一种热采井套管柱应变判断系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种热采井套管柱应变判断系统及其方法，属于钻井【技术领域】。该系统包括测量管材屈强比模块、判断屈强比模块、许用参数模块、计算套管柱应变参数模块和判断应变参数模块；测量管材屈强比模块，通过高低温力学性能试验设备测量得到热采井套管管材的屈强比；判断屈强比模块，当所述热采井套管管材的屈强比小于等于所述屈强比阈值时，通过所述高低温力学性能试验设备测量所述热采井套管管材的应变参数，通过加载试验设备测量所述热采井套管全尺寸的应变参数。本发明不仅满足强度设计指标要求，更要符合塑性变形、蠕变变形、应变强化、应力松弛等应变设计指标要求，以更加全面的管材实际行为能力来满足热采作业工况的需求，预防套管损坏。
【专利说明】一种热采井套管柱应变判断系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钻井【技术领域】，特别涉及一种热采井套管柱应变判断系统及其方法。【背景技术】
[0002]目前，热采井套管柱设计方法采用的是强度设计方法，是以弹性力学理论为基础，确保管材不会发生屈服现象。这种方法主要考虑管材的强度指标(API Bul5C3套管、油管、钻杆和管线管性能公式与计算通报)，满足钻完井工程需求，并考虑热采过程中的热应力，满足高温条件下管材不会发生屈服现象，即考虑室温及高温屈服强度依据API Spec5CT标准进行选材。
[0003]而实际上，稠油热采套管的变形、缩颈、剪切、断裂等套损形式，充分说明了管材在服役中的确发生了塑性变形，而正是不同的塑性变形造成了管材永久变形，甚至断裂。在实际套损中，螺纹接头的脱扣现象充分说明，管体在此之前就已经发生了较为明显的永久变形，造成不可逆损伤。
[0004]现有技术存在的主要问题:
[0005]I)仅以强度方法设计管柱；
[0006]2)未考虑因温度变化而引起的应变强化、应力松弛、蠕变累计等变形；3)把接箍与管体等强度设计，在高温循环下造成脱扣。
[0007]在稠油热采井中因注采温度的循环变化，套管柱不仅会发生屈服现象，还会产生应变强化、应力松弛以及蠕变累计损伤等，造成不可逆损伤，出现低周应变疲劳损坏。因此，单纯以强度为主要指标来设计管柱、选用管材是不能满足油田现场作业需求的。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种热采井套管柱应变判断系统及其方法，解决了现有技术中选定的热采井套管柱套损严重的技术问题。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供了一种热采井套管柱应变判断系统，包括测量管材屈强比模块、判断屈强比模块、许用参数模块、计算套管柱应变参数模块和判断应变参数模块；
[0010]其中，所述测量管材屈强比模块，通过高低温力学性能试验设备测量得到热采井套管管材的屈强比；
[0011]所述判断屈强比模块，当所述屈强比小于等于设定的屈强比阈值时，通过高低温力学性能试验设备测量热采井套管管材，得到热采井套管管材的应变参数，通过加载试验设备测量热采井套管，得到热采井套管全尺寸的应变参数；
[0012]所述许用参数模块用于，根据所述热采井套管管材的应变参数、所述热采井套管全尺寸的应变参数和热采井套管的安全系数，依次得到所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数；
[0013]所述计算套管柱应变参数模块用于，根据所述热采井套管管材的屈强比，分别通过所述高低温力学性能试验机设备和蠕变持久试验设备测量热采井套管的套管柱，得到套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，根据所述套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，计算得到套管柱的应变参数；
[0014]所述判断应变参数模块用于，当所述套管柱的应变参数均小于等于所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数，所述套管柱为所选用的
套管柱。
[0015]一种热采井套管柱应变判断方法，包括如下步骤:
[0016]步骤101:通过高低温力学性能试验设备测量得到热采井套管管材的屈强比；
[0017]步骤102:当所述屈强比小于等于设定的屈强比阈值时，通过高低温力学性能试验设备测量热采井套管管材，得到热采井套管管材的应变参数，通过加载试验设备测量热采井套管，得到热采井套管全尺寸的应变参数；
[0018]步骤103:根据所述热采井套管管材的应变参数、所述热采井套管全尺寸的应变参数和热采井套管的安全系数，依次得到所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数；
[0019]步骤104:根据所述热采井套管管材的屈强比，分别通过所述高低温力学性能试验机设备和蠕变持久试验设备测量热采井套管的套管柱，得到套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，根据所述套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，计算得到套管柱的应变参数；
[0020]步骤105:当所 述套管柱的应变参数均小于等于所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数，所述套管柱为所选用的套管柱。
