非均匀外载作用下油井套管强度特性的实验研究

盐膏层套管损坏是由于盐岩蠕变对套管产生一个严重的非均匀附加外挤力而造成的,目前,国内外仍没有一套成熟的非均匀外载作用下的套管强度设计方法。根据实际全尺寸套管承受非均匀外载作用下的强度实验,研究了非均匀外载作用下油井套管的强度特性,提出了用“等效破坏载荷”及椭圆载荷的短、长轴之比来定量描述套管所受非均匀外载的概论,建立了非均匀外载下的套管强度设计图版,可用来检测盐岩等流变地层中下入套管的安全性或在已知套管外载时进行套管强度设计。实验结果表明:套管承受非均匀外载作用时其强度与承受均匀外压相比要低8～21倍。

利用非均匀外载数值模拟法优化盐间油藏套管类型

此文从盐间油藏套管损坏现状出发,分析了套管变形井的力学影响参数。利用现有测井资料、岩石力学参数及水力压裂参数建立与垂向地应力、水平地应力和蠕变外载力相关的非均匀载荷计算模型,然后利用非均匀外载与套管屈服强度、套管等效强度及径厚比的转换关系,计算出套管变形状态下的等效破坏栽荷和应具备的抗挤强度,最后优选出适合盐间油藏不同区块的套管类型。通过非均匀外载数值模拟法研究,定量分析了盐间油藏套管损坏的力学机理,形成了一套适合盐间油藏套管优选的理论计算方法,对国内外相似油田也起到了一定的指导作用。

非均匀外载下弯曲井眼中含缺陷套管抗挤强度计算新模型

目前套管抗挤强度通常按照ISO 10400标准计算,但该标准在计算时将斜井视为直井,未考虑井眼弯曲的影响。虽然已有学者建立了考虑井眼弯曲后的套管抗挤强度计算公式,但其公式未考虑套管制造缺陷如不圆度、壁厚不均的影响,不符合实际情况。为了建立综合考虑各项影响因素的套管抗挤强度计算公式,将井眼弯曲、制造缺陷考虑在内,建立了套管抗挤强度计算新模型。研究结果表明:①新建模型考虑了套管所受非均匀外载、井眼弯曲、制造缺陷对抗挤强度的影响,更符合井下套管实际情况;②通过对比得出自建公式计算出的抗挤强度值变化趋势与黄根炉教授建立的弯曲井眼套管抗挤强度公式计算值、ISO公式计算值的变化趋势一致;③通过有限元软件建立了弯曲井眼套管三维模型,将模拟值分别与自建公式计算值、黄根炉教授建立的套管抗挤强度公式计算值、ISO公式计算值进行对比,自建的公式计算值更接近有限元模拟值;④计算值变化趋势及其与模拟值的对比能反映出新模型的正确性及计算精度,可以为井下套管抗挤强度的精确计算提供参考。

非均匀外挤压载下套管挤毁界限的仿真研究

由于地层的坍塌、掏空等影响,井下套管不可避免的承受非均匀外挤压力,非均匀外挤压力对套管的挤压是其损坏的主要因素之一,对非均匀外挤压力下套管的挤毁界限的研究,不仅可以明确套管承受挤压变形的能力,而且能够有效地指导套损井的治理工作。本文针对油田中常用N80钢级5.5in×7.72mm型号的套管建立了套管-水泥环-地层弹塑性有限元模型,对初始椭圆度为零的套管在非均匀外挤压力下的挤毁界限进行研究。通过改变最大水平主应力和最小水平主应力之间的差值,研究了非均匀外挤压力以及外载荷不均匀度对套管挤毁界限的影响规律。根据仿真分析结果,得到了套管最大缩颈-即挤毁界限-与非均匀外挤压力之间的关系,并拟合出相应公式,通过引入外载不均匀度对该公式进行了修订完善,同时对套管在非均匀外挤压力下的挤毁行为进行了更加明确的表述,最后根据仿真分析得到的套管在非均匀外挤压力作用下的应力-应变曲线,确定了5.5in×7.72mm套管的最佳修井尺寸。

非均匀椭圆外载作用下套管的形变及修复

结合大港油田的实际情况,确立了在非均匀地应力作用下套管外部载荷的求解公式,建立了非线性有限元模型,借助ANSYS分析软件对套管在非均匀椭圆形外载作用下的变形和所受应力等情况进行分析研究。引入等效破坏载荷的概念,利用等效破坏载荷来衡量套管所承受的载荷大小,在分析套管破坏的基础上,进一步模拟分析其修复过程。

固井水泥环对套管承载能力的影响规律

固井质量的好坏直接影响油水井的使用寿命。通过采用计算机辅助工程 (CAE)方法 ,研究了水泥环缺损、水泥环不居中以及水泥环的性质对套管承载能力的影响规律 。

射孔对油气井套管抗挤压强度的影响

射孔是导致油水井套管技术性能变差的原因之一。油水井套管在井下承受均匀和非均匀2种形式的挤压载荷。通过对射孔后套管进行非均匀外载挤压试验,研究分析不同孔径、孔密等射孔参数,不同套管壁厚对套管抗挤压强度的影响。结果表明,同种外径的套管,壁厚对抗挤压强度的影响远大于射孔的影响,壁厚越大,强度越大;射孔孔径、孔密对套管抗挤压强度有影响,但射孔前后变化不大;套管承受非均匀外载时抗挤压强度下降较大,且非均匀性越强,下降越大。该文还对射孔段套管损坏的原因进行了分析,对套管防损和射孔参数选择堤出建议,为合理设计套管、选择射孔器以及射孔新技术推广应用提供了指导,以降低射孔对套管产生的损伤。

一种机械式模拟套管围压的试验方法

套管围压的试验方法一般是通过液压向套管试件施加外载,由于液体的特性,液压装置只能做到外载的均匀分布而不能模拟地层非均匀外载。为此,提出了一种新的套管围压试验方法并研制了相应的试验装置。该装置在模拟套管受外挤力时,能够模拟套管受均匀地应力和非均匀地应力作用。当套管外载从均布外载、椭圆非均布外载、双向外载到单向外载,其抗挤强度依次减小,其中,椭圆非均布外载导致套管抗挤强度降低13.2%,双向外载和单向外载分别导致套管抗挤强度降低70.4%和86.8%。利用该装置能够开展套管的安全设计工作和延长油井的作业寿命,较以前的方法更符合井下实际情况,更具有实用价值。