完井、注采工艺对地层岩石及套管影响因素研究

论文摘要

本文通过对国内外各油田套管损害现状调研，重点对大庆油田、吉林油田、辽河油田、胜利油田以及中原油田套损的地质因素和工程因素进行详细分析，得出了套损的主要因素为地层进水后，发生岩石膨胀及蠕变运移而致，套管的损坏与岩石及流体的相互作用有密切联系。因而本文结合油田开发的具体实际，引入了流体与固体藕合作用理论，应用三维弹塑性流固耦合模型研究套损影响的主要因素一流体的压力和地应力。通过建立流固耦合的数学一力学模型，在一定的条件下对数学模型进行适当的简化，推导出弹性和弹塑性流固耦合的有限元弱解积分形式，编制有限元程序对弹性和弹塑性流固耦合模型进行了计算；通过分析表明，油田在注水开采过程中套管的错断、弯曲变形等破坏因素是套管受到地层固体和流体耦合作用的结果，流体压力和地应力是通过水泥环直接作用在套管上的，因此研究油田注水开采过程中储层的流体压力和地应力，可指导现场工程技术人员合理优选注采工艺、注采压力以及其它油层改造措施，从而有效保护套管不受损坏，延长油井寿命，进而确保油田持续有效稳定地发展。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 油水井套管损坏机理概述
• 1.2.1 套损的地质因素
• 1.2.2 套损的工程因素
• 1.3 流固耦合及其研究进展
• 1.3.1 流固耦合
• 1.3.2 流固耦合的研究进展
• 1.4 套损造成的危害及项目研究的意义
• 1.5 本文的研究思路
• 1.6 本章小结
• 第2章 国内外油田套管损害的现状
• 2.1 国外油田套管损害的现状
• 2.2 国内油田套管损坏的现状
• 2.2.1 大庆油田典型区块套管损坏现状及特点
• 2.2.1.1 萨中开发区套管损坏现状及特点
• 2.2.1.2 朝阳沟油田套管损坏现状及特点
• 2.2.1.3 榆树林油田套管损坏现状及特点
• 2.2.2 辽河油田曙光油田超稠蒸汽注采油井套管损坏现状及特点
• 2.2.3 吉林油田套管损坏现状及特点
• 2.2.4 中原油田套管损坏现状及特点
• 2.3 本章小结
• 第3章 油田套损机理分析
• 3.1 套损的形态及损害分析
• 3.1.1 套管变形
• 3.1.2 套管破裂
• 3.1.3 套管错断型
• 3.1.3.1 非坍塌型套管错断
• 3.1.3.2 坍塌形套管错断
• 3.1.4 腐蚀穿孔
• 3.1.5 套管密封性破坏
• 3.2 造成套损的各因素及对套管的影响分析
• 3.2.1 地质因素
• 3.2.1.1 泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏
• 3.2.1.2 油层出砂造成套管损坏
• 3.2.1.3 岩层滑动造成套管损坏
• 3.2.1.4 断层活动造成套管损坏
• 3.2.1.5 盐岩蠕变、坍塌和塑性流动引起套管损坏
• 3.2.1.6 地震活动造成套管损坏
• 3.2.1.7 油层压实造成套管损坏
• 3.2.1.8 永冻层解冻和再结冻是寒冷地区套损的主要原因
• 3.2.2 工程因素
• 3.2.2.1 套管材质问题
• 3.2.2.2 固井质量问题
• 3.2.2.3 射孔对套管损坏的影响
• 3.2.2.4 井位部署的问题
• 3.2.2.5 注水引起套管损坏的机理
• 3.2.2.6 稠油热采井套管损坏的因素
• 3.2.2.7 腐蚀造成套管损坏
• 3.3 本章小结
• 第4章 完井方法对套管强度影响程度典型分析
• 4.1 射孔对套管强度影响程度分析
• 4.1.1 射孔套管弹性屈曲的基本方程及其一般解
• 4.1.2 弹塑性射孔套管抗挤能力的确定方法
• 4.1.3 计算结果分析
• 4.2 固井水泥环对套管强度的影响分析
• 4.2.1 固井水泥环不完善影响套管承载能力
• 4.2.1.1 计算模型与边界条件
• 4.2.1.2 计算结果
• 4.2.2 套管、水泥环不居中时套管的强度分析
• 4.2.3 水泥环性质对套管抗均布外载的影响
• 4.2.3.1 弹性模量对套管抗均布外载强度的影响
• 4.2.3.2 厚度对套管抗均布外载强度的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 三维弹塑性流固耦合分析
• 5.1 流固耦合理论模型
• 5.1.1 两相流固耦合 Eulerian型数学模型方程
• 5.1.2 变形空间坐标下两相流固耦合数学模型
• 5.1.3 饱和油水两相渗流模型方程的讨论与简化
• 5.2 三维单相可压缩液体稳定渗流数学模型
• 5.2.1 三维单相可压缩液体稳定渗流数学模型有限元计算
• 5.2.2 算例
• 5.3 三维单相可压缩液体不稳定渗流数学模型
• 5.3.1 三维单相可压缩液体不稳定渗流数学模型有限元计算
• 5.3.2 算例
• 5.4 三维线弹性流固耦合模型及有限元计算
• 5.4.1 三维线弹性流固耦合模型
• 5.4.2 算例
• 5.5 三维弹塑性有限元格式
• 5.6 三维弹塑性流固耦合模型
• 5.6.1 三维弹塑性流固耦合模型
• 5.6.2 算例
• 5.7 本章小结
• 第6章 套管强度分析及套管柱优化设计
• 6.1 套管柱强度优化设计的影响因素
• 6.2 套管强度及套管受力分析
• 6.2.1 抗内压计算
• 6.2.2 计算零轴向力点深度及其以上各段套管的重力
• 6.2.3 作用于管柱外壁的外挤压力
• 6.3 考虑水泥环条件下的套管应力分析
• 6.4 套管所受剪切力分析
• 6.4.1 剪切机理
• 6.4.2 套管剪切
• 6.5 套管的设计
• 6.5.1 设计原则
• 6.5.2 设计方法
• 6.5.3 强度校核（抗内压和拉伸）
• 6.6 考虑生产期间加载变化的套管设计程序
• 6.6.1 设计参数
• 6.6.2 抗挤计算
• 6.6.3 抗内压计算
• 6.6.4 抗挤、抗内压套管的综合排列
• 6.6.5 抗拉校核
• 6.7 本章小结
• 第7章 套管损坏的界限及预防措施
• 7.1 控制套管损坏的几个技术界限研究
• 7.1.1 地层压力与流动压力界限的研究
• 7.1.2 单井流动压力变化与地层变形量 R的关系
• 7.1.3 注水压力的界限
• 7.1.4 压力波动界限的研究
• 7.2 完井措施研究
• 7.2.1 生产因素条件下的完井优化设计
• 7.2.2 套管局部增强技术
• 7.2.3 优化固井措施
• 7.2.4 改善射孔工艺、减少射孔对套管抗挤压强度的影响
• 7.2.5 采用预应力套管完井
• 7.2.6 搞好跟综测试
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历