试油井下油套管柱安全评价技术研究

摘要

为全面评价井下套管在试油过程中的安全性，本文有针对性地开展了以下四个专题研究： (1)自由段套管力学分析以管柱力学研究为基础，考虑自由段套管的边界约束条件，分析自由段套管的屈曲状态，根据试油工况参数分析自由段套管的载荷和强度安全性。 (2)磨损技术套管剩余强度分析弄清磨损技术套管的挤毁机理是分析其剩余强度的前提，在不同的挤毁机理情况下，采取不同的算法，得到磨损套管的剩余强度，为合理控制试油测试压差提供依据。 (3)射孔套管孔边应力集中及其剩余强度分析射孔孔眼的存在降低了射孔段套管抗挤强度，针对不同的射孔参数，利用杆管相似理论、结合弹性力学得到相应的射孔套管剩余承载能力系数，并考虑孔边应力集中的影响，给出射孔段套管的剩余抗挤强度的确定方法。 (4)试油过程中井下套管载荷及强度安全性分析根据井身结构的特点，分别分析自由段套管和固井段套管的边界条件，由水泥石参数、套管规格、试油工况参数(管内流体密度、井口压力、井口温度)确定各段套管的工作载荷，利用弹塑性力学理论，评价整段油层套管安全性。为方便指导油田现场，在严密的理论与试验研究的基础上，开发“试油井下套管力学分析”软件。 在上述四个专题研究基础上，指出高温高压深井试油中油层套管柱常见问题的主要原因，提出安全试油的指导性意见，完善高温高压深井安全试油技术。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究概况

1.3本文主要研究内容

1.4本文技术路线

1.5创新点

第二章 自由段套管屈曲性能及力学分析

2.1 引言

2.2 自由段套管屈曲临界载荷分析

2.3水泥面对自由段套管螺旋弯曲的影响分析

2.3.1静力平衡法建立自由段套管弯曲方程

2.3.2水泥面处为固支座时自由套管弯曲方程求解

2.4 自由段套管载荷分析

2.5 自由段套管轴向变形分析

2.5.1 自由段套管的温度变形

2.5.2 自由段套管的鼓胀变形

2.5.3 自由段套管的轴力变形和螺旋弯曲变形

2.6 自由段套管力学分析若干注意事项

2.7本章小结

第三章磨损技术套管剩余强度分析

3.1 引言

3.2磨损套管挤毁机理分析

3.3最小壁厚均匀磨损模型

3.4磨损技术套管剩余强度计算

3.4.1磨损技术套管简化模型

3.4.2复变函数法求解弹性力学问题基本理论

3.4.3磨损技术套管内外表面应力分布

3.4.4磨损技术套管剩余强度分析

3.4.5计算结果分析

3.5本章小结

第四章射孔套管剩余强度分析

4.1 引言

4.2孔边应力集中分析

4.2.1经典力学孔边应力集中分析

4.2.2孔边应力集中有限元模拟

4.2.3孔边应力集中试验研究

4.3射孔段套管剩余强度数值分析

4.3.1 射孔套管弹性变形基本方程及其一般解

4.3.2射孔套管弹性抗挤能力降低系数

4.3.3弹塑性射孔套管抗挤能力的确定

4.4本章小结

第五章试油井下套管载荷与安全性分析

5.1 引言

5.2 固井水泥凝固前套管载荷分析

5.2.1套管自重产生的轴向载荷

5.2.2井筒液体作用下轴向载荷

5.3固井水泥凝固后套管载荷分析

5.3.1 试油中自由段套管载荷分析

5.3.2试油中固井段套管载荷分析

5.3.3试油中套管柱所受地应力研究

5.4试油中井下套管安全性分析

5.4.1 自由段套管安全性分析

5.4.2 固井段套管安全性分析

5.5本章小结

第六章试油井下套管力学分析软件

6.1 引言

6.2软件需求分析

6.3软件功能设计

6.3.1 开发宗旨

6.3.2软件主要功能

6.4软件模块设计

6.4.1文件管理模块

6.4.2数据输入模块

6.4.3分析运算模块

6.4.4数据输出模块

6.4.5数据库管理模块

6.5工程应用

6.5.1油井基本数据

6.5.2井下油套管柱力学分析

6.5.3施工建议

6.6本章小结

第七章结论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文