0 ℃条 件下 进行 ，分组 情况 如表 1和表 2所示 。 [ 收稿日期]2 0 1 3 一O 82 2 [ 基金项 目]中海石油 中国有 限公 司重大科研项目 Z 2 O l 1 S I S Z 一 3 9 9 。 [ 作者简介]冯定 1 9 6 3一 ，男，1 4年江汉石油学院毕业 ，教授，博士生导师 ，现主要从事石油机械及井下工具的设计、诊断及动态仿 真的理论与技术应用研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 1 o期 冯 定 等 N 8 0石油套管的冲击试验与分析 1 5 9 ． 3 图 1 试验装置示 意图 图 2 纵 向取样 图 3 横 向取样 圈 4纵 向试样尺寸 ～ 3 图 5 横 向试样尺寸 表 l纵向试样的径 向冲击和切 向冲击 常 温 一2 0 ℃ 径向冲击 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 切向冲击 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 表 2纵向试样和横向试样冲击 常温 一2 ．0 ℃ 纵向试样 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 横向试样 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1 ． 4冲击试 验 要 求 冲击试 验 方 法 按 照 G B ／ T 2 2 9 --2 0 0 7标 准 ，试 验 设 备 采 用 冲击 试 验 低 温 槽 ，控 温 范 围 为 一 6 0～ 3 O ℃ 。 2 试验结果及分析 2 ． 1 试 验 结果 通过对纵向试样的径 向和切向冲击对 比试验 ，以及纵向试样和横 向试样冲击对 比试验，得到了各试 验的相关数据 表 3 、4 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m