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井下工况及载荷对水泥环的影响研究

作　者: 李国
导　师: 郭小阳
学　校: 西南石油大学
专　业: 油气井工程
关键词: 水泥环损坏 损坏机理 套管试压 非均匀地应力 综合设计
分类号: TE256
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


在油气井建井及生产使用过程中，套管与水泥环共同承受外部载荷，其中任何一方的损坏都将对另一方乃至整个油气井的使用寿命产生严重影响，所以不能单方面考虑如何维护套管或者水泥环的完整性，必须从保护套管与水泥环整体完整性的角度进行研究。套管与水泥环的损坏是一个复杂过程，从钻井到开发以及后期增产都将对其产生影响。近年来，国内外学者围绕套管损坏问题展开了广泛和深入的研究，在套管损坏机理问题上取得了深刻的认识，然而在研究水泥环各项力学与几何参数的合理设计上，主要是考虑如何使设计的水泥环力学与几何参数对保护套管更加有利，其忽略了维护水泥环本身完整性的重要作用。为此，本文在对水泥环整个使用过程所经历的工况和承受的载荷进行分析的基础上，通过调整施工工艺和合理设计水泥环的各项力学与几何参数来达到维护层间封隔完整性的目的，具体内容如下： (1) 通过对水泥环整个使用过程的详细分析并结合目前水泥环设计方法得出：套管试压过程中引起的载荷与注水、酸化压裂等原因引起的非均匀地应力都可能导致水泥环的损坏，但目前的设计方法中又未全面考虑上述因素。 (2) 利用弹性力学的相关理论结合套管试压工艺建立套管与水泥环弹性耦合力学模型，得出套管与水泥环的应力、应变弹性解并编写计算程序。 (3) 利用计算程序详细分析了现行套管试压方法中水泥环的受力情况并得出，目前采用的套管试压方法完全可能导致水泥环损坏。 (4) 由于目前采用的套管试压方法完全可能导致水泥环损坏，所以本文在对现行套管试压方法详细分析的基础上提出了新的套管柱试压方法，以达到保护水泥环完整性和更好的检验套管密封性能的双重目的。 (5) 利用弹性力学的相关理论建立非均匀地应力作用下的套管、水泥环及地层的弹性耦合力学模型，得出套管与水泥环的应力、应变弹性解并编写计算程序。 (6) 利用计算程序分析非均匀地应力作用下，水泥环各力学与几何参数对套管与水泥环受力情况的影响。 (7) 结合目前套管柱设计思路，提出考虑非均匀载荷的设计方法和怎样在套管柱设计的基础上完善水泥环设计的综合设计方法。 (8) 编写水泥环参数设计软件，利用该软件可对套管与水泥环受力情况受水泥环各力学与几何参数影响情况进行分析，以达到更方便和更合理设计水泥环各力学与几何参数的目的。

全文目录


1 绪论  7-12
  1.1 固井水泥环问题研究现状  7-8
  1.2 研究目的和意义  8
  1.3 水泥环设计中载荷考虑的不全面性分析  8-10
  1.4 论文研究主要思路  10-11
  1.5 论文研究主要内容  11-12
2 套管试压对水泥环的影响研究  12-34
  2.1 套管与水泥环系统力学模型研究  12
  2.2 套管与水泥环系统力学模型弹性解  12-16
  2.3 套管试压是否导致水泥环损坏研究  16-33
    2.3.1 水泥环损坏判据  16
    2.3.2 表层套管柱试压是否会引起水泥环损坏分析  16-19
    2.3.3 技术套管柱试压是否会引起水泥环损坏分析  19-28
    2.3.4 生产套管柱试压是否会引起水泥环损坏分析  28-33
  2.4 本章小结  33-34
3 合理套管试压方法研究  34-47
  3.1 现行套管试压标准不合理性研究  35-38
    3.1.1 套管试压标准现状  35
    3.1.2 套管试压标准不合理性研究  35-38
  3.2 合理套管试压时间研究  38-39
  3.3 合理套管试压数值研究  39-40
  3.4 合理稳压时间及压降标准研究  40-43
    3.4.1 稳压时间分析  41
    3.4.2 压降标准分析  41-42
    3.4.3 合理稳压时间及压降标准确定  42-43
  3.5 合理试压液的选择研究  43-45
  3.6 套管鞋处环空封隔能力检验方法研究  45-46
    3.6.1 原因分析  45
    3.6.2 检验方法  45-46
  3.7 本章小结  46-47
4 非均匀地应力下水泥环参数对套管与水泥环应力影响分析  47-69
  4.1 地层水泥环套管系统力学模型研究  47-48
  4.2 地层水泥环套管系统力学模型弹性解  48-54
  4.3 算例分析  54-67
    4.3.1 边界条件的检验以及边界应力分布  55-57
    4.3.2 套管与水泥环应力受水泥环参数影响分析  57-67
  4.4 本章小结  67-69
5 套管与水泥环综合设计研究  69-88
  5.1 套管强度设计研究  70-77
    5.1.1 套管三轴应力强度计算  70
    5.1.2 套管等效抗挤强度计算  70-71
    5.1.3 套管柱三轴应力强度设计  71-77
  5.2 水泥环设计研究  77-87
    5.2.1 水泥环设计思想  77
    5.2.2 水泥环设计软件研究  77-84
    5.2.3 实例分析  84-87
  5.3 本章小结  87-88
6 结论  88-90
参考文献  90-92
致谢  92-93
答辩委员会  93

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 钻井工程 > 洗井、固井、完井、油层损害与预防 > 固井工程
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