【正文】 最大壁厚、最小壁厚，mm；ε：不均度，無因次；hn：應(yīng)力—應(yīng)變曲線形狀因子，是從擠毀測試數(shù)據(jù)獲得的經(jīng)驗值。由于該部位壁厚最薄，且存在較大不圓度和壁厚不均度等幾何缺陷，當(dāng)均勻外擠壓力作用于套管時，將產(chǎn)生附件彎矩，形成應(yīng)力集中區(qū)，進(jìn)而出現(xiàn)屈服。則套管磨損后的剩余壁厚為：t0=t+Rrk （22）根據(jù)截面總磨損面積，求取值。最外面的圓為套管的外表面，中間圓為套管內(nèi)壁，最里面圓為鉆柱的外表面。不同的鋼級套管在不同類型鉆井液中的ηH不同，平均值可以通過大量的現(xiàn)場測試和實驗得到的經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到，在套管磨損的預(yù)測計算中能參考這些數(shù)據(jù)。其中，鉆桿接頭的旋轉(zhuǎn)造成的套管內(nèi)壁磨損最為嚴(yán)重，也是近年來井下套管磨損預(yù)測技術(shù)的主要研究內(nèi)容。 清水中套管的磨損最大, 水基鉆井液中套管的磨損要比清水中的要少, 非加重的油基鉆井液中套管的磨損更輕。這是因為相似材料之間的磨損比不同材料快, 而P110套管和鉆桿接頭的材料類似。不同成分的鉆井液對套管磨損影響的差別主要是因為它們具有不同的摩擦系數(shù)。3) 鉆井液成分的影響鉆井液成分對套管的磨損也有重要的影響,實驗結(jié)果表明: 清水中套管的磨損最大, 壁厚減少達(dá)46% 。套管在井壁彎曲處要隨之彎曲, 狗腿度越大彎曲越嚴(yán)重。1) 接觸力的影響在前文中，我們已經(jīng)提到了鉆桿接頭處的旋轉(zhuǎn)是造成套管內(nèi)磨損的主要因素，在套管與鉆桿接頭接觸時，套管受到了側(cè)向力，套管和接頭之間產(chǎn)生的是滑動摩擦。在石油鉆采過程中，套管與鉆桿間隙較大處, 鉆井液中磨料還以一定速度向上運動, 對套管壁和鉆桿造成沖蝕作用。5) 沖蝕磨損沖蝕磨損是指材料受到小而松散的流動粒子沖擊時表面出現(xiàn)破壞的一類磨損現(xiàn)象[14]。金屬表面也可能與某些特殊介質(zhì)起作用而生成耐磨性較好的保護(hù)膜。 　 常見的腐蝕磨損有氧化磨損和特殊介質(zhì)腐蝕磨損：a) 氧化磨損 除金、鉑等少數(shù)金屬外，大多數(shù)金屬表面都被氧化膜覆蓋著，純凈金屬瞬間即與空氣中的氧起反應(yīng)而生成單分子層的氧化膜，且膜的厚度逐漸增長，增長的速度隨時間以指數(shù)規(guī)律減小，當(dāng)形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可見氧化磨損是由氧化和機(jī)械磨損兩個作用相繼進(jìn)行的過程。3) 表面接觸疲勞磨損摩擦副表面相對滾動或滑動時, 周期性的載荷反復(fù)作用的表面接觸區(qū)產(chǎn)生很大的應(yīng)力, 并發(fā)生塑性變形, 在表面薄弱點處引起裂紋, 逐漸擴(kuò)展, 最后金屬斷裂剝落下來, 造成點蝕和剝落。如圖23：圖23 三體磨粒磨損2) 粘著磨損粘著磨損又稱咬合磨損，它是指滑動摩擦?xí)r摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，在隨后相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損形式。對套管磨損系統(tǒng)來說, 外來磨料磨粒主要來自于鉆井液中的固相成分、巖屑、鉆頭磨損產(chǎn)物和鉆桿套管磨損后的形式的磨屑等。這種磨損通常發(fā)生在兩個摩擦元件表面或局部表面存在明顯硬度差別的情況下, 當(dāng)一個摩擦元件表面較硬且鋒利的微凸體峰在法向正壓力作用下與另一個摩擦元件的軟表面接觸時, 很容易刺入軟表面, 并在兩表面的相對運動中對軟表面材料產(chǎn)生犁溝作用, 進(jìn)行微切削。e) 因為套管自身變形，鉆桿和套管發(fā)生磨損 從套管與鉆桿接頭之間的相互作用以及工作環(huán)境來看, 套管存在的主要磨損形式有磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損和沖蝕磨損[12], 這幾種形式在許多情況下完全可能同時存在。值得提出的是,由于鉆桿的公轉(zhuǎn)，在塔里木油田，克參1井、東秋8井、卻勒1井、卻勒4井等10余口深探井發(fā)生了嚴(yán)重的套管磨損問題，根據(jù)研究表明，深井和超深井底部井段,鉆柱所受拉力較小,公轉(zhuǎn)現(xiàn)象嚴(yán)重，因此，因為鉆桿渦動而造成的深井，超深井的套管磨不容忽視[10]。在鉆井或者修井過程中，起下鉆時，套管內(nèi)壁的磨損不是來自鉆桿的往復(fù)運動，而是鉆桿接頭的旋轉(zhuǎn)。