【摘要】：水平井鉆探過程中,巖性變化和鉆壓變化引起井眼彎曲,套管下入彎曲井段因井眼曲率不斷增大使套管發(fā)生彎曲扁化變形,扁化后套管抗擠強度進一步降低。為明確彎曲段套管扁化前后承載能力,考慮套管壁與井壁連續(xù)接觸,將傳統(tǒng)三點彎曲模型改進為均布載荷彎曲梁模型,對比分析了彎曲段套管扁化前后的抗擠強度,得到套管扁化前后抗擠強度隨井眼曲率變化規(guī)律。具體包括以下研究內(nèi)容:利用材料力學彎曲內(nèi)力理論建立均布載荷作用彎曲套管模型,利用彈性力學拉梅厚壁筒理論,導出均布載荷作用下彎曲套管所受三向應(yīng)力與井眼曲率關(guān)系,利用Von Mises屈服失效判別準則得到均布載荷作用下彎曲套管扁化前抗擠強度公式;隨井眼曲率增加,套管截面存在扁化率,應(yīng)用應(yīng)變能理論建立單位長度套管扁化模型,應(yīng)用最小勢能原理,得到套管截面扁化率與井眼彎曲曲率關(guān)系,利用Von Mises屈服失效判別準則得到均布載荷彎曲梁模型扁化套管抗擠強度公式。以常用5 1/2"P110、4 1/2"TP140V套管為例,仿真分析了未扁化套管抗擠強度,驗證解析解的準確性;根據(jù)算例結(jié)果對比得到套管扁化前后抗擠強度隨井眼曲率變化規(guī)律;為了解注入工況扁化套管強度安全性,分析固井段套管扁化前后強度安全系數(shù)隨井深變化規(guī)律。結(jié)果表明:彎曲段套管扁化前后抗擠強度隨井眼曲率增大而減小,扁化后套管抗擠強度減小幅度大于扁化前;注入工況下套管扁化前后等效應(yīng)力強度、抗拉安全系數(shù)隨井深增加而增大,套管抗內(nèi)壓安全系數(shù)隨井深增加而減小;套管扁化后等效應(yīng)力強度安全系數(shù)小于扁化前。研究結(jié)果為分析彎曲段套管扁化前后抗擠強度、控制注入工況壓裂生產(chǎn)壓差參數(shù)提供依據(jù)。
【圖文】：

隨彎曲半徑、壁厚的變化關(guān)系�；芯浚菊陆榻B水平井彎曲段套管彎曲扁化機理當套管發(fā)生扁化變形后隨井眼曲率增加，扁化套管常開采作業(yè)。下套管扁化程度演變分析管受彎曲段井型影響迫使套管發(fā)生彎曲變形，彎曲產(chǎn)生拉伸作用[4]。套管彎曲凹凸兩側(cè)面所受彎曲應(yīng) 所示，套管在進入彎曲井段時其變形過程隨井眼曲性變形階段、扁化變形階段和擠毀變形四個階段。凸兩側(cè)面所受的應(yīng)力均較小，因此套管將發(fā)生線彈大于屈服極限時，套管將發(fā)生彈塑性變形；套管彎，，塑性部分沿著套管截面向彎曲曲率中心軸線移動段套管變形截面完全發(fā)生塑性變形后，套管變形發(fā)管承受載荷能力顯著下降，該時刻套管所能承受的

力學彎曲變形理論得到造斜段套管彎曲變形撓曲線方程，當彎的本構(gòu)關(guān)系[37]導出套管彎曲變形時應(yīng)力與造斜率關(guān)系，即隨井套管所受極限彎矩與所對應(yīng)的極限井眼曲率。始階段套管彎矩極值變形初始階段所受彎曲應(yīng)力隨井眼曲率增大示意圖，套管彎曲時的彎矩隨井眼曲率增加而增大。當套管下入彎曲井段所對應(yīng)井段套管外壁如圖 2-2 所示位置上下兩點 a、b 所受彎曲應(yīng)力最料首先進入屈服狀態(tài)。
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE931.2

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本文編號：2605667