套管尺寸偏差与挤毁强度关系的新认识

第３８卷第３期　２０１０年５月　石　油　钻　糠　技　采　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．３　Ｍａｙ．２０１　０　ＰＥＴＲ（）ｌ　ＥＵＭ　ＤＲＩＩ　Ｉ　ＩＮ（　ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ　设备与工具　套管尺寸偏差与挤毁强度关系的新认识　张建兵　刘　歆　吕祥鸿。　邓贺景。　（１．西安石油大学机械工程学院，陕西西安　７１００６５；２．西安石油大学材料科学与工程学院，陕西西安　７１００６５；３．中国石油　川庆钻探长庆钻井总公司，陕西西安　７】００２１）　摘　要：为了探讨ＡＰＩ　５ＣＴ规范规定的套管尺寸公差对套管挤毁强度的影响，选取了Ｊ５５钢级≠１３９．７　ｍｍ×　７．７２　ｍｌｉ１、Ｌ８０铜级≠１　７７．８　ｍｍ×ｌ０．３６　１１１１１１和Ｐｎ０钢级≠２４４．５　ｍｉｉ１×ｌ３．８４　ｍＩＹｌ　３种有代表性的油田常用套管，　采用有限元法对其在不同外径和壁厚偏差影响下的套管挤毁强度进行了非线性分析、计算，得到了单独考虑外径、　壁厚及同时考虑外径和壁厚尺寸偏差下的套管挤毁强度及其变化规律。计算可知，在ＡＰＩ　５ＣＴ规范规定的尺寸公　差范围内，即使套管外径和壁厚的最不利偏差同时出现在同一横截面上，套管的挤毁强度仍然会在ＡＰＩ额定值之　上，椭圆度对套管挤毁强度的影响大于壁厚不均度的影响，套管圆周上壁厚最薄点决定着套管挤毁强度，壁厚不均　度对套管挤毁强度的影响非常小，ＡＰＩ给出的大外径套管额定挤毁强度偏保守。对于尺寸公差符合ＡＰＩ　５ＣＴ规范　的套管，其挤毁强度一般会高于ＡＰ１额定值一定幅度。　关键词　套管；偏差；抗压强度　有限元法　ＡＰｌ标准　中图分类号：ＴＥ９３１　．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１。。１—０８９０（２０１０）０３－００７０－０５　套管从工厂制造出来必然带有尺寸偏差，一味强　调提高尺寸精度不仅有一定技术难度，也会大大增加　套管的生产成本，最终会转嫁为油田的开发成本。所　以，有必要对套管的尺寸偏差与挤毁强度的关系进行　系统定量研究，摸索其规律，更有必要结合ＡＰＩ（美国　石油学会）规范与套管应用工程实际，理清ＡＰＩ规范　允许的套管尺寸偏差与套管挤毁强度的关系，以供油　气井工程设计人员及套管生产厂家参考。　利用有限元模拟法进行带有外径和壁厚偏差的　１　采用有限元法计算套管挤毁强度　套管挤毁强度计算，是非规则尺寸形状下计算套管　挤毁强度的主要手段之一　。笔者以油田具有代　表性的３种套管为例进行有限元分析计算，所选套　管的规格及材料参数见表１ｌｌＪ　。　表１　３种套管的几何和材料性能参数　计算采用Ａｎｓｙｓ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ／Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ模块，　对所研究的套管做如下假设：１）套管材料具有各向　均匀外表面载荷，由于所采用的计算模型在总体　Ｏ－ｘｙｚ坐标系下是对ｚ轴对称的，对称面上各节点　同性；２）套管无限长，并忽略残余应力的影响；３）套　管纵向各截面的尺寸参数相同。　根据上述假设，在Ａｎｓｙｓ静力分析中，可将该　问题按平面应变问题处理。考虑套管结构的对称　收稿日期：２００　９－０３—３１：改回日期：２（）１Ｏ一０３　２ｊ　基金项目：国家自然科学基金项目“石油套管膨胀后的强度及其　力学机理研究”（编号：５０７０ｉＯ２６）、陕西省教育厅科技计划项目“膨胀　套管技术主要力学参数计算研究”（编号：０７』Ｎ３６９）资助　作者简介：张建兵（１　９　７４　），男．陕西宝鸡人．１　９９７年毕业于西　南石油学院钻井工程专业．２００３年获西南石油学院油气井Ｚ－程专业　性，取套管横截面半圆环对套管进行几何建模，采用　四节点四边形平面应变单元对模型进行有限元网格　划分。模型结构如图１所示。　