本文關(guān)鍵詞：基于井周地層熱—固耦合的熱采井套管損壞機(jī)理研究

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【摘要】：本文是在中石油新疆油田分公司的科研項(xiàng)目“重32井區(qū)、重18井區(qū)套管損壞原因分析與對(duì)策研究”資助下完成的。新疆風(fēng)城油田重18井區(qū)自2010年投產(chǎn)以來(lái),在3-4年間出現(xiàn)了87口井套管損壞,而且大部分為破裂失效,嚴(yán)重影響了油田生產(chǎn)和后期建設(shè)。為此,本文針對(duì)重18井區(qū)地質(zhì)、鉆完井和生產(chǎn)工藝參數(shù)開(kāi)展了統(tǒng)計(jì)分析,得到了造成套管損壞的主要因素。在此基礎(chǔ)上,本文采用熱-固耦合理論開(kāi)展了井周射孔套管-水泥環(huán)-地層在蒸汽吞吐作業(yè)過(guò)程中溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)變化的研究,揭示了套管在低輪次注汽破裂失效的機(jī)理,并進(jìn)一步分析了射孔參數(shù)、套管鋼級(jí)以及注汽參數(shù)對(duì)套管強(qiáng)度影響,提出了預(yù)防套管損壞的措施。論文的主要工作如下：(1)調(diào)研國(guó)內(nèi)外熱采井套管損壞研究相關(guān)資料,收集新疆油田公司風(fēng)城油田重18井區(qū)87口井套管損壞資料,從套管損壞類(lèi)型、套損出現(xiàn)位置、套管規(guī)格、注汽輪次、注汽參數(shù)、固井質(zhì)量和出砂情況等角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到影響重18井區(qū)套管損壞的因素,主要包括油井注汽溫度壓力過(guò)大、套管鋼級(jí)不足及油井嚴(yán)重出砂三個(gè)因素；(2)針對(duì)引起套管失效的主要因素,結(jié)合重18井區(qū)典型生產(chǎn)工況,建立射孔套管-水泥環(huán)-地層的熱-固耦合有限元模型,對(duì)井周溫度場(chǎng)、套管應(yīng)力場(chǎng)及套管強(qiáng)度等進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)比分析單輪次生產(chǎn)工況下射孔套管孔眼附近及本體的應(yīng)力分布和應(yīng)變數(shù)值的變化,得出射孔孔眼附近應(yīng)力遠(yuǎn)大于套管本體,孔眼附近產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象,孔眼內(nèi)部塑性變形超過(guò)6%,并且在注汽和燜井階段發(fā)生了超過(guò)500MPa的壓應(yīng)力變?yōu)?50MPa拉應(yīng)力的過(guò)程。射孔套管孔眼內(nèi)部可能在低輪次注汽時(shí)發(fā)生開(kāi)裂,由此揭示了套管低輪次注汽發(fā)生破裂失效機(jī)理；(3)在熱-固耦合模型基礎(chǔ)上,結(jié)合重18井區(qū)典型生產(chǎn)工況,建立熱采井射孔套管有限元模型,分析射孔參數(shù)、套管鋼級(jí)、套管壁厚、注汽參數(shù)對(duì)套管強(qiáng)度影響。得到對(duì)熱采井套管強(qiáng)度降低影響最小的射孔相位角為120°,其次為60°,孔密為16孔/m和20孔/m；套管壁厚對(duì)熱采井射孔套管影響不明顯；P110套管的射孔孔眼在應(yīng)力集中現(xiàn)象上的表現(xiàn)要優(yōu)于TP90H和N80套管,且其在注汽和燜井階段產(chǎn)生的塑性變形最小,但是應(yīng)注意P110套管在相鄰孔眼之間的應(yīng)力變較大。(4)針對(duì)重18井區(qū)套管損壞特性,提出套管損壞預(yù)防措施和延長(zhǎng)使用壽命的建議。建議射孔參數(shù)為相位角1200、孔密20孔／米,提高套管鋼級(jí)為110ksi,減少套管低輪次注汽開(kāi)裂失效；提高固井質(zhì)量,采取先期防砂完井技術(shù),保持套管周?chē)貙佑行еёo(hù)；采用預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)和選用熱應(yīng)力的補(bǔ)償工具,抵消熱應(yīng)力對(duì)套管影響。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TE931.2

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