井下環(huán)境套管損壞力學(xué)模型研究.pdf

1、套管井下環(huán)境復(fù)雜多變,主要包括:油水井套管所處復(fù)雜的地質(zhì)和受力條件(地層傾斜/滑動、巖層蠕變/遇水膨脹、斷裂分布、非均勻地應(yīng)力等)、井下套管形態(tài)(井眼軌跡、固井等)、完井方式(射孔完井、壓裂等)、生產(chǎn)工藝和狀態(tài)(注水、熱采等)。
　　 本文重點針對引起套管損壞的幾個主要因素一非均勻地應(yīng)力、斷層和巖層滑動、巖層蠕變以及射孔完井,進行模型/模式綜合,并應(yīng)用數(shù)值模擬方法進行定量分析,具體工作如下:
　　 1、綜合應(yīng)用彈性力學(xué)和

2、數(shù)值模擬方法分析地應(yīng)力作用下套管應(yīng)力分布。結(jié)果表明:地應(yīng)力的非均勻性嚴(yán)重影響套管抗外擠能力,隨著非均勻系數(shù)的增大,套管所能抵抗的彈性極限外壓和塑性極限外壓均會大幅下降。
　　 2、使用AYSYS建立套管—地層三維有限元模型,分析地層滑動導(dǎo)致的套管彈塑性應(yīng)力和變形。結(jié)果表明:斷層和巖層滑動會引起套管大尺度的彎曲和大范圍屈服,嚴(yán)重影響套管安全。在油田生產(chǎn)過程中,要盡量避開斷層帶,嚴(yán)格控制開采工藝,避免巖層滑動。
　　 3、建

3、立套管—蠕變地層三維有限元模型,分析蠕變地層和套管的應(yīng)力和位移。結(jié)果表明:在地層蠕變過程中,套管應(yīng)力和位移快速增大,套管抗擠能力大幅降低。
　　 4、綜合應(yīng)用射孔段套管平面理論和三維有限元模擬方法分析射孔段套管在內(nèi)外壓作用下的應(yīng)力與變形。結(jié)果顯示:射孔段套管的彈性強度只有未射孔時的1/3,套管在孔眼附近發(fā)生塑性變形,引起套管局部大變形,降低了套管的抗擠能力。
　　 5、建立不同射孔參數(shù)(孔徑、孔密和相位角)下套管三維模型

4、,分析射孔參數(shù)對套管強度的影響規(guī)律。結(jié)果表明:增大孔徑和孔密均會降低射孔段套管的抗擠能力。但在一定范圍內(nèi),這種影響程度較小,工程中可以適當(dāng)增大孔徑和孔密來提高完井產(chǎn)能。
　　 最后,本文綜合井眼軌跡計算、彈性力學(xué)計算和ANSYS數(shù)值模型,使用VB程序編制了“套管安全評價系統(tǒng)”軟件。在輸入井下環(huán)境套管和地層相關(guān)參數(shù)后,該軟件首先應(yīng)用理論公式對套管整體應(yīng)力進行計算;然后,對套管局部危險層段,該軟件調(diào)用ANSYS進行數(shù)值模擬分析,達到