[0021]进一步地，所述热采井套管管材的应变参数包括热采井套管的材料的均匀延伸率，所述热采井套管全尺寸的应变参数包括热采井套管的全尺寸均匀延伸率。
[0022]进一步地，所述热采井套管管材的许用应变参数包括热采井套管的材料许用应变值。
[0023]进一步地，所述热采井套管全尺寸的许用应变参数包括热采井套管的全尺寸许用应变值。
[0024]进一步地，所述套管柱的应变参数包括套管柱的工作应变值。
[0025]进一步地，所述屈强比阈值为0.85。
[0026]进一步地，所述得到热采井套管管材的许用应变参数方法如式(I)所示:
[0027]
【权利要求】
1.一种热采井套管柱应变判断系统，特征在于，包括测量管材屈强比模块、判断屈强比模块、许用参数模块、计算套管柱应变参数模块和判断应变参数模块； 其中，所述测量管材屈强比模块，通过高低温力学性能试验设备测量得到热采井套管管材的屈强比； 所述判断屈强比模块，当所述屈强比小于等于设定的屈强比阈值时，通过高低温力学性能试验设备测量热采井套管管材，得到热采井套管管材的应变参数，通过加载试验设备测量热采井套管，得到热采井套管全尺寸的应变参数； 所述许用参数模块用于，根据所述热采井套管管材的应变参数、所述热采井套管全尺寸的应变参数和热采井套管的安全系数，依次得到所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数； 所述计算套管柱应变参数模块用于，根据所述热采井套管管材的屈强比，分别通过所述高低温力学性能试验机设备和蠕变持久试验设备测量热采井套管的套管柱，得到套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，根据所述套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，计算得到套管柱的应变参数； 所述判断应变参数模块用于，当所述套管柱的应变参数均小于等于所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数，所述套管柱为所选用的套管柱。
2.一种热采井套管柱应变判断方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤101:通过高低温力学性能试验设备测量得到热采井套管管材的屈强比； 步骤102:当所述屈强比小`于等于设定的屈强比阈值时，通过高低温力学性能试验设备测量热采井套管管材，得到热采井套管管材的应变参数，通过加载试验设备测量热采井套管，得到热采井套管全尺寸的应变参数； 步骤103:根据所述热采井套管管材的应变参数、所述热采井套管全尺寸的应变参数和热采井套管的安全系数，依次得到所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数； 步骤104:根据所述热采井套管管材的屈强比，分别通过所述高低温力学性能试验机设备和蠕变持久试验设备测量热采井套管的套管柱，得到套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，根据所述套管柱的拉伸变形量和蠕变变形量，计算得到套管柱的应变参数； 步骤105:当所述套管柱的应变参数均小于等于所述热采井套管管材的许用应变参数和所述热采井套管全尺寸的许用应变参数，所述套管柱为所选用的套管柱。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热采井套管管材的应变参数包括热采井套管的材料的均匀延伸率，所述热采井套管全尺寸的应变参数包括热采井套管的全尺寸均匀延伸率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热采井套管管材的许用应变参数包括热采井套管的材料许用应变值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热采井套管全尺寸的许用应变参数包括热采井套管的全尺寸许用应变值。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述套管柱的应变参数包括套管柱的工作应变值。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述屈强比阈值为0.85。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤103中，得到热采井套管管材的许用应变参数方法如式(I)所示: LwJ rv (1) 其中，[e m]为热采井套管的材料许用应变值；s m为热采井套管的材料的均匀延伸率；Ss为应变安全系数。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤103中，得到热采井套管全尺寸的许用应变参数方法如式(2)所示: (2) 其中，j为热采井套管的全尺寸许用应变值；S f为热采井套管的全尺寸均匀延伸率；SS为应变安全系数。
10.根据权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述计算套管柱的应变参数的方法如式(3)所示: eE= ￡ z+ ￡ c⑶ 其中，S 2为套管柱的工作应变值，S z为套管柱的拉伸变形量，S。为套管柱的蠕变变形量。
【文档编号】E21B47/007GK103670372SQ201310714515
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】王建军, 韩礼红, 王航, 路彩虹, 李东风 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所