博士学位．副教授，主要从事油井管技术研究与相关课程的教学Ｚ－作　联系方式：（０２９）８８３８２６０３．ｚｈＩｈ＠ｘｓｙｕ．ｃ（｛【１．ｃｎ　套管材料采用理想弹塑性模型，对套管施加　第３８誊第３期　张建兵等：套管尺寸偏差与挤毁强度关系的新认识　。７１‘　图１套管模型网格划　的　向位移及绕　轴的转动被约束。同时，为避免　计算时由于所加载荷（理论上对称于　轴）的数值　误差引起ｚ方向的刚体位移，在套管内壁靠近ｚ轴　处的两个单元边上人为施加刚度系数为１　Ｎ／ｒａｍ　的弹性基础。施加的边界条件如图２所示。　位移约束　图２有限元分析边界条件设置示意　采用载荷／位移法ｌ＿５　作为判断套管失效的准则，　等步长对套管施加载荷，当前后载荷产生的位移之　比大于２０时，套管即失效。即此时施加一微小载　荷，套管就产生一很大位移，表明套管结构失稳。　２按照外径偏差建模的计算结果　ＡＰＩ　Ｓｐｅｃ　５ＣＴ：２００５（套管和油管规范）Ｅ４Ｊ对套　管外径给出了上下偏差约定，对壁厚仅给出了下偏　差约定。为探索外径和壁厚精度对套管挤毁强度的　影响，笔者先分别计算单独考虑外径和壁厚偏差情　况下的套管挤毁强度，最后计算同时考虑外径和壁　厚偏差情况下的套管挤毁强度。　ＡＰＩ　Ｓｐｅｃ　５ＣＴ对外径不小于¨４．３　ＩＴＩ１ＴＩ的套　管公差的规定为：＋１．０　Ｄ～一０．５　Ｄ（Ｄ为套管　的名义外径）。这一规定实际上规定了ＡＰＩ套管的　允许椭圆度大小。　经分析认为，需要考虑两种情况下套管外径对　挤毁强度产生的不利影响：１）套管虽为理想的圆形，　但外径为最大正偏差，因为径厚比增大会使挤毁强　度降低，所以这种情况应予以关注；２）套管横截面上　存在椭圆度的情况。对于上述两种情况，哪种情况　出现时套管的挤毁强度更低，需要进一步研究。　套管的椭圆度是指套管的内外径同心，形成壁　厚相同的椭圆。设椭圆外径的最大尺寸为ｄ　、最　小尺寸为ｄ…，则椭圆度ｅ为：　ｇ一　＿　×１００　（１）　㈨十　ｍｌ“　根据ＡＰＩ规定的套管外径公差和式（１），可计　算得到ＡＰ１允许的最大套管椭圆度为１．５　。　对表１中所列的３种套管，用有限元方法计算　分析了上述两种情况下套管挤毁强度的大小。建模　时固定套管壁厚为名义壁厚不变，且壁厚均匀。因　为在套管外径的允许偏差范围内，对同一椭圆度可　以对应多种长短轴外径组合，同时套管径厚比增大　会使其挤毁强度降低，所以这里考虑最苛刻情　况——在有限元几何建模时，套管椭圆截面的长轴　设定为套管外径为最大上偏差所对应的外径值，即　为＋１．０　Ｄ。当外径处均为＋１．０　Ｄ时，对应上　述第一种情况，根据式（１），此时椭圆度为０　，套管　为理想圆形套管；对于上述第二种情况，需要计算不　同椭圆度值下的套管挤毁强度，有限元建模时固定　长轴外径为＋１．Ｏ　Ｄ不变，逐渐减小椭圆短轴对应　的外径值至一０．５　Ｄ，长短轴之间的外径均匀变　化，这样就会得到椭圆度从０　到１．５　逐渐过渡的　有限元计算几何模型。然后，按照有限元结构静力　非线性分析方法对３种套管在不同椭圆度情况下的　挤毁强度进行计算，结果见表２。　表２　３种套管在不同椭圆度下的挤毁强度　套管椭圆度，％——　＿——　套管抗挤强度　石—／Ｍ—Ｐ—ａ　・　７２・　由表２可知，套管的椭圆度会对挤毁强度产生　明显影响，随着椭圆度的增加，套管的挤毁强度降　低，且挤毁强度值与椭圆度之间基本上呈线性关系。　对于计算的３种套管，当椭网度从０　增加到１．５　时，套管的挤毁强度约降低２５　。　尽管对于给定的壁厚，外径增加会使套管的挤　毁强度降低，但从计算结果可以看出，外径取最大允　许值时，理想圆形套管的挤毁强度仍然大于外径为　最大允许值但带有椭圆度的套管的挤毁强度。这说　明，在ＡＰＩ允许的外径偏差范围内，椭圆度对套管　挤毁强度的影响大于理想圆形横截面套管的外径变　化对套管挤毁强度的影响。　但值得注意的是，对于计算的３种套管，尽管椭　圆度的存在使套管的挤毁强度下降，但下降后的挤　毁强度仍然高于ＡＰＩ额定挤毁强度　，套管的椭圆　度越小，其挤毁强度高出ＡＰＩ额定值的幅度越大，　即使在最大为１．５　的椭圆度情况下，３种套管的挤　毁强度依然分别高于ＡＰＩ额定值０．