稠油热采水平井套管受力分析

摘要

我国稠油资源十分丰富,在稀油资源日益紧缺的今天,稠油开采占有非常重要的地位,但在稠油开采过程中出现的大量的套管损坏问题严重制约了稠油的开采,稠油热采水平井的套管受力情况尤其复杂。本文结合注汽和生产过程,研究稠油热采水平井套管应力分布情况,分析套管在井内的受力状态,这对防止套管损坏和进行热采水平井的套管设计有着重要的意义。
　　 本文模拟热采水平井套管的真实受力情况,建立了井筒实体模型。在注汽阶段,井筒受到地应力、注汽压力和井筒受热膨胀产生的热应力的作用。为得到井筒内部应力分布,本文首先对注蒸汽过程中蒸汽在井筒中流动的热量传递过程进行了研究,建立传热模型求解井筒温度场。结合注汽和生产过程,分析套管在井内的受力状态,研究套管的应力分布情况,建立稠油热采井套管的力学模型,进行温度场一应力场的耦合。分析了套管的损坏原因,提出了防治的方法。利用有限元软件ANSYS对井筒模型进行应力数值模拟求解,研究在注汽过程中套管所受各种应力的计算公式,并进行强度校核。针对查干凹陷稠油热采水平井蒸汽吞吐工艺,应用套管热应力补偿装置,为中原油田查干凹陷稠油热采水平井完井管柱设计方案提供依据,为研制套管热应力补偿装置提供理论基础,并为进一步掌握套管损坏的原因以及实施预防措施提供依据。针对中原油田查干凹陷稠油热采水平井水平段采用筛管外砾石充填防砂完井工艺,采用TP110H套管并使用热应力补偿装置,本文进行了计算分析,指出了该方案在抵抗应力场作用的能力强,能有效防止套管损坏的事故发生。