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热采水平井完井管柱受力分析及优化技术研究

作　者: 隋晓东
导　师: 杨秀娟
学　校: 中国石油大学
专　业: 力学
关键词: 热采水平井完井管柱受力分析套管柱损坏
分类号: TE257
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水平井稠油热采技术是近来发展较快的稠油开采技术,由于其增产稳产效果明显,投资效率高,相比直井热采技术优势明显。热采水平井由于自身井眼结构的限制,注汽工况比直井要复杂的多,导致完井套管柱损坏的情况也比直井复杂严重的多。此外,由于稠油油藏的地质特点一般为相对疏松的砂岩油藏,稠油开采一般伴随着严重的出砂情况,这样一来对套管的受力环境又提出了更高的要求,使得水平井热采过程中套管柱受到的载荷类型和受力位置无法确定,最终导致热采水平井套管柱损坏的机理非常复杂。因此,系统周密地开展热采水平井完井套管柱在不同工况下的受力分析以及预防损坏工作,对热采水平井完井套管柱的设计及校核都具有非常重要的经济意义和战略意义。通过对热采水平井注蒸汽热采过程中套管柱受力分析的研究,结合弹性力学、材料力学、热力学及相应的数学理论,建立热采水平井热采过程中套管柱强度破坏及失稳破坏的受力分析模型,并推导出相应的计算公式。利用理论推导的结果采用计算机编制相应的计算程序,分别对两口热采水平井进行相应的计算分析,得出套管柱受力及变形的规律。建议在水平段套管柱上安装热应力补偿器,或在完井作业完成时对套管柱进行适当的回拖处理,使套管柱由于高温蒸汽作用产生的热膨胀位移得到释放,从而避免套管柱在注蒸汽过程中发生失稳破坏。采用能量法推导出具有初始椭圆度热采水平井完井筛管抗挤强度理论公式,讨论筛管的孔密、相位角、孔径、径厚比、屈服强度及初始椭圆度等因素对筛管抗挤强度的影响规律。建议在筛管的设计校核过程中使用小的布孔相位角,并且严格控制筛管的初始椭圆度,适当增加筛孔孔径及布孔密度,从而达到提高筛管抗挤强度,增加原油流通面积,提高单井产量的目的。最后在理论及计算分析的基础上,分别从钻完井阶段和注蒸汽热采阶段给出相应的热采水平井完井套管柱损坏防治措施及保护方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究目的及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
  1.3 论文主要的研究内容  13-14
    1.3.1 问题的提出  13-14
    1.3.2 主要的研究内容  14
  1.4 本文的研究方案  14-16
第二章热采水平井完井套管柱受力理论研究及实例分析  16-35
  2.1 概述  16
  2.2 热应力计算基本理论  16-20
    2.2.1 热传导的基本概念  16-17
    2.2.2 应力-应变的关系  17-19
    2.2.3 平衡方程  19-20
    2.2.4 协调方程  20
  2.3 套管柱在井筒中的受力状态及基本假设  20-21
  2.4 套管所受载荷及套管内应力  21-26
    2.4.1 套管内压力在套管内产生的应力及水泥浆对套管的外挤力  21-22
    2.4.2 套管初始轴向荷载及初始轴向应力  22
    2.4.3 套管弯曲应力  22
    2.4.4 套管及地层热应力  22-26
    2.4.5 套管的受力状态  26
  2.5 套管柱强度校核  26-27
  2.6 热采水平井完井套管柱受力分析实例  27-34
    2.6.1 完井及注蒸汽热采资料  27-28
    2.6.2 计算结果分析  28-33
    2.6.3 实际作业情况分析  33
    2.6.4 结论及建议  33-34
  2.7 本章小结  34-35
第三章热采水平井完井套管柱失稳破坏研究及实例分析  35-49
  3.1 概述  35-43
    3.1.1 热采水平井完井套管柱压杆失稳模型  35-37
    3.1.2 改进的压杆模型  37-43
  3.2 注汽过程中套管柱失稳分析  43-47
    3.2.1 井眼相关数据分析  43-44
    3.2.2 计算模型的建立  44-45
    3.2.3 套管柱失稳分析  45
    3.2.4 套管柱失稳破坏的相关建议  45-47
  3.3 本章小结  47-49
第四章热采水平井完井筛管抗挤强度理论分析及数值模拟  49-63
  4.1 概述  49-50
  4.2 完井筛管受力模型的建立  50-56
    4.2.1 筛管弹性抗挤强度分析  50-52
    4.2.2 筛管塑性抗挤强度分析  52-55
    4.2.3 筛管的抗挤强度分析  55-56
  4.3 有限元模型的建立  56-59
    4.3.1 模型的建立及计算  56-57
    4.3.2 计算结果对比  57-59
  4.4 各种影响筛管抗挤强度参数的对比分析  59-61
  4.5 本章小结  61-63
第五章热采水平井完井套管柱损坏防治措施及保护方法研究  63-69
  5.1 热采水平井套管损坏的主要形式  63
  5.2 造成热采水平井套管柱损坏的主要原因分析  63-65
  5.3 防治热采水平井套管柱损坏的方法研究  65-68
    5.3.1 钻完井阶段  65-68
    5.3.2 注蒸汽热采阶段  68
  5.4 本章小结  68-69
结论  69-72
参考文献  72-76
致谢  76

热采水平井完井管柱受力分析及优化技术研究

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