套管磨损对深井套管柱安全可靠性的影响

论文摘要

近年来,随着深井数量增多,在已经下入套管的井中继续钻进造成套管内壁的磨损是深井钻井期间一个不容忽视的问题。如何准确地预测套管的磨损程度及磨损剩余强度对于深井套管的设计及钻井施工具有十分重要的意义。论文分析了套管的磨损原因和机理,应用目前发展比较成熟的White和Dason磨损效率模型,求出套管的磨损面积。同时利用几何关系,计算出月牙型磨损套管的最大磨损深度。磨损套管剩余强度分析主要包括剩余抗挤强度和剩余抗内压强度分析。均匀外载剩余抗挤强度分析中,将套管磨损看成是套管自身缺陷,通过修正考虑内部缺陷的套管强度计算经验公式,得到一种新的求解磨损剩余强度的方法,具有很好的计算精度。非均匀外载抗挤强度分析中,给出了一种剩余抗挤强度的计算方法,推导了一种将非均匀外载转化成均匀外载的方法,并讨论了地层弹性常数对套管外挤力的影响,为深井套管柱设计提供参考。剩余抗内压强度分析中,通过建立“长形槽”模型,进行理论推导并结合有限元数值计算分析磨损套管的剩余强度。根据建立的力学计算模型,利用Matlab语言编程,对胜科1井进行实例分析,根据完井井身结构及实际工作参数,计算出全井各段套管最大磨损深度、剩余强度及剩余强度安全系数及其它们随井深的变化关系,得到了全井段中安全系数较小的危险点,及套管磨损后设计的安全系数,给出设计中许可的磨损深度,为深井的套管柱强度设计提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究状况及进展
• 1.2.1 套管磨损状况分析的研究现状
• 1.2.2 磨损套管的剩余强度分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 套管磨损原因机理分析及磨损量计算
• 2.1 套管磨损的主要原因
• 2.1.1 钻井状况对套管磨损的影响
• 2.1.2 钻井液对套管磨损的影响
• 2.1.3 钻杆及套管材料对套管磨损的影响
• 2.1.4 钻柱重量和钻压对套管磨损的影响
• 2.1.5 钻井方式对套管磨损的影响
• 2.2 套管磨损机理
• 2.2.1 磨粒磨损
• 2.2.2 粘着磨损
• 2.2.3 表面接触疲劳磨损
• 2.2.4 腐蚀磨损
• 2.3 套管磨损截面积及磨损深度的计算方法
• 2.3.1 磨损截面积的计算方法
• 2.3.2 磨损套管最大磨损深度的计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 磨损套管的剩余抗挤强度计算
• 3.1 均匀载荷下磨损套管剩余抗挤强度计算方法
• 3.1.1 均匀载荷下磨损套管剩余抗外挤强度理论计算方法
• 3.1.2 均匀载荷下磨损套管的有限元分析
• 3.1.3 均匀载荷下磨损套管剩余强度的计算结果分析
• 3.2 非均匀载荷下磨损套管剩余抗挤强度分析
• 3.2.1 非均匀载荷下磨损套管剩余抗挤强度理论计算方法
• 3.2.2 非均匀载荷下磨损套管剩余抗挤强度的有限元分析
• 3.3 考虑地层弹性常数的套管等效外挤力计算
• 3.3.1 非均匀载荷产生的原因及套管受力边界条件讨论
• 3.3.2 非均匀载荷下套管力学模型求解
• 3.3.3 非均匀载荷下套管等效均布压力的计算方法
• 3.3.4 地层弹性常数对套管外挤力的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 磨损套管剩余抗内压强度的计算
• 4.1 磨损套管剩余抗内压强度理论计算方法
• 4.1.1 理论模型的建立与推导
• 4.1.2 理论计算值与试验数据的对比分析
• 4.2 磨损套管剩余抗内压强度的有限元分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 套管磨损预测及剩余强度分析实例
• 5.1 胜科1 井基本资料
• 5.1.1 地层压力预测
• 5.1.2 设计参数
• 5.1.3 井身结构
• 5.2 胜科1 井套管应力及强度计算
• 5.2.1 模型选取与外载计算方法
• 5.2.2 套管磨损分析
• 5.2.3 套管防磨措施
• 结论及建议
• 参考文献
• 附录A 非均匀地应力下的套管外挤力计算公式
• 致谢