本文關(guān)鍵詞：水平壓裂井射孔段及彎曲段套管安全性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水平井壓裂技術(shù)是改進油氣藏高效開采的重要手段之一,水平井壓裂過程中,高壓液體注入使地層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化產(chǎn)生復(fù)雜的地應(yīng)力,套管在地應(yīng)力作用下承受多種載荷的作用,發(fā)生安全失效的風(fēng)險加大,而套管失效破壞多發(fā)生水平井套管的射孔段和彎曲段。為此,本文對水平壓裂井射孔段和彎曲段套管的安全性進行了分析。對于水平壓裂井射孔段套管的安全性分析,本文建立了水平壓裂井射孔孔道表面的應(yīng)力分布模型,得出了射孔孔道表面應(yīng)力分布。綜合考慮射孔套管的孔邊應(yīng)力集中和斷裂力學(xué)性能,將射孔套管三維力學(xué)模型簡化為平面孔板模型分析射孔段套管的剩余強度,并結(jié)合實例分析孔徑、孔密及相位角變化對射孔套管剩余強度的影響規(guī)律。此外,為得到射孔套管強度的影響規(guī)律,采用有限元方法建立射孔套管-水泥石環(huán)-圍巖三維有限元模型,研究地層參數(shù)、水泥環(huán)性質(zhì)參數(shù)和套管鋼級、壁厚對射孔套管強度安全性的影響。結(jié)果表明水泥石環(huán)彈性模量對射孔套管強度有著較大的影響,為確保射孔套管的安全性,水泥石環(huán)的彈性模量范圍為7.8~9.4GPa。水平井彎曲段套管受彎曲、剪切、擠壓等載荷共同作用,受力條件復(fù)雜多變,常發(fā)生扁化、錯斷、擠毀等安全事故�？紤]水平井彎曲段套管的受力特點,建立了彎曲套管彈塑性力學(xué)模型,導(dǎo)出了彈性區(qū)、塑性區(qū)套管彎矩計算公式,得到了彎矩、最大轉(zhuǎn)角與彈塑性邊界角之間的關(guān)系。通過實例計算發(fā)現(xiàn)高鋼級套管在具有較大彎曲載荷的工況下工作具有明顯優(yōu)勢,故在具有較大彎矩載荷的情況下宜盡量選用高鋼級套管�？紤]彎曲、剪切、擠壓聯(lián)合作用,建立彎曲段套管力學(xué)模型,應(yīng)用拉梅厚壁筒理論和第四強度理論,導(dǎo)出水平井彎曲段套管抗擠強度公式。以Ф139.7mm×9.17mm、10.54mm、12.7mm P110和Ф114.3mm×8.56mm、9.65mm TP140V套管為例,應(yīng)用公式計算了不同彎曲度下的抗擠強度,結(jié)合有限元方法,對公式進行了驗證。隨著套管彎曲度的增加,套管的抗擠強度降低明顯,在進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)予以考慮。
【關(guān)鍵詞】：水平壓裂井 射孔套管 彎曲套管 強度分析 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE931.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 問題的提出及研究的目的和意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 射孔段套管安全性研究現(xiàn)狀8-11
• 1.2.2 水平井彎曲套管研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容12
• 1.4 本文創(chuàng)新點12-13
• 第二章 水平壓裂井射孔段套管強度安全性分析13-24
• 2.1 水平壓裂井射孔段孔道應(yīng)力分析13-16
• 2.2 射孔套管剩余強度計算理論16-21
• 2.2.1 未射孔套管抗擠強度計算16-17
• 2.2.2 射孔套管最先屈服點的確定17-18
• 2.2.3 射孔套管斷裂力學(xué)分析18-19
• 2.2.4 射孔套管剩余強度系數(shù)計算19-21
• 2.3 射孔套管剩余強度理論計算結(jié)果分析21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-24
• 第三章 水平壓裂井射孔段套管強度影響因素研究24-34
• 3.1 射孔套管-水泥石環(huán)-圍巖有限元模型的建立24-25
• 3.1.1 射孔套管-水泥石環(huán)-圍巖有限元模型24-25
• 3.1.2 單元類型選擇及網(wǎng)格劃分25
• 3.1.3 材料屬性及結(jié)構(gòu)計算模型選取25
• 3.1.4 邊界條件設(shè)置25
• 3.1.5 數(shù)值分析模型加載方式25
• 3.2 圍巖參數(shù)對射孔套管強度的影響分析25-28
• 3.2.1 圍巖彈性模量對套管和水泥石環(huán)最大應(yīng)力的影響26-27
• 3.2.2 圍巖泊松比對套管和水泥石環(huán)最大應(yīng)力的影響27-28
• 3.3 水泥石環(huán)參數(shù)對射孔套管強度的影響分析28-31
• 3.3.1 水泥石環(huán)彈性模量對套管最大應(yīng)力的影響28-29
• 3.3.2 水泥石環(huán)泊松比對套管最大應(yīng)力的影響29-30
• 3.3.3 水泥石環(huán)厚度對套管最大應(yīng)力的影響30-31
• 3.4 射孔套管壁厚對其強度的影響分析31-32
• 3.5 基于射孔套管強度安全的水泥石環(huán)參數(shù)優(yōu)化32-33
• 3.6 本章小結(jié)33-34
• 第四章 水平壓裂井彎曲套管變形分析34-43
• 4.1 套管彎曲扁化機理分析34-35
• 4.2 彎矩作用下套管彎曲變形分析35-37
• 4.2.1 線彈性階段36
• 4.2.2 彈塑性階段36-37
• 4.2.3 扁化階段37
• 4.2.4 擠毀階段37
• 4.3 彎曲套管彈塑性變形分析37-39
• 4.4 彎曲套管彈塑性變形實例分析39-41
• 4.5 本章小結(jié)41-43
• 第五章 水平井彎曲段套管強度安全性分析43-54
• 5.1 水平井彎曲段套管受力分析43-44
• 5.2 水平井彎曲套管抗擠強度理論分析44-47
• 5.2.1 彎曲套管模型建立44
• 5.2.2 水平井彎曲套管抗擠強度公式44-47
• 5.3 水平井彎曲段套管算例分析47-51
• 5.4 三點彎曲套管抗擠強度有限元與解析解對比分析51-52
• 5.5 本章小結(jié)52-54
• 第六章 結(jié)論與展望54-56
• 致謝56-57
• 參考文獻57-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文60-61

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