2) 國外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代以來, 為滿足鉆井工程設(shè)計對套管磨損預(yù)測的需要, Maurer、Landmark 等鉆井技術(shù)服務(wù)公司在歐美各大石油公司的支持下, 先后對陸地鉆井套管和海洋鉆井隔水管的磨損開展了大量的實驗室研究和現(xiàn)場試驗研究,并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了CWEAR、WEAR2000和Grant Jardine等套管磨損預(yù)測軟件,并得到了較成功的應(yīng)用。在套管磨損后剩余厚度及強(qiáng)度計算上，國內(nèi)大多采用“磨損—效率”模型，將金屬的磨損量與磨損消耗的能量聯(lián)系起來。所以對油套管的磨損和腐蝕作用強(qiáng)，及早發(fā)現(xiàn)套管的風(fēng)險性過大，能有效地進(jìn)行改進(jìn)和修補(bǔ)，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益，所以對塔里木井筒套管的完整性進(jìn)行評價非常重要1) 國內(nèi)研究現(xiàn)狀21世紀(jì)初期，余磊，董蓬勃，董小鈞[13]等人就套管磨損機(jī)理及磨損形式做了研究，他們把影響套管磨損的因素總結(jié)為：鉆桿與套管的接觸力，狗腿嚴(yán)重度，泥漿成分，套管鋼級。隨著生產(chǎn)活動的進(jìn)行，長期埋藏于地下的套管處于極為惡劣的工作環(huán)境，套管將迅速的發(fā)生磨損和腐蝕，一旦磨損和腐蝕嚴(yán)重，套管損壞，就不得不停產(chǎn)修復(fù)，甚至報廢。井筒完整性評價的目的在于了解井筒風(fēng)險狀況, 以便防止井筒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生失效破壞。關(guān)鍵詞：套管；磨損；可靠性AbstractThe wellbore is a channel of fluid in well and is also an important part of the work of well control, the soundness of the function of wellbore is important for safety drilling, risk assessment and integrity of the wellbore drilling management is an important part of risk management. Keeping wellbore integrity is an important property to resistance to structural damage and maintain the wellbore function ,and is the guarantee of underground drilling’s safety. For the Tarim oil well, high temperature and pressure characteristics, the paper studied the wear mechanism of downhole casing analyzed the factors affecting the wear rate was established to consider the antiextrusion casing wear, internal pressure strength model, carried out the calculation, Discussed the length of wear, the wear depth on the tube internal pressure strength. Corrosion mechanism of the casing, casing corrosion rate analysis of the factors to consider establishing a casing corrosion, pitting corrosion of the casing strength of the local model, example calculation carried out. On the basis of the above theory, bined with the actual situation of a well carried out example calculations.Keywords: wellbore 。井筒完整性評價的目的在于了解井筒風(fēng)險狀況, 以便防止井筒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生失效破壞。井筒完整性是井筒抵抗結(jié)構(gòu)性破壞、維持井筒功能的重要屬性, 是鉆井工程井下安全的保證。