套管膨脹不均勻變形實(shí)驗(yàn)及其對(duì)井下作業(yè)造成的危害分析

王永泉

摘 要：膨脹管補(bǔ)貼修復(fù)套管技術(shù)推廣應(yīng)用逐漸廣泛。隨著勝采作業(yè)區(qū)開(kāi)發(fā)年限的不斷延長(zhǎng)，套管損壞井在不斷地增多，套管損壞形式也越來(lái)越復(fù)雜，套管修復(fù)作業(yè)難度越來(lái)越大，作業(yè)中經(jīng)常碰到套管錯(cuò)斷、套管腐蝕穿孔等事故的發(fā)生。因此，有必要對(duì)套管膨脹造成的不均勻現(xiàn)象開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，并分析其危害性，確保作業(yè)生產(chǎn)的安全和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：井下作業(yè) 膨脹管補(bǔ)貼技術(shù) 穩(wěn)定性

由于制造精度問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)的套管往往具有一定的尺寸偏差，套管存在壁厚不均勻以及不圓現(xiàn)象。這種尺寸不均勻現(xiàn)象在套管膨脹過(guò)程中的變化規(guī)律對(duì)套管膨脹的穩(wěn)定性以及膨脹后套管性能具有直接影響。通過(guò)實(shí)物試驗(yàn)可以直觀地得到套管的壁厚與圓度偏差隨著套管膨脹過(guò)程的發(fā)展變化規(guī)律。

一、套管膨脹過(guò)程中不均勻變形的試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)方案

任取3根d1330mmx11.0m的3CrMo鋼管，分別編號(hào)“1”、“2”和“3”，對(duì)3根鋼管進(jìn)行4次徑向膨脹，4次膨脹相對(duì)于初始尺寸的膨脹率分別為6%、10.8%、16.4%和20.9%，對(duì)“3”號(hào)鋼管額外進(jìn)行了第5次膨脹，使其膨脹率達(dá)到了26.6%。對(duì)每根管子選其長(zhǎng)度的中點(diǎn)的橫截面，再在該橫截面的圓周上等距選定6個(gè)點(diǎn)并做好標(biāo)記，分別檢測(cè)管子的中點(diǎn)在膨脹前及不同脂聯(lián)率下的壁厚。在每次測(cè)量壁厚的同時(shí)，從6個(gè)測(cè)點(diǎn)中兩相對(duì)的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量管子的外徑值。

（二）數(shù)擬測(cè)量及相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

3根管子在膨脹前及不同膨脹率下的壁厚測(cè)量結(jié)果見(jiàn)下表。

（三）管子膨脹后的探傷結(jié)果

在鋼管冷拔生產(chǎn)中有一種常見(jiàn)的缺陷，就是鋼管的縱裂。一旦產(chǎn)生，通常是沿鋼管全長(zhǎng)通身開(kāi)裂。為了檢驗(yàn)鋼管在徑向膨脹后是否也存在類(lèi)似冷拔生產(chǎn)中的縱裂現(xiàn)象，對(duì)“3”號(hào)鋼管分別截取一段樣管進(jìn)行無(wú)損探傷。探傷使用CTS--22型超聲波探傷儀、以同規(guī)格“U”形槽C10作當(dāng)量，探頭角度30℃。探傷結(jié)果見(jiàn)表2。

從表中可以看出，膨脹使管子的某些管段出現(xiàn)了裂紋，主要是由膨脹過(guò)程中的不均勻變形引起的，即對(duì)管子沿軸向進(jìn)行徑向膨脹時(shí)，在管子軸線方向的不同管段，不均勻變形程度是不一樣的，在軸向殘余應(yīng)力比較大的滑段產(chǎn)生了裂紋。

二、井下維修作業(yè)套管膨脹產(chǎn)生不均勻變形的危害分析

管子膨脹時(shí)變形的不均勻性對(duì)膨脹過(guò)程和膨脹后的井下管柱質(zhì)量都有不利影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成不良的后果，如使管子脹裂。不均勻變形會(huì)使管子薄弱部位的變形大于非薄弱部位，這相當(dāng)于變形在薄弱部位發(fā)生了惡性循環(huán)，從而最終使薄弱部位發(fā)生裂紋，影響到油井生產(chǎn)以及作業(yè)施工。

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