套管损坏机理模型分析计算

论文摘要

油田生产中套管可以保护井壁,分隔油气层,分层开采油层,并可以采用注水开发措施,保持油井正常生产。套管在生产中的变形损坏会影响油田的正常生产。油田生产中采用强化采油措施造成地层岩体运动地应力发生变化,套管的工作环境变化地层应力产生较大变化,地应力作用于套管造成套管变形损坏。油田生产中套管损坏主要发生在岩盐层段。地层蠕变,构造运动和生产层段的压裂酸化措施会造成大量套管损坏。随着油田开发,套管损坏影响了油田的经济效益。因此,研究套管损坏机理对提出有效的施工方案有重要理论意义。岩层在油井生产中,其孔隙压力发生变化,改变了地层的应力状态,岩层发生变形产生非均匀地应力挤压套管,造成套管应力增加变形损坏。油井生产中,非均匀地应力作用于套管,造成套管应力增加产生变形。套管在无水泥环作用下,力学性质和水泥环作用下的力学性质变化较大。建立套管的平面应变的有限元模型,计算分析套管在均匀载荷下的应力应变大小和套管在非均匀载荷下的应力大小和变形特征,可以较好的分析套管的力学性质,提出增加套管强度的理论方法。本文应用套管损坏机理,结合岩石力学理论,对套管损坏井受力分析,并且建立套管的力学模型。计算分析表明油井长期开采会造成地层应力发生较大变化,套管受到水泥环外壁地应力的挤压和轴向地层压力作用产生较大应力造成套管变形损坏。在分析套管力学模型的理论上,建立套管和套管水泥环组合的有限元平面和空间模型。应用水泥环套管有限元模型的计算结果,分析套管和套管水泥环组合在外压作用下应力应变大小,提出有效的套管损坏防治方案,提高套管的抗挤强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 套管损坏问题的提出
• 1.2 国内外套管损坏情况和研究现状
• 1.2.1 国内外套管损坏情况
• 1.2.2 国内外套管研究现状
• 1.2.3 套管受力计算方法
• 1.3 研究内容和方法
• 第二章 套管损坏影响因素分析
• 2.1 套管损坏的地质因素影响分析
• 2.1.1 围岩应力对套管损坏的影响
• 2.1.2 泥岩吸水膨胀和蠕变对套管损坏的影响
• 2.1.3 岩层滑动对套管损坏的影响
• 2.1.4 断层活动对套管损坏的影响
• 2.1.5 地震活动对套管损坏的影响
• 2.1.6 油层出砂对套管损坏的影响
• 2.1.7 油层压实对套管损坏的影响
• 2.1.8 岩盐蠕变和塑性流动对套管损坏的影响
• 2.2 套管损坏的工程因素影响分析
• 2.2.1 套管质量对套管损坏的影响
• 2.2.2 固井质量对套管损坏的影响
• 2.2.3 射孔对套管损坏的影响
• 2.2.4 注水作业对套管损坏的影响
• 2.2.5 压裂和酸化对套管损坏的影响
• 2.2.6 井眼不规则的影响
• 2.3 套管腐蚀对套管损坏的影响
• 2.4 套管损坏形态分析
• 2.4.1 套管变形分析
• 2.4.2 套管破裂分析
• 2.4.3 套管错断分析
• 2.4.4 套管腐蚀穿孔
• 2.4.5 套管密封性破坏
• 2.5 套管强度分析
• 2.5.1 套管强度设计
• 2.5.2 套管强度计算分析
• 2.6 本章小节
• 第三章 岩石力学和套管力学模型分析
• 3.1 岩石力学分析
• 3.1.1 岩石变形分析
• 3.1.2 岩石的强度分析
• 3.1.3 盐岩力学模型分析
• 3.1.4 泥岩蠕变分析
• 3.2 地应力计算方法分析
• 3.2.1 地应力的计算方法
• 3.2.2 垂向地应力的计算方法
• 3.2.3 水平地应力的计算方法
• 3.3 套管力学模型分析
• 3.3.1 套管挤压受力模型分析
• 3.3.2 套管双轴应力强度计算分析
• 3.3.3 套管三轴应力模型计算分析
• 3.4 本章小节
• 第四章 水泥环套管有限元平面模型分析计算
• 4.1 套管平面力学模型分析
• 4.1.1 无水泥环影响的完好套管力学模型
• 4.1.2 非均匀载荷下无水泥环套管力学模型分析
• 4.1.3 套管水泥环力学模型分析
• 4.2 套管有限元平面模型分析
• 4.2.1 单元应力和应变分析
• 4.2.2 单元刚度矩阵分析
• 4.2.3 总刚集成分析
• 4.2.4 载荷移置分析
• 4.2.5 约束处理分析
• 4.2.6 求解线性方程组分析
• 4.3 无水泥环套管有限元平面模型计算分析
• 4.3.1 均匀载荷下套管有限元模型的计算分析
• 4.3.2 非均匀载荷下套管模型的计算分析
• 4.4 水泥环性质对套管抗挤强度影响的有限元分析计算
• 4.4.1 水泥环套管的力学模型分析
• 4.4.2 均匀载荷作用下水泥环对套管影响的计算分析
• 4.4.3 非均匀载荷作用下水泥环对套管影响的计算分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 水泥环套管有限元空间模型分析计算
• 5.1 地层出砂对射孔套管抗挤强度影响的有限元分析计算
• 5.1.1 射孔套管的力学模型分析
• 5.1.2 地层出砂套管力学模型分析
• 5.1.3 地层出砂射孔套管有限元模型分析
• 5.1.4 均匀载荷下出砂对射孔套管抗挤强度影响的分析
• 5.1.5 非均匀载荷下出砂对射孔套管抗挤强度影响的计算分析
• 5.2 油气井射孔水泥环套管有限元模型计算分析
• 5.2.1 数学模型
• 5.2.2 有限元分析模型
• 5.2.3 计算结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