在上述理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合某井的實際情況，開展了實例計算。井筒完整性是井筒抵抗結(jié)構(gòu)性破壞、維持井筒功能的重要屬性, 是鉆井工程井下安全的保證。套管是井筒的主要部分, 是保護(hù)井壁及井內(nèi)設(shè)備，隔開各層流體，保證油氣水井生產(chǎn)活動正常進(jìn)行的通道。在塔里木盆地, 尤其是庫車前陸地區(qū)由于構(gòu)造高陡復(fù)雜、地應(yīng)力強(qiáng)、儲層孔隙異常高壓, 油田井深、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜, 大多數(shù)井為高溫高壓井, 并且塔里木油田有多個區(qū)塊為高壓氣井, 且含有COH2 S 和Cl 等腐蝕介質(zhì)。其中,鉆桿接頭的旋轉(zhuǎn)造成的套管內(nèi)壁磨損最為嚴(yán)重, 也是近年來井下套管磨損預(yù)測技術(shù)的主要研究內(nèi)容。而盧亞峰，林元華和石曉兵[9]等人在本體應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力分量表達(dá)式的基礎(chǔ)上, 推導(dǎo)了淺半球腐蝕孔、半球腐蝕孔及深半球腐蝕孔的應(yīng)力集中系數(shù)表達(dá)式, 并對油井管的剩余抗擠強(qiáng)度進(jìn)行修正,同時應(yīng)用推導(dǎo)的腐蝕孔應(yīng)力集中系數(shù)公式對套管的剩余抗擠強(qiáng)度影響規(guī)律進(jìn)行研究，并建立CO2 點蝕模型, 以點蝕后套管的剩余強(qiáng)度為出發(fā)點, 應(yīng)用彈塑性有限元方法分析了點蝕套管的抗擠強(qiáng)度、抗內(nèi)壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的變化。472 套管磨損機(jī)理及套管磨損后剩余厚度剩余強(qiáng)度計算磨損是摩擦物之間接觸表面由于發(fā)生相對運動, 在接觸應(yīng)力下表面發(fā)生損傷導(dǎo)致材料流失的過程。當(dāng)鉆桿出現(xiàn)橫向震動時，鉆桿會與套管內(nèi)壁出現(xiàn)接觸，從而對套管的內(nèi)壁造成磨損。c) 因為鉆桿的公轉(zhuǎn)，鉆桿和套管發(fā)生滑動磨損d) 因為鉆桿的振動，鉆桿和套管發(fā)生接觸疲勞磨損。而在套管的磨粒磨損中，我們又可分為兩體磨粒磨損和三體磨粒磨損：a) 兩體磨粒磨損所謂兩體磨粒磨損是指僅由兩個摩擦元件參與的微切削性質(zhì)的磨粒磨損。如圖22：圖22 兩體磨粒磨損b) 三體磨粒磨損三體磨粒磨損是指由兩個摩擦元件以及夾雜在這兩個摩擦元件表面間的外來磨料參與的磨粒磨損。三體磨粒磨損所形成磨損產(chǎn)物通常為細(xì)而長的切削磨粒。嚴(yán)重的粘著磨損會使套管鉆桿的材料大量從表面脫落, 是一種非常有害磨損形式，是進(jìn)入嚴(yán)重磨損階段的重要標(biāo)志[13]。腐蝕磨損通常是一種輕微磨損，但在一定條件下也可能轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重磨損。其磨損機(jī)理與氧化磨損相似，但磨損率較大，磨損痕跡較深。對于鉆桿而言,它在腐蝕環(huán)境中還同時受到交變應(yīng)力作用, 這種疲勞和腐蝕同時發(fā)生的腐蝕疲勞增強(qiáng)了疲勞的作用,也加快了腐蝕引起的磨損, 容易使鉆桿表面產(chǎn)生疲勞裂紋, 因此腐蝕磨損對套管是使其材料損失, 對鉆桿則引起裂紋, 危害更為嚴(yán)重。沖蝕磨損是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常見的一種的磨損形式，是造成機(jī)器設(shè)備及其零部件損壞報廢的重要原因之一。沖蝕磨損的發(fā)生與井筒中流體的運動速度、磨料的入射方向、磨料的性質(zhì)有很大關(guān)系。圖24 接觸力對磨損的影響（ 1．接觸力=15KN =10KN）2) 狗腿度的影響實際情況中井眼總是彎曲的, 井眼的彎曲程度用狗腿嚴(yán)重度表示。所以狗腿度越大，套管磨損越嚴(yán)重。非加重的油基鉆井液和非加重的水基鉆井液相比, 套管的磨損更為改善。這說明磨損程度和硬度成反比。 狗腿度越大, 磨損越嚴(yán)重。近四十余年來，國內(nèi)外在套管磨損預(yù)測技術(shù)方面進(jìn)行了一系列的研究，認(rèn)為井下套管磨損主要由前文提到的鉆桿接頭旋轉(zhuǎn)，鉆桿本體旋轉(zhuǎn)，鉆桿護(hù)箍的旋轉(zhuǎn)，起下鉆，起下電纜等鉆井作業(yè)造成的。在摩擦作用下，鉆頭接頭旋轉(zhuǎn)做的功: W=FμL磨損套管所消耗的能量Ｕ為： U=VH 磨損效率η為：η=UW=VHFμL因此磨掉的體積為：V=ηHFμL所以內(nèi)壁磨損的面積：A=dVdl=ημLHd