６　、４．３　和　２１．２　。可见，在ＡＰＩ允许的套管外径偏差范围　内，椭圆度不会使套管的挤毁强度失去保障而低于　ＡＰＩ额定值。　３　按照壁厚偏差建模的计算结果　ＡＰＩ　Ｓｐｅｃ　５ＣＴ对套管壁厚公差的规定为一１２．５　ｔ（ｔ为套管名义壁厚）。ＡＰＩ没有规定套管壁厚的上　偏差，但实际上套管通径大小和外径上偏差限制了　最大壁厚值。经分析，认为在两种情况下壁厚对套　管挤毁强度会产生不利影响：一是同一横截面上壁　厚虽然均匀，但为负偏差，其极限情况是壁厚为ＡＰＩ　规定的最大负偏差，即一１２．５　ｔ；二是套管同一横　截面上存在壁厚不均匀的情况，但最小壁厚仍然符　合ＡＰＩ规定的壁厚偏差。对于这两种情况，需要定　量计算分析套管挤毁强度最低的壁厚情况。　设套管同一横截面上壁厚的最大值为ｔ　，最　小值为ｔ…，则套管椭圆度　为：　厂：　×１。０　（２）　ｔ…十ｆ…　用有限元法计算分析表１中所列３种套管在上　述两种情况下套管挤毁强度的大小。建模时按照最　苛刻条件考虑：固定套管的外径为＋１．０　Ｄ，且外　径均匀，当横截面上各处壁厚都为一１２．５　ｔ时，对　应上述第一种情况，根据式（２），此时的壁厚不均度　为０　，套管壁厚均匀，外径为圆形；对于第二种情　况，需要分次计算不同壁厚不均度时的套管挤毁强　度，有限元建模时固定套管横截面上一点的壁厚为　一１２．５％ｔ不变，逐渐增加和该点在同一直径上的　另一端的壁厚，直至达到套管的名义壁厚　，这两点　之间的壁厚均匀变化，这样就会得到壁厚不均度从　０　到１３．３　逐渐过渡的有限元计算几何模型。计　算得到的挤毁强度见表３。　表３　３种套管在不同壁厚不均度下的挤毁强度　０　５９．７５　８Ｏ．２５　１．３　５９．８６　８０．２７　２．３　５９．８９　８０．３０　３．２　５９．９１　８Ｏ．３１　４．２　５９．９０　８０．３１　５．１　５９．９６　８０．３２　６．１　６０．０３　８０．３４　７．０　６０．０４　８Ｏ．３６　８．Ｏ　６０．０５　８０．４０　８．９　６０．０６　８Ｏ．４５　９．８　６０．０６　８０．５５　１０．７　６０．０９　８０．５６　１１．６　６０．Ｏ８　８０．６９　１２．５　６０．１０　８０．７２　１３．３　６０．１０　８Ｏ。８５　从表３可以看出，壁厚不均度对套管挤毁强度　的影响不明显，当套管的壁厚不均度由０　增加到　１３．３％时，套管挤毁强度的波动非常小。　从套管横截面上的米塞斯等效应力等值线图上　可以看出，在外挤载荷作用下套管内的最大应力出　现在圆周上壁厚最薄处的内壁上，材料的塑性变形　由该点自内向外逐渐扩展直至在该处首先贯通整个　管壁。由此可以分析得出，套管横截面圆周上最薄　处的壁厚大小决定了套管的挤毁强度大小。由于笔　者建模时对于不同壁厚不均度的情况设定为最小壁　厚，壁厚不变，所以计算得到的套管挤毁值波动不　大，之所以出现波动是由于有限元计算法所决定的。　如果建模时固定最大壁厚不变，取值为套管名义壁　厚ｔ，逐渐增加壁厚不均度直至１３．３　，此时模型中　的最小壁厚为～１２．５　ｔ，计算结果和笔者计算的壁　厚不均度为１３．３　的情况是完全一样的，按照这种　方法建模会得到随着壁厚不均度增加套管挤毁强度　下降的情况，但由于该建模方法绕过了最苛刻情况，　即除了壁厚不均度为１３．３　的情况外，其他情况下　建模的最小壁厚并不是～１２．５　ｔ，计算结果不能很　好地说明问题，故笔者没有采取该建模方法。所以　第３８卷第３期　张连兵等：套管尺寸偏差与挤毁强度关系的新认识　说，笼统地说壁厚不均度的存在会降低套管的挤毁　强度是不严谨的，就壁厚对套管挤毁强度的影响而　言，挤毁强度主要取决于圆周上最薄处的壁厚大小。　根据表３中的数据可以计算得出，当套管出现　壁厚最不利的情况时，套管的挤毁强度仍高于ＡＰＩ　规定值以内，其挤毁强度是有保障的。这一点也可以　从ＩＳ（）１０４ＯＯ／ＴＲ：２００７（石油天然气工业一套管、油　管、钻杆和用作套管和油管的管线管的性能计算公　式）［８　的新公式中得以体现，新的套管设计挤毁强　度计算公式基于外径和壁厚偏差不会对套管挤毁强　额定挤毁强度，３种套管分别高出１５．