固井水泥环对套管抗挤压性能的分析与研究

摘要

随着国家经济的不断发展，对能源的需求越来越大。作为国家经济发展的重要能源之一的石油，变得越来越重要。目前没有一种能源可以替代石油，新的油区尚未勘探出来之前，能否改进原有产区的开采技术，提高当前石油产区的采收率，将直接影响到国家未来的发展。
　　对于老井而言，为了提高油气采收率，经常用到射孔、酸化、压裂、高压注水等增产措置，这对固井质量提出了很高的要求。如果固井质量不够好，复杂的地质条件下，油气井会产生较多不利因素，比如管外面冒油、气、水，使得井下压力泄露，油气产量下降;破坏井壁，发生井下坍塌;井眼报废，重新投资打新井。这些都将大大提高开采成本。
　　本文在前人工作的基础上，基于弹性力学的基本原理，建立了套管-水泥环-地层模型，结合拉梅问题基本解，推导了套管-水泥环-地层系统在均匀载荷下的受力。水泥环的弹性参数为固井过程中可人工控制的因素，本文在结合前人的工作，采用有限元法，建立了套管-水泥环-地层的有限元模型，结合某油田实例，分析了非均匀地应力下水泥环的弹性模量和泊松比对套管强度和刚度的影响。水泥环缺陷经常出现，对套管也会造成应力集中等不利影响，本文还针对该问题，建立有限元模型，分析了水泥环缺陷的位置和跨度两个因素对套管强度的影响，并给出了改进的方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 非均匀载荷下水泥环力学研究

1．2．2 水泥环缺陷研究

1．3 本文研究的方法及内容

第2章 水泥环受力的理论分析

2．1 引言

2．2 单层厚壁筒问题的基本解

2．3 水泥环应力解析解

2．4 均匀地应力下水泥环壁厚对系统应力的影响

2．4．1 水泥环壁厚对套管应力的影响

2．4．2 水泥环壁厚对水泥环应力的影响

2．4．3 水泥环壁厚对地层应力的影响

2．5 本章小结

第3章 水泥环的力学性质对套管强度影响的有限元分析

3．1 有限元计算简介

3．1．1 ANSYS软件的主要功能

3．1．2 建模与计算

3．2 非均匀地应力下水泥环壁厚对套管损坏的影响

3．2．1 水泥环壁厚对套管强度的影响

3．2．2 水泥环壁厚对套管刚度的影响

3．3 非均匀地应力下水泥环弹性模量对套管的影响

3．3．1 水泥环弹性模量对套管强度的影响

3．3．2 水泥环弹性模量对自身刚度的影响

3．4 非均匀地应力下水泥环泊松比套管强度的影响

3．4．1 水泥环泊松比对套管强度的影响

3．4．2 水泥环泊松比对系统刚度的影响

3．5 本章小结

第4章 水泥环几何缺陷对套管强度的影响分析

4．1 水泥环缺陷形成的主要原因

4．1．1 固井封固系统初始作用力

4．1．2 恶劣的井下环境

4．2 水泥环缺陷的有限元分析

4．3 水泥环缺陷的方位对套管强度的影响

4．4 水泥环缺陷的跨度对套管强度的影响

4．4 固井质量的影响因素及对策分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