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割缝筛管是石油钻采作业中一种重要的完井关键器材,常用于石油的先期完井和采油防砂。由于割缝筛管防砂性能好,施工方便,造价低廉,使得油田对割缝筛管的需求量迅速增大。但是油田中割缝筛管的大量损坏,不仅打乱了正常的生产计划,而且破坏了正常的注采井网系统,给国家造成了巨大的损失和浪费。
最初,割缝筛管都是从国外进口的,这样需要花费大量的外汇去购买割缝筛管。加快技术研究,实现割缝筛管的国产化,已成为石油钻采行业的一个研究热点。目前,国内外许多专家对割缝筛管进行了大量的研究工作,取得了很多成果,但对于割缝筛管的研究大多集中在两个方面,即割缝筛管的加工工艺研究和割缝筛管防砂工艺的研究。有关割缝筛管强度方面的研究仍然处于起步阶段。
制约割缝筛管强度的因素很多,首先是因为其受力的复杂性,目前不能准确地模拟地下的受力情况;其次,狭缝钢管的破坏理论不够成熟,这需要借助于力学的发展。但是,由于割缝筛管良好的使用性能,其在油田中的应用越来越广泛,如何根据油田的具体情况去科学而又安全地选取割缝筛管,是个急待解决的问题。这对它的系统性研究提出了更为迫切的要求。
本文对钢级为N80的割缝筛管进行了研究。根据弹塑性力学理论,以CATIA为软件平台,对其进行了力学模拟计算。在此基础上,深入地研究了均匀载荷作用下,割缝筛管参数在一定范围内变化对其应力和挤压强度的影响,并得出以下结论:
1、割缝筛管割缝两端和中部的应力集中现象较为严重,所以在割缝筛管的加工和设计中,如果能对割缝两端和割缝中部做出比较好的处理,就能显著提高割缝筛管的强度指标。
2、均匀载荷作用下,缝长是影响割缝筛管挤压强度的主要因素,其次为缝宽、缝间距和缝数,设计时在满足防砂要求的前提下建议采用平行布缝、多缝数、大缝宽的割缝筛管。
3、其它参数一定的条件下,缝数的增大有利于改善割缝筛管的抗挤压强度,实际操作时可以采用多缝数的方式来提高过流面积。
4、缝间距变化对割缝筛管的抗挤压强度系数影响很小,从生产率的角度考虑,在可选范围内应采用小缝间距的割缝筛管。
根据以上分析结果,采用筛分法对大港油田官H2油井在一定深度时的大量岩心砂粒数据,利用统计手段得出合理的石油割缝筛管的缝宽范围,确定了既能满足该油井地质条件又具有较高过流面积比率和高强度的割缝筛管的合理缝数、缝宽、缝长和缝间距。