３　、２３．５　和　４６．４　。可见，尽管套管壁厚不均，但只要最薄处　的壁厚不小于ＡＰＩ规定下限，当其他部位壁厚变　化导致出现壁厚不均时，套管的挤毁强度并不会　明显降低，不会低于ＡＰＩ额定值。在套管生产制　造过程中严格控制套管的最小壁厚有利于套管挤　毁强度的提高。　对比分析表１和表３中的数据还可看出，在　ＡＰＩ允许的套管尺寸偏差范围内，最不利外径情况　下的套管挤毁强度小于最不利套管壁厚情况下的挤　毁强度，这说明在ＡＰＩ公差范围内椭圆度对套管挤　毁强度的影响大于壁厚的影响。可见就椭圆度和　壁厚而言，从套管挤毁强度角度考虑，应更加关注　套管的椭圆度，这一点对高抗挤套管尤其重要，提　高尺寸精度是提高高抗挤套管挤毁强度的一种主　要手段　。　４　同时考虑外径和壁厚偏差建模的计　算结果　同时考虑外径和壁厚偏差时的情况比较复杂，　从前面的分析结果可以看出，当套管椭圆度最大和　圆周上出现最小壁厚时套管的挤毁强度最低，所以　需要重点分析在ＡＰＩ公差范围内，当外径和壁厚最　不利偏差同时出现在套管同一横截面上时的情况。　对表１中所列３种套管按照允许的最大椭圆度和壁　厚最大下偏差进行建模，然后计算套管的挤毁强度，　结果见表４。　表４　３种套管在各种情况下建模时的挤毁强度　ＭＰａ　从表４可以看出，在ＡＰＩ允许的套管尺寸偏差　范围内，即使在同一横截面同时出现外径和壁厚两　种最不利情况时，套管的挤毁强度仍然在ＡＰＩ额定　值之上。所以，只要套管的外径和壁厚偏差在ＡＰＩ　度造成大的不利影响的认识，所以并未引入外径和　壁厚精度的表征参数。　以上计算结果的前提是假设套管尺寸偏差为最　不利情况，实际上出厂的套管其尺寸偏差一般不会　出现这样的极端情况，加之笔者用的是理想弹塑性　材料模型，实际套管的材料屈服强度往往会高于　ＡＰＩ规范值，所以厂家的套管实际挤毁强度理应高　于ＡＰＩ额定值一定幅度。这一点得到了国家石油　管材质检中心大量套管实物挤毁试验结果的证　实＿ｌ　，该中心对近年来　１３９．７　ｍｍ、≠１７７．８　ｍｍ和　２４４．５　ｍｍ套管进行的１７０次实物挤毁试验数据　的统计分析表明，这些套管的挤毁强度平均值比　ＡＰＩ值约高３３　。另外，我国某大型钢铁公司研制　的超高抗挤套管的挤毁强度已经超过ＡＰＩ额定值　的８Ｏ　［１１　３，控制尺寸精度是这种套管获得超高抗挤　性能的主要手段。　从表４还可以分析得出，套管的外径越大，计算　值高出ＡＰＩ额定值的幅度也越大，这说明，相对于　小尺寸套管而言，ＡＰＩ给出的大尺寸套管其挤毁强　度额定值偏保守。在套管柱强度设计中可以考虑此　情况，对大管径的套管可以考虑适当降低抗挤安全　系数，当然如果存在蠕变性地层而产生非均匀载荷　时贝０另当另４论。　另外，按照ＡＰＩ套管挤毁强度计算方法，表１　中所列的３种常用套管均属于塑性挤毁，ＡＰＩ塑性　挤毁公式是在套管实物挤毁试验结果统计基础上由　回归分析方法得到的。实物挤毁试验用的套管是随　机抽取的，必然带有外径和壁厚偏差，那么依据这样　的套管的实物试验数据回归得到的公式实际上是包　含了尺寸偏差对套管挤毁强度的影响因素的。所以　在有限元分析时，如果按照理想尺寸建立几何模型，　忽略残余应力等其他影响套管挤毁强度的因素，计　算结果理应高于ＡＰＩ额定值一定幅度，如果按照实　际情况考虑外径和壁厚偏差建立套管的几何模型，　则分析结果比按照理想尺寸建模更接近实际，由于　没有施加残余应力，所以计算值应略高于ＡＰＩ额定　值。这与笔者的分析计算结果是一致的。　最后需要说明的是，目前各油田使用的套管大　部分都属于塑性挤毁，笔者选择的３种套管均属于　石　油　钻　探　技　术　２０ｌ０年ｊ月　ＡＰＩ塑性挤毁范围，笔者的结论也是针对塑性挤毁　套管而言的。　参　考　文　献　［１］　练章华．现代ＣＡＥ技术与应用教程［Ｍ］．北京：石油工业出版　结　论　１）即使外径和壁厚的最不利偏差同时出现在　套管的同一横截面上，只要偏差在ＡＰＩ规定的尺寸　公差范围内，排除其他影响因素，套管的挤毁强度仍　然不会低于ＡＰＩ额定值。　２）在ＡＰＩ套管尺寸公差范围内，外径偏差对套　管挤毁强度的影响大于壁厚偏差，所以套管生产厂家　应注意控制外径偏差以提高套管的抗挤强度性能。　