有限元法在水力割缝套管强度分析及工艺优化中的应用

论文摘要

文中针对水力割缝是否会导致套损,以及其工艺参数如何优化的问题,开展了有限元数值模拟及现场试验研究,首先通过地面靶试验取得了水力割缝的准确形态,在此基础上利用有限元分析软件分别分析计算了水力割缝及普通射孔对套管强度的影响,对比发现,两者的对套管强度的影响程度相近。并结合工艺实际,对水力割缝的缝高、每组缝数、上下相邻两组缝的最小间距及最优相位角等四项参数进行了优化研究。结论认为,为减轻对套管强度的影响:水力割缝缝高设计不超过20cm为宜,水力割缝施工应采取每组2缝的方式,相邻两组缝间距应在370mm～1m之间,应采取相邻两组缝交错布置的布缝方式。同时针对现场每组两缝与每组三缝方式共存的现状,在利用有限元法分析两者对套管强度的影响的同时,也进行了产液能力对比,对两种方式如何优选提供了指导。本文的研究旨在为水力割缝技术更大规模的推广应用奠定理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 创新点摘要
• 引言
• 第1章 水力喷砂割缝技术现状
• 1.1 水力喷砂割缝技术的历史及来源
• 1.2 水力喷砂割缝技术的原理
• 1.2.1 水力割缝施工应用的设备及管柱结构
• 1.2.2 水力喷砂割缝的技术原理
• 1.3 水力喷砂割缝技术在喇嘛甸油田的应用
• 第2章 有限元分析的理论方法
• 2.1 ANSYS 软件简介
• 2.2 有限元法强度分析的基本理论
• 2.2.1 空间八结点六面体单元的有限元理论
• 2.2.2 空间常应变四面体单元的有限元理论
• 2.2.3 弹性体的离散化
• 2.2.4 位移函数
• 2.2.5 单元的应变和应力
• 2.2.6 单元刚度矩阵
• 2.2.7 单元等效结点力
• 2.2.8 整体刚度矩阵
• 2.3 有限单元法求解渗流问题的方法和相关方程
• 2.3.1 广义达西定律
• 2.3.2 基本方程
• 2.3.3 问题的离散化
• 2.3.4 岩石渗透率计算公式
• 第3章 水力割缝与普通射孔对套管强度影响的有限元法对比分析
• 3.1 有限元模拟过程需要的参数
• 3.1.1 建模过程中尺寸形态参数的确定
• 3.1.2 材料性能参数
• 3.2 套管强度判别的理论方法
• 3.3 射孔前套管强度与地应力分析
• 3.3.1 模型整体计算结果
• 3.3.2 地层的计算结果
• 3.3.3 套管的计算结果
• 3.4 普通射孔后套管强度与地应力分析
• 3.4.1 整体有限元分析
• 3.4.2 地应力分析
• 3.4.3 套管应力与强度分析
• 3.5 水力割缝（每组2 缝）后套管强度与地应力分析
• 3.5.1 整体有限元分析
• 3.5.2 地应力分析
• 3.5.3 套管应力与强度分析
• 3.6 水力割缝（每组3 缝）工况的套管强度与地应力分析
• 3.6.1 整体有限元分析
• 3.6.2 地应力分布情况分析
• 3.6.3 套管应力分布分析
• 3.7 强度及地应力分析对比的结论及认识
• 第4章 水力割缝工艺参数的优化研究
• 4.1 缝高的优化
• 4.1.1 对工况1（缝长100cm+缝高10cm）进行建模分析
• 4.1.2 工况2（缝长100cm+缝高30cm）
• 4.1.3 缝高优化结果
• 4.2 每组2 缝或3 缝割缝方式的优化
• 4.3 两组缝间相位角及最小间距的优化
• 4.3.1 两组缝模型套管强度判别标准
• 4.3.2 工况3 分析
• 4.3.3 工况4 分析
• 4.3.4 工况5 分析
• 4.3.5 工况6 分析
• 4.3.6 工况7 分析
• 4.3.7 工况8 分析
• 4.3.8 工况9 分析
• 4.3.9 工况10 分析
• 4.3.10 相邻两组缝相角及最小间距的优化研究认识
• 第5章 水力割缝井的产能预测技术研究
• 5.1 利用有限元渗流分析法进行产能预测的技术路线
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.3 计算中的各项参数
• 5.4 水力割缝后地应力计算结果及分析
• 5.5 注入压力分布计算
• 5.5.1 10-2512 井注入压力的计算
• 5.5.2 5-1538 井注入压力的计算
• 5.5.3 11-2402 井注入压力的计算
• 5.6 单组二缝与单组三缝同条件下产能比较
• 5.7 3 口生产井产量模拟计算结果及分析
• 5.8 有限元法渗流分析的研究结论
• 第6章 结论及认识
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要