热采井外加厚套管受力分析

论文摘要

目前我国稠油开采时由于注入的蒸汽温度高、压力大,套管柱承受热应力高等因素的影响,造成油井套管损坏严重,停产井增多。因此,我们通过室内实验研究、理论及数值模拟计算分析,开展了套管损坏及套管受力和强度分析、注蒸汽井的温度场和应力场数值模拟、套管壁厚变化对套管柱应力的影响等研究。通过实际资料总结、数值计算和理论分析,最终得出:非均匀载荷作用是引起套管挤毁的主要原因之一;降低隔热管视导热系数可以有效地保护套管不发生热强度破坏;在隔热管接头区附近的温度场明显高于管体的均匀温度;套管有效应力值与壁厚尺寸及套管内压等有关,加厚套管的有效应力小于普通套管,抗挤毁能力明显提高,具有更好的承载能力。内压在25 MPa以下,随着套管内压的增高,普通套管和加厚套管有效应力随内压升高而降低。内压大于30MPa以上,随着套管内压的增加,普通套管和加厚套管有效应力都随内压升高而增加。对内压变化较大的油井,加厚套管具有更好的承载能力等结论。以上结论为设计、实验、开发出新型外加厚复合套管及管串附件,建立超稠油热采井外加厚复合套管设计方法及编制设计软件提供理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 第2章 套管受力及强度分析研究
• 2.1 均匀载荷作用下套管的抗挤强度计算
• 2.1.1 API挤毁压力计算公式
• 2.1.2 轴向拉应力作用下的挤毁压力
• 2.1.3 变壁厚椭圆套管弹性挤毁理论
• 2.1.4 套管抗挤强度计算的新公式
• 2.1.5 考虑套管制造缺陷的修正
• 2.2 非均匀载荷作用下套管的抗挤强度计算
• 2.3 注蒸汽井套管应力分析
• 第3章 注蒸汽井的温度场、应力场数值模拟
• 3.1 不同视导热系数隔热管柱对应的地层温度场
• 3.2 对应不同视导热系数的套管与地层的温度场
• 3.2.1 隔热管视导热系数变化对套管壁温度的影响规律
• 3.2.2 隔热油管接头区的温度场分布
• 3.2.3 实验结果讨论
• 3.3 热采井井筒套管、水泥环与油层的应力场
• 3.4 热采井套管的应力场
• 3.4.1 实验结果讨论
• 3.4.2 注汽温度变化对套管柱应力的影响
• 3.4.3 直接暴露于蒸汽中套管柱的热应力
• 第4章 套管壁厚变化对套管柱应力的影响
• 4.1 套管壁厚变化对常温套管应力的影响
• 4.1.1 套管壁厚变化对常温套管应力的影响
• 4.1.2 实验结果讨论
• 4.2 壁厚变化对注蒸汽套管应力的影响
• 4.2.1 套管壁厚变化对注蒸汽套管柱应力的影响
• 4.2.2 注蒸汽井套管壁厚变化对套管柱射孔部位应力的影响
• 4.2.3 实验结果讨论
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果