３）就壁厚对套管挤毁强度的影响来说，壁厚不　均度对套管的挤毁强度影响不大，套管的挤毁强度　社，２００４：１７５—１９２．　［２］祝效华，余志祥．ＡＮＳＹＳ高级工程有限元分析范例精选［Ｍ］．　北京：电子工业出版社，２００４：３４４—３５１．　Ｅ３］温玉焕，王伯军．非均匀载荷下预制孔参数对抗挤强度的影响　［Ｊ］．石油钻探技术，２００７，３５（１）：２３—２５．　［４］　ＡＰＩ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　５ＣＴ：２００５．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｃａｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｕｂ　ｉｎｇ［Ｓ］．　［５］常龙，高连新，王为民．套管挤毁试验研究与有限元分析［Ｊ］．焊　管，２００７，３０（５）：４５－４８．　［６］　ＡＰＩ　Ｂｕｌｌ　５Ｃ２：１９９９．Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃａｓ—　ｉｎｇ，ｔｕｂｉｎｇ，ａｎｄ　ｄｒｉｌｌ　ｐｉｐｅ［Ｓ￣．　［７］李乎全．套管抗挤特性及高抗挤套管～一《油套管标准研究、油　套管失效分析及典型案例》（４）［Ｊ］．钢管，２００７，３６（１）：５７—６０．　［８］孙永兴，林元华，舒玉春，等．Ｉｓ（）１０４００油套管强度薪模型　［Ｊ］．石油钻探技术，２００８，３６（１）：４２—４４．　［９］　ｉｓｏ　１０４００：２００７．Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ａｎｄ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ—ｅｑｕａ—　ｔｉｏｎｓ　４　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ，ｔｕｂｉｎｇ，　主要由圆周上最薄处的壁厚大小决定，严格控制套　管的最小壁厚有利于套管挤毁强度的提高。　４）随着套管尺寸精度控制水平的提高，目前生　产的套管其实际挤毁强度一般都高于ＡＰＩ额定值。　５）相对于小外径套管而言，ＡＰＩ对大尺寸套管　给出的挤毁强度额定值偏保守，在套管柱设计中可　以适当考虑降低安全系数来有效利用套管的实际强　度余量。　ｄｒｉｌｌ　ｐｉｐｅ　ａｎｄ　ｌｉｎｅ　ｐｉｐｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｃａｓｉｎｇ　ｏｒ　ｔｕｂｉｎｇ［Ｓ］．　［１ｏ］王建东，林凯，赵克枫，等．套管强度余量在油气井固井中的应　用［阳．天然气工业，２００８，２８（３）：７５—７７，　［１１］　宝钢Ｂ１１０ＴＴ超高抗挤套管通过评估［Ｊ］．世界仪表与自动　化，２００８，１２（１）：１０．　［审稿　韩志勇］　Ｎｅｗ　Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｃａｓｉｎｇ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｚｈａｎｇ　Ｊｉａｎｂｉｎｇ　Ｌｉｕ　Ｘｉｎ　Ｌｖ　Ｘｉａｎｇｈｏｎｇ。Ｄｅｎｇ　Ｈｅｊｉｎｇ。　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｌｌ　Ｓｈｉｙｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａｎｘｉ，７１００６５，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈｉｙｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａｎｘｉ，７１００６５，　Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｕａｎｑｉｎｇ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，ＣＮＰＣ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａｎｘｉ，７１００２１，　Ｃ矗ｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｃａｓｉｎｇｓ，Ｊ５５　１３９．