非均勻載荷作用下橢圓度對(duì)套管抗擠強(qiáng)度的影響

董黎++劉昊++郭中華

摘 要：分析表明橢圓套管在均勻外壓作用下，橢圓度會(huì)使套管的承載能力降低，隨著橢圓度的增加，套管的失穩(wěn)外壓隨之下降。當(dāng)非均勻載荷的最大值沿橢圓長(zhǎng)軸或短軸方向作用時(shí)，橢圓度引起的載荷能力降低并不大，套管承載能力主要受制于載荷非均勻度。

關(guān)鍵詞：非均勻載荷；套管強(qiáng)度；橢圓度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.009

石油套管在地層中工作過(guò)程中，承受著變化復(fù)雜的非均勻外擠載荷，套管的強(qiáng)度特性受到非均勻外擠載荷的影響很大[1-4]。本文針對(duì)API套管在非均勻載荷的擠壓工況下，基于有限元法根據(jù)套管的實(shí)際受力情況建立力學(xué)模型，分析非均勻載荷對(duì)套管強(qiáng)度及變形的影響。

1 外加載荷對(duì)套管變形的影響

石油套管受到的非均勻載荷為橢圓形分布，其載荷的不均勻度為n，橢圓形載荷均勻度系數(shù)定義為：

（1）

式中：P1為橫向載荷，P2為縱向載荷。n值越大，載荷分布越均勻，n=1時(shí)即為均勻分布。表1給出了套管在載荷不均度為1，0.8，0.4，0.2時(shí)，不同橢圓度情況下，套管在達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的變形圖和應(yīng)力關(guān)系：

由表1可以看出，當(dāng)載荷不均度值大時(shí)，套管的承載能力較大，載荷不均勻度較小時(shí)，套管的極限承載能力也比較小，而載荷不均度變化對(duì)承載能力的影響比所討論的橢圓度對(duì)承載能力的影響要大。

當(dāng)套管上作用的是非均勻分布的載荷時(shí)，套管的承載能力變化與橢圓度的變化仍然成正比。

當(dāng)非均勻載荷的最大值沿橢圓長(zhǎng)軸或短軸方向作用時(shí)，橢圓度引起的載荷能力降低并不大，套管承載能力主要受制于載荷非均勻度。隨著載荷非均勻度趨近于1，橢圓度引起的承載能力降低逐步增大。n<0.8時(shí)，承載能力基本不受橢圓度的影響，而且，橢圓度與承載能力之間一直呈線(xiàn)性關(guān)系。

2 不同載荷不均勻度下，橢圓度對(duì)套管變形的影響

由載荷不均勻度與套管擠毀極限載荷的關(guān)系圖1可以看出，當(dāng)套管外壁載荷由均勻分布（n=1）變?yōu)榉蔷鶆蚍植迹╪<1）時(shí)，套管的承載能力迅速下降。載荷非均勻度越小，承載能力越低當(dāng)載荷非均勻度n=0.8時(shí)，套管的承載能力下降一半；當(dāng)n=0.2時(shí)，套管的承載能力不及原來(lái)的16%，而且這種現(xiàn)象與橢圓度的變化幾乎無(wú)關(guān)。

3 結(jié)論

當(dāng)外加載荷為均勻外載荷時(shí)，橢圓度對(duì)套管強(qiáng)度影響比較大。當(dāng)載荷為非均勻載荷時(shí)，載荷非均勻度較大時(shí)，即套管所受的載荷比較接近均勻載荷時(shí)，橢圓度對(duì)套管強(qiáng)度的影響比較明顯；而當(dāng)載荷非均勻度不是很大時(shí)，即套管所受的載荷明顯非均勻分布時(shí)，分析表明，橢圓度對(duì)套管強(qiáng)度的影響就相當(dāng)小了，幾乎可以不加考慮了。

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