稠油熱采井套管應(yīng)力分析.pdf

1、我國稠油資源十分豐富，在稀油資源日益緊缺的今天，對稠油開采越來越重視，但在稠油開采過程中出現(xiàn)大量的套管損壞問題嚴(yán)重制約了稠油的開采。本文研究熱采井井筒內(nèi)部應(yīng)力分布情況，分析各種固井方案的使用效果和套管損壞的原因，這對防止套管損壞和熱采井的套管設(shè)計(jì)有著重要的意義。 本文模擬套管在井下真實(shí)受力情況，建立了井筒實(shí)體模型。在注汽階段，井筒受到地應(yīng)力、注汽壓力和井筒受熱膨脹產(chǎn)生熱應(yīng)力的作用。為得到井筒內(nèi)部應(yīng)力分布，本文首先對熱采井井筒的載

2、荷進(jìn)行求解，包括使用Orkiszewski法對井筒內(nèi)蒸汽流態(tài)的判別，建立傳熱模型求解井筒溫度場，應(yīng)用黃榮樽模型求解地應(yīng)力。在準(zhǔn)確求解載荷的基礎(chǔ)上，分別對現(xiàn)階段在稠油熱采井中常使用的常規(guī)固井、預(yù)應(yīng)力固井和使用熱應(yīng)力補(bǔ)償器方式，利用有限元軟件ANSYS對井筒模型進(jìn)行應(yīng)力數(shù)值模擬求解。通過分析數(shù)值結(jié)果，發(fā)現(xiàn)使用常規(guī)設(shè)計(jì)的套管在常規(guī)固井情況下套管在封隔器以下均發(fā)生不同程度的屈服；使用預(yù)應(yīng)力固井和使用熱應(yīng)力補(bǔ)償器的方法可以使套管在注汽階段處于彈性

3、狀態(tài)，但安全余量很??；使用了保護(hù)套管措施后均不同程度惡化了水泥環(huán)與地層應(yīng)力狀況。在研究如何防止套管損壞措施時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有的熱應(yīng)力計(jì)算都僅考慮套管的單軸熱應(yīng)力對套管的影響，這樣的設(shè)計(jì)明顯不夠精確。 本文建立了一套應(yīng)用雙向應(yīng)力橢圓的對套管進(jìn)行雙軸預(yù)應(yīng)力方法，通過數(shù)值模擬對使用效果進(jìn)行驗(yàn)證。通過分析數(shù)值結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用雙軸預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的套管有更大的使用安全系數(shù)，不過也有與其它預(yù)應(yīng)力方法相同的缺點(diǎn)，雙軸預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)同樣惡化了水泥環(huán)與地層的應(yīng)力狀