寿命期内完井井下套管安全性评价技术研究

论文摘要

完井投产是石油生产中的关键环节,它连接钻井及后续的投产、开发。由于完井投产过程中套管载荷是被动变化的,因此完井过程中套管载荷工况较钻井时更为恶劣；完井投产后,井下套管要承受后续储层改造、开关井作业载荷,会受射孔、储层出砂、压实及非均匀地应力的作用,其安全性受到威胁。因此,本文进行了寿命期内完井井下套管安全性评价技术研究,主要研究内容如下：(1)完井井下套管磨损机理、影响因素及磨损深度分析分析了井下套管磨损机理和磨损影响因素,选择“磨损—效率”模型,给出了井下套管磨损深度分析方法；用10对磨损试样,实测了S135钻杆和N80套管间的“磨损效率”,考察了接触压力、转盘转速、磨损时间等因素对磨损效率的影响,为套管磨损深度分析提供了基础数据。(2)非均匀地应力作用下磨损套管强度分析类比理想圆管抗挤强度计算公式,建立了非均匀地应力下磨损套管抗挤强度计算公式；应用ANSYS有限元分析软件对非均匀地应力下磨损套管进行了应力分析,得到了磨损套管内壁最大等效应力随磨损位置、磨损深度、载荷均匀度系数、温度等因素的变化规律。(3)射孔套管力学性能分析应用ANSYS有限元分析软件分析了射孔参数对射孔套管强度及孔边应力集中的影响,得出如下结论：孔径、孔密一定时,随相位增加,射孔套管剩余强度呈现一定的周期变化规律,在120°相位处取得极大值,在180°相位处取得极小值,孔眼周围的应力集中系数变化显著；孔径、相位一定时,随孔密增大,射孔套管最大等效应力增大,孔眼周围应力集中系数则变化很小;孔密,相位一定时,随孔径增加,射孔套管最大等效应力增加,孔眼周围应力集中系数变化不大。基于上述分析思路与方法,可以在完井前对井下套管进行安全性评价,为深井的套管柱强度设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 套管磨损机理及影响因素分析国内外研究现状
• 1.2.2 磨损套管抗挤强度分析国内外研究现状
• 1.2.3 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 井下套管磨损机理、影响因素及磨损深度分析
• 2.1 井下套管磨损机理分析
• 2.1.1 磨粒磨损
• 2.1.2 粘着磨损
• 2.1.3 表面接触疲劳磨损
• 2.1.4 腐蚀磨损
• 2.2 井下套管磨损影响因素分析
• 2.2.1 钻杆与套管材料对井下套管磨损影响
• 2.2.2 钻井状况对井下套管磨损影响
• 2.2.3 井内介质对井下套管磨损影响
• 2.2.4 钻井方式对套管磨损程度影响
• 2.3 井下套管磨损深度分析
• 2.3.1 磨损-效率模型
• 2.3.2 井下套管磨损截面面积计算
• 2.3.3 井下套管磨损深度计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 钻杆与套管磨损实验分析
• 3.1 环块式钻杆-套管磨损试验机结构特征与工作原理
• 3.1.1 环块式钻杆-套管磨损试验机主轴驱动系统及工作原理
• 3.1.2 环块式钻杆-套管磨损试验机摩擦副与摩擦力测量系统
• 3.1.3 环块式钻杆-套管磨损试验机施力杠杆与试验力测量系统
• 3.1.4 环块式钻杆-套管磨损试验机试验空腔及温度测量系统
• 3.2 环块式钻杆-套管磨损试验机主要技术参数与技术指标
• 3.3 实验方案设计
• 3.4 实验步骤及实验参数设定
• 3.5 套管磨损影响因素分析
• 3.5.1 钻杆转速对套管磨损的影响分析
• 3.5.2 钻杆与套管间的接触力对套管磨损的影响分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 非均匀地应力作用下磨损套管强度分析
• 4.1 非均匀地应力作用下磨损套管抗挤强度理论计算公式推导
• 4.1.1 非均匀地应力作用下理想套管力学模型建立与求解
• 4.1.2 非均匀地应力作用下磨损套管抗挤强度理论计算公式建立
• 4.2 非均匀地应力作用下磨损套管强度影响因素有限元分析
• 4.2.1 磨损位置对磨损套管强度影响有限元分析
• 4.2.2 磨损深度对磨损套管强度影响有限元分析
• 4.2.3 载荷均匀度系数对磨损套管强度影响有限元分析
• 4.2.4 温度载荷对磨损套管强度影响有限元分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 射孔套管强度影响因素有限元分析
• 5.1 射孔套管有限元模型建立
• 5.1.1 射孔套管有限元模型基本假设
• 5.1.2 射孔套管材料参数及几何结构参数选取
• 5.1.3 射孔套管有限元模型网格划分
• 5.1.4 射孔套管有限模型的边界条件设定
• 5.2 射孔参数对射孔套管强度影响规律有限元分析
• 5.2.1 一定孔径、孔密下,相位对射孔套管强度影响有限元分析
• 5.2.2 一定孔径、相位下,孔密对射孔套管强度影响有限元分析
• 5.2.3 一定孔密、相位下,孔径对射孔套管强度影响有限元分析
• 5.3 应力集中系数与射孔参数的关系
• 5.3.1 应力集中系数与相位的关系
• 5.3.2 应力集中系数与孔密的关系
• 5.3.3 应力集中系数与孔径的关系
• 5.4 酸化工况下,温度对射孔套管强度影响有限元分析
• 5.4.1 酸化工况下,射孔套管管体温度场分布
• 5.4.2 酸化工况下,射孔套管管体应力分布
• 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
• 详细摘要