热采油井套损机理及防治措施研究

论文摘要

目前油田套管损坏已成为世界范围内亟待解决的难题,许多油田在开发过程中都遇到了套损问题。影响套管损坏的因素极其复杂,既有内部结构材质的原因,也有地层力学性质及外部影响因素的原因。而热采井套管较普通油井承受更为复杂的应力,其特殊性在于承受注蒸汽引起的高温问题。稠油热采的主要形式是蒸汽吞吐和蒸汽驱,蒸汽的注入使得套管产生热应力,注蒸汽循环过程中还可能产生循环的残余应力,造成套管严重损坏。准确分析注蒸汽开采过程中井筒温度场和套管所受热应力的大小,对注蒸汽井的完井设计和开采设计具有重大意义。新庄油田套管损坏的主要原因可归纳到两个方面:一是非均匀地应力对套管的外挤力超过了套管的抗挤强度而造成套管损坏;二是由于在注蒸汽过程中套管产生的热应力过大,而造成套管损坏。论文采用现场调研、资料收集整理、理论分析以及数值模拟等方法,系统地研究了热采油井的套损机理及防治措施。论文的主要工作如下:①基于河南油田的新庄、杨楼地区的现场资料,结合相关的参考文献,详细分析和研究了套管损坏的影响因素以及套管损坏的类型;②根据厚壁筒的弹塑性力学理论,推导了非均匀地应力作用下的套管外挤力的计算公式,并分析了地层、水泥环弹性模量对套管外挤力的影响,最后运用有限元软件ADINA进行数值模拟加以验证;③根据热传递基本理论,运用有限元软件ADINA对井筒—地层模型的温度场进行瞬态分析,通过间接耦合得到套管热应力的分析结果,在此基础上对蒸汽吞吐过程进行弹塑性分析,考虑多个注汽循环过程,得到了套管残余应力的分布规律;④在以上研究工作基础上,提出了减缓套管损坏的预防措施。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 热力采油方法简述
• 1.1.1 注热流体
• 1.1.2 火烧油层
• 1.1.3 热力增产
• 1.2 问题的提出及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究情况
• 1.3.2 国外研究情况
• 1.4 本文的研究思路与研究内容
• 2 热采油井套管损坏原因和类型
• 2.1 杨楼油田套损状况分析
• 2.1.1 杨楼油田地质特征
• 2.1.2 杨楼油田套管损坏情况
• 2.2 套管损坏因素分析
• 2.2.1 套管损坏的地质因素
• 2.2.2 套管损坏的工程因素
• 2.3 套管损坏类型
• 2.3.1 套管变形
• 2.3.2 套管破裂
• 2.3.3 套管错断
• 2.3.4 腐蚀穿孔
• 2.3.5 套管密封性破坏
• 2.4 本章小结
• 3 地应力引起的套管外挤力
• 3.1 油田地应力
• 3.2 非均匀地应力下的套管外挤力
• 3.2.1 平均应力下的弹塑性解
• 3.2.2 偏差应力下的弹性解
• 3.2.3 非均匀地应力下的套管外挤力
• 3.3 计算实例
• 3.3.1 理论解
• 3.3.2 数值解
• 3.4 本章小结
• 4 热采井套管热应力及残余应力分析
• 4.1 引言
• 4.2 热应力计算基本理论
• 4.2.1 热传导基本概念
• 4.2.2 应力—应变关系
• 4.2.3 平衡方程
• 4.2.4 协调方程
• 4.2.5 套管热应力计算
• 4.3 热采井套管热应力耦合的有限元分析
• 4.3.1 耦合场分析的概念
• 4.3.2 有限元模型
• 4.3.3 温度场有限元分析
• 4.3.4 热应力有限元分析
• 4.4 热采井套管的残余应力分析
• 4.4.1 材料弹塑性行为的描述
• 4.4.2 单向累积效应
• 4.4.3 残余应力累积机理
• 4.4.4 残余应力有限元分析
• 4.5 本章小结
• 5 减缓套管损坏的预防措施
• 5.1 引言
• 5.2 提拉预应力
• 5.2.1 提拉预应力的方法
• 5.2.2 预应力计算方法
• 5.2.3 有限元数值模拟
• 5.3 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录