高难度复杂井完井井下套管安全评估及其应用研究

论文摘要

完井是石油生产的关键环节,它连接钻井及后续的投产、开发,与钻井过程相比,完井过程中套管载荷工况更加恶劣,因为完井过程中套管载荷是被动、变化的,加大了完井井下套管的风险。调查发现由于磨损及射孔影响,套管抗挤强度、内压强度降低,很多套管承受不了套管外地层压力与套管内水柱压力的压差而被挤毁或破裂。因此,在完井前需要进行井下套管力学分析,以此为基础,对井下套管进行安全评估,分析即将进行的替液、变换液体密度、环空加压对套管强度安全的影响,以采取相应措施,避免发生套管损坏事故,这项工作对高难度复杂井尤其重要。为此,进行了高难度复杂井完井套管评价关键技术研究并进行实例应用：所做的主要工作为：考虑月牙形磨损,进行了完井井下套管磨损程度与剩余强度分析；考虑射孔实际,进行了射孔段套管应力集中及断裂力学理论与实验分析；考虑储层的非均匀性及完井特别是储层改造过程中的温度变化,进行了磨损套管热结构耦合分析、射孔完井改造联作射孔套管强度热结构耦合场分析；考虑射孔瞬间的高压作用,进行了射孔段套管力学性能数值分析。基于本文研究,可以对井下套管进行完井前评估和完井过程中评估：完井前评估——根据完井井身结构及钻井井史,了解套管与井筒的强度；完井过程中套管安全性评估——根据地层参数及完井设计与施工参数,了解套管的载荷状况及其安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 问题提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 完井井下套管磨损程度及剩余强度分析与应用
• 2.1 完井井下套管磨损程度分析
• 2.2 完井井下磨损套管剩余强度分析
• 2.3 井下套管磨损程度及剩余强度分析现场应用
• 2.3.1 TDN102井技术套管磨损程度及剩余强度分析
• 2.3.2 TDN102井套管磨损程度及允许替浆密度分析
• 2.3.3 TDN102井井下套管磨损程度分析结果与工程测井结果对比
• 第三章 高难度复杂井磨损套管强度热结构耦合分析
• 3.1 热—结构耦合理论
• 3.1.1 稳态热传导有限元理论
• 3.1.2 热应力计算理论
• 3.2 磨损套管—水泥环—地层系统有限元模型
• 3.2.1 力学模型及假设
• 3.2.2 模型中基本数据
• 3.2.3 计算单元选取
• 3.2.4 模型网格划分
• 3.3 磨损套管—水泥环—地层系统温度场分布规律分析
• 3.4 磨损套管—水泥环—地层系统应力场分布规律分析
• 3.5 套管强度影响因素研究
• 3.5.1 地层弹性模量对套管强度的影响
• 3.5.2 水泥环弹性模量对套管强度的影响
• 3.5.3 井眼直径对套管强度的影响
• 3.5.4 载荷非均匀系数对套管强度的影响
• 第四章 射孔套管孔边应力集中及断裂力学分析
• 4.1 射孔套管管体及孔边应力实验分析
• 4.1.1 应变片粘贴方案
• 4.1.2 射孔套管试样准备
• 4.2 射孔套管孔边应力集中有限元分析
• 4.2.1 射孔套管有限元模型及假设
• 4.2.2 轴向拉力,内压,外压对射孔套管孔边应力影响分析
• 4.3 射孔套管应力强度及断裂力学双判据分析
• 第五章 射孔测试改造联作套管强度热结构耦合场分析
• 5.1 射孔套管-水泥环-地层真三维有限元分析数学模型
• 5.2 射孔套管-水泥环-地层真三维有限元模型
• 5.2.1 力学模型及假设
• 5.2.2 模型基本数据
• 5.2.3 单元的选取
• 5.2.4 网格划分与约束
• 5.3 射孔套管-水泥环-地层温度场分布规律分析
• 5.4 射孔套管-水泥环-地层应力场分析
• 第六章 射孔瞬间压力作用下射孔段套管力学性能数值分析
• 6.1 射孔段套管数值分析几何模型建立
• 6.2 射孔段套管数值分析单元类型选择
• 6.3 射孔套管数值分析材料属性及结构计算模型选取
• 6.4 射孔段套管数值分析单元划分
• 6.5 射孔套段管数值结果分析
• 6.5.1 射孔段套管数值结果初步分析
• 6.5.2 射孔段套管射孔后应力状态综合分析
• 第七章 结论
• 附录
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要