７　ｍｍ×７．７２　ｍｍ，Ｉ　８０　１７７．８　ｍｍＸ　１０．３６　ｍｍ　ａｎｄ　Ｐ１　１　０　２４４．５　ｍｍ×１　３．８４　ｍｍ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｉｔｓ　ｃｏｌ～　ｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｖａｒｉａｎｔ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｗａｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｃａｓ～　ｉｎｇ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｏｌ～　ｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｗａｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｃａｓｉｎｇ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｓｔｉｌｌ　ｑｕａｌｉｆｉｅｄ　ｅｖｅｎ　ｉｆ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ　ｗａｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ａｐｐｅａｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｏｕｔ——ｏｆ－ｒｏｕｎｄｎｅｓｓ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ　ｏｎ　ｃａｓｉｎｇ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｗａｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｎｏｎ‘—　ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｍａｉｎｌｙ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｈｉｎｎｅｓｔ　ｗａｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｇｉｖｅｎ　ｂｙ　ＡＰＩ　ｉｓ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｅｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｖａｌｕｅ　ｇｉｖｅｎ　ｂｙ　ＡＰＩ　５Ｃ２　ｉｆ　ｔｈｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｓｉｎｇ　ａｇｒｅｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ＡＰＩ　５ＣＴ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｓｉｎｇ；ｄｅｖｉａｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ；ＡＰＩ　ｓｔａｎｄａｒｄ