考虑岩石力学参数变化的水平井套管强度安全评价研究

摘要

在油气田开发开采过程中，尤其是在储层压裂施工过程中，套管时常发生损坏，套管损坏会造成注采系统不稳定、破坏油层甚至导致无法开采等事故发生，严重影响油气田的正常生产，使油田蒙受损失。对油气田现场损坏的套管调研发现，大量套管出现变形挤毁现象。考虑引发事故的原因为岩石的力学参数发生变化，这是由于注采制度的改变会引起孔隙压力的波动，进而影响到储层岩石的力学性质，从而威胁套管的强度安全。
　　本文以水敏性泥页岩为研究对象，在原有应力分解增量中创新引入吸水应力增量概念，得到水敏性泥页岩修正本构理论，旨在提高原有的岩石类材料本构方程准确性，优化围岩模型。地层压力直接作用于水泥石环外壁，压力由水泥石环内壁传递至套管。由于水泥石环的材质、厚度和套管的钢级和管厚的不同，套管所受压力相较地层压力会发生不同程度的变化。所以综合考虑“套管-水泥石环-地层”体系耦合作用对水平井套管强度分析显得尤为重要。以套管为单一研究对象进行理论研究由于假设繁多使得分析结果和实际工况相去甚远。为此，本文以“套管-水泥石环-地层”耦合体系为载体，综合考虑压力从地层到水泥石环到套管的逐级传递对套管强度理论分析的影响，从而为优化“套管-水泥石环-地层”耦合体系打好基础。
　　因为地层岩石材质不均匀及地层强度不稳定，分析地层岩石对“套管-水泥石环”体系影响比较困难，故以“套管-水泥石环-地层”体系作用下水平井套管强度研究的结果为基础。为此，本文以实际工况为例，以“套管-水泥石环-地层”耦合体系为研究对象，运用ANSYS有限元软件对其进行有限元模拟，分析不同地层岩石含水率对“套管-水泥石环-地层”耦合体系的影响。为复杂地质条件下水平井套管的选取提供指导性意见。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 本文研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文的创新点

第二章 含水率对水敏性泥页岩围岩力学性能影响分析

2.1 原有岩石类材料本构理论框架

2.2 水敏性泥页岩含水率对应力增量的影响分析

2.3 考虑含水率影响的水敏性泥页岩本构方程修正

2.4 含水率对水敏性泥页岩围岩抗压强度的影响

2.5 本章小结

第三章 水平井水平段和竖直段套管强度分析研究

3.1 水泥石环对套管抗外挤强度的影响分析

3.2 水平井水平段和竖直段套管强度理论分析

3.3 本章小结

第四章 水平井弯曲段套管强度分析研究

4.1 水平井弯曲段套管应力学模型的建立

4.2 水平井弯曲段套管的极限地层压力分析

4.3 本章小结

第五章 “套管-水泥石环-地层”体系作用下水平井套管强度分析

5.1 “套管-水泥石环-地层”耦合体系有限元模型的建立

5.2含水率对地层围岩力学参数的影响分析

5.3含水率对“套管-水泥石环-地层”耦合体系最大应力的影响

5.4考虑含水率的“套管-水泥石环-地层”耦合体系安全评价推荐做法

5.5本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果