高温高压深井射孔段套管强度安全性分析

摘要

高温、高压、高地层压力系数、高地应力及其不均匀性增大了套管所受外挤压力，加大套管挤毁风险。射孔后套管管体出现孔眼，破坏其柱面完整性，若套管射孔后严重开裂，套管的寿命将会缩短，其安全性受到威胁，可能导致油井早期报废。因此，本文对高温高压深井射孔段套管进行强度安全性分析。
　　射孔后孔眼附近产生的应力集中降低射孔段套管强度，通过有限元法模拟分析射孔参数对套管强度的影响，结合实验应力分析来确定射孔孔边的应力集中程度及其对套管强度的影响，并得出应力集中系数与射孔参数的关系。孔边裂纹降低套管的抗内压强度，应用断裂力学理论计算射孔套管孔边裂纹应力强度因子，建立含孔边裂纹射孔套管三维模型，通过有限元分析计算孔边裂纹长度对射孔段套管抗内压强度的影响。
　　钻井完成后，在后续试油、完井及开采阶段，射孔段套管承受非均匀地应力作用，采用ANSYS有限元法对非均匀外挤载荷下的套管进行强度计算。实际工作中，射孔套管-水泥环-地层系统视为整体，完井投产后，要达到油井增产目的，需要对储层进行改造，随着液体的注入，射孔段套管井筒温度降低，引起应力重新分布，为确保射孔段套管的安全，对系统作热-应力耦合分析，得到射孔段套管应力场和温度场分布。
　　基于上述分析思路与方法，可以在完井前对射孔段套管进行强度安全性评价，同时可为深井的套管柱强度设计提供参考。

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第一章 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 射孔套管强度分析国内外研究现状

1.3 本文主要研究工作

1.4 本文创新点

第二章 射孔段套管孔边应力集中分析

2.1 射孔套管孔边应力集中实验分析及试样套管验证分析

2.2 射孔套管孔边应力集中有限元分析

2.3 射孔应力集中系数计算

2.4 射孔参数对射孔应力集中系数的影响

2.5 本章小结

第三章 射孔参数及孔边裂纹对射孔段套管强度的影响分析

3.1 射孔参数对射孔段套管强度的影响分析

3.2 孔边裂纹对射孔段套管强度的影响分析

3.3 本章小结

第四章 非均匀地应力下射孔段套管强度安全性分析

4.1 非均匀地应力的确定

4.2 非均匀地应力作用下射孔套管有限元模型建立

4.3 非均匀地应力作用下射孔套管有限元模型的计算结果分析

4.4 本章小结

第五章 射孔测试改造联作套管强度热－应力耦合分析

5.1 热－应力耦合分析理论简介

5.2 建立射孔段套管热－应力耦合有限元模型

5.3 射孔段套管温度场分析

5.4 射孔段套管应力场分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

硕士学位期间发表的论文