隨著水平井壓裂技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,頁巖氣開發(fā)過程中壓裂導(dǎo)致的套管變形損壞問題也顯現(xiàn)出來。壓裂施工中套管的載荷變化、固井質(zhì)量問題與壓裂誘發(fā)的地層滑移是導(dǎo)致頁巖氣套管變形損壞問題的主要原因。本文從上述三個方面研究了壓裂工況下頁巖氣水平井套管的載荷與強(qiáng)度問題,主要研究內(nèi)容如下:考慮壓裂工況下套管內(nèi)壓與溫度變化,研究了適用于該工況的套管載荷計算方法與強(qiáng)度理論,分析了溫度變化對套管應(yīng)力及強(qiáng)度的影響。根據(jù)水泥環(huán)缺失形態(tài),利用有限元分析軟件建立二維模型,模擬水平井中水泥環(huán)缺失段套管的應(yīng)力分布情況,分析水泥環(huán)缺失位置、厚度及缺失角度對套管應(yīng)力的影響,利用材料力學(xué)與流體熱力學(xué)理論,研究壓裂過程中環(huán)空高壓束縛流體壓力隨井筒溫度降低對套管強(qiáng)度安全性的影響�？紤]頁巖儲層的物理力學(xué)特性,分析了頁巖地層因壓裂施工影響發(fā)生滑移的機(jī)理,并應(yīng)用有限元分析軟件建立三維模型,模擬分析了地層滑移量、滑移面傾角與固井水泥性能不同條件下的套管應(yīng)力與變形情況。以泥頁巖為試樣,利用高低溫高壓電液伺服巖石三軸測試系統(tǒng),測試不同含水率狀態(tài)下的泥頁巖在不同圍壓下的抗壓強(qiáng)度,分析泥頁巖強(qiáng)度在不同含水率條件下的變化規(guī)律。研究與分析發(fā)現(xiàn):壓裂過程... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

彎曲段套管危險點(diǎn)套管在內(nèi)壓iP和外壓oP作用下，任意一點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力θσ與徑向應(yīng)力rσ為：

（a）各部位缺失率 （b）橫斷面 CT 掃描圖 3-1 水泥環(huán)的缺失形態(tài)可知，水泥環(huán)的缺失位置延徑向可能分布于第一膠結(jié)面（水泥環(huán)-套管面（水泥環(huán)-地層膠結(jié)面）或兩個膠結(jié)面中間，延環(huán)向的角度大小也有泥環(huán)徑向缺失位置及環(huán)向缺失角度兩點(diǎn)出發(fā)，分別分析水泥環(huán)沿徑向沿環(huán)向缺失角度對套管強(qiáng)度安全性的影響。型基本參數(shù)實(shí)際情況中的水泥環(huán)缺失形態(tài)，應(yīng)用 ANSYS Workbench 有限元軟件為例，建立套管-水泥環(huán)-地層模型，筆者根據(jù)材料力學(xué)理論，將模型模型中套管外徑為 139.7mm，壁厚 7.72mm，鋼級為 P110，井眼直徑為 南原理，地層模型邊界到井眼的距離取井眼尺寸 5-7 倍以上，邊長取、水泥環(huán)均為均質(zhì)彈性體，且膠結(jié)面膠結(jié)良好，由于水泥環(huán)缺失部分替泥漿不完全或油氣侵入環(huán)空所致，將水泥環(huán)缺失處的填充物質(zhì)假設(shè) MPaVσ =32，最大水平地應(yīng)力 MPaHσ =48，套管內(nèi)壓取服役過程中Pa；模型中套管、水泥環(huán)及缺失處、地層的力學(xué)參數(shù)如下表所示。

泥環(huán)徑向缺失位置及缺失厚度對套管應(yīng)力的影響據(jù)水泥環(huán)缺失位置的不同，分別使缺失部分位于水泥環(huán)頂部靠近第一膠結(jié)面兩側(cè)，缺失角度取圓心角 30°且延垂直軸線兩側(cè)對稱，如圖 3-2 所示。定厚度缺失比為 ε =Δh /( R r)，其中Δh為缺失部分徑向厚度， r、 R分別為徑，分析中ε 依次取 0、1/6、2/6、3/6、4/6、5/6、1。在套管上設(shè)置 5 個應(yīng)置如圖 3-2 中紅點(diǎn)所示，監(jiān)測其 Von-Mises 應(yīng)力的分布與變化情況。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3133344