射孔对套管强度的影响研究

论文摘要

本文首先调研了大量国内外射孔套管强度的试验研究、理论研究、有限元研究以及提高射孔套管强度的措施等方面的资料,并进行了总结和归纳,提出了本文研究的方向。现场提取王官屯油田王26-1区块套损的数据,实际工况外载参数和射孔参数。然后,在弹塑性力学和断裂力学的基础上,分别建立了不同孔径、孔密和相位角的射孔参数下的射孔套管的有限元模型,分别研究了射孔参数（包括孔径、孔密和相位角）对射孔套管的抗挤强度的降低和射孔套管的应力集中系数的关系。在此基础上,综合考虑了射孔参数、套管性能参数以及油田实际外载工况条件,建立了不同套管钢级、不同射孔参数、不同工况条件下的射孔套管有限元模型,分析了射孔套管的剩余强度和屈服应力的变化,并得到了射孔参数与它们之间的变化关系,对射孔参数的优化提供了理论依据和指导。通过本文的研究得出以下一些结论:1、孔眼分布相位角是影响射孔套管抗外挤强度的最主要因素。对于相同孔眼密度、相同孔眼直径射孔时采用45°或60°相位角螺旋布孔,对套管抗挤强度影响最小;2、在60°相位角时,孔眼直径、孔眼密度变化对套管抗挤强度的影响较小,在10%以内,故可采用大孔径、高孔密射孔,以增加油气进入油管的过流面积,减小油气在射孔孔道中的流速,避免出砂等事故发生;3、研究射孔对套管强度的影响表明,在一定的射孔密度、孔径和射孔相位角下,产生的最大应力和应变不超过套管强度允许的范围,可以通过合理选取射孔参数达到安全高产的目的。4、本文通过大量的理论以及有限元模拟分析,发现在其它参数相同的情况下,提高孔密可以提高产能比,而且套管的抗挤强度降低非常小,所以推荐油田推广高孔密射孔完井。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概述
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 实验研究
• 1.1.1.1 模拟井试验
• 1.1.1.2 大庆试验
• 1.1.1.3 新日铁试验
• 1.1.1.4 模拟仿真靶位试验
• 1.1.1.5 套管抗外挤模拟试验
• 1.1.2 理论研究
• 1.1.2.1 套管强度分析基本理论和方法
• 1.1.2.2 油层套管射孔性能的材料判据研究
• 1.2 射孔套管有限元分析概述
• 1.2.1 有限元软件概述
• 1.2.1.1 软件分析步骤
• 1.2.1.2 建模及数据
• 1.2.1.3 建模及处理过程
• 1.2.2 射孔区最大应力值及射孔影响系数统计和计算
• 1.2.2.1 数据统计
• 1.2.2.2 射孔影响系数的计算公式
• 1.2.2.3 讨论
• 1.3 由材质提高射孔套管强度的措施
• 1.3.1 化学成分设计
• 1.3.2 轧管工艺
• 1.3.3 热处理工艺
• 1.3.4 讨论
• 1.4 本文的研究内容和研究思路
• 2 王26-1区块套变分析
• 2.1 地质特征
• 2.2 开发简况
• 2.3 存在问题
• 2.4 套变井穿过断层位置
• 2.5 套变机理分析
• 2.6 预防措施
• 3 射孔套管抗挤强度理论分析
• 3.1 概述
• 3.2 射孔套管抗挤强度系数推导
• 3.2.1 模型Ⅰ
• 3.2.2 模型Ⅱ
• 3.2.3 孔径与套管抗挤强度系数关系
• 3.2.4 孔密与套管抗挤强度系数关系
• 3.2.5 相位角与套管抗挤强度系数关系
• 3.2.6 论计算与试验值比较
• 3.2.7 讨论与结论
• 4 外挤载荷下射孔套管对其强度的影响
• 4.1 概述
• 4.2 套管钢材弹塑性应力一应变拉伸试验
• 4.3 射孔套管有限元力学模型建立
• 4.3.1 几何结构参数
• 4.3.2 套管材料参数
• 4.3.3 有限元力学模型
• 4.3.4 模型边界条件
• 4.3.5 有限元求解
• 4.4 射孔套管内等效应力分析
• 4.5 应力集中系数与孔径关系
• 4.6 应力集中系数与孔密关系
• 4.7 应力集中系数与相位角的关系
• 4.8 结论
• 5 射孔套管抗挤强度综合因素有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.2.1 有限元模型的建立原则
• 5.2.2 有限元模型建立的基本假设
• 5.2.3 计算的边界条件
• 5.2.4 射孔套管的几何参数
• 5.3 仅受均匀外挤压力作用的射孔套管强度分析
• 5.3.1 射孔套管强度分析
• 5.3.2 结论或讨论
• 5.4 射孔套管屈服应力和剩余强度分析
• 5.4.1 射孔套管的几何参数
• 5.4.2 各种参数下套管最大应力集中和剩余强度分析
• 5.4.2.1 孔密和相位角一定的情况
• 5.4.2.2 孔径和相位角一定的情况
• 5.4.2.3 孔密和孔径一定的情况
• 5.4.2.4 射孔参数一定的情况
• 5.4.2.5 套管钢级壁厚与应力集中系数的关系
• 5.5 油田实际工况下的射孔套管强度综合分析
• 5.5.1 射孔套管的几何参数、建模及数据
• 5.5.2 射孔套管在内外压力同时作用下的结果分析
• 5.5.3 结论与讨论
• 5.5.3.1 结论
• 5.5.3.2 讨论
• 6 主要结论与建议
• 6.1 提高射孔质量和改善射孔方案，延长套管使用寿命
• 6.2 研制、开发超高强度抗挤毁套管
• 6.3 本文的主要结论
• 6.4 预防套管损坏的几点建议
• 致谢
• 参考文献