本文關鍵詞：熱采井套管應力的彈塑性分析

  更多相關文章： 熱采井 塑性變形 彈塑性分析 井筒溫度場 熱應力

【摘要】：我國稠油資源是油氣資源的重要組成部分,在總資源中的比例達到20%-25%。稠油有多種開采方式,其中以蒸汽驅、蒸汽吞吐和火燒油層三種方法為主,我國一般以蒸汽吞吐方法為主。稠油開采中套管損壞現(xiàn)象時常發(fā)生,影響稠油開采進程,對油田經濟造成嚴重影響。在稠油的開采過程中注入高溫高壓蒸汽,套管產生熱應力,多個生產周期循環(huán)作用,套管冷熱交替還可能產生殘余應力,加快套管的破壞程度。為了更好的優(yōu)化稠油井的井筒結構、高效安全的進行稠油活動,準確預測稠油開采過程中井筒內溫度場和熱載荷的分布,分析每個生產周期內套管的應力分布是具有重要意義的。本文針對熱采井套管每個生產周期內的工況,對熱采井套管進行了以下幾方面分析:在分析熱采井采油方式和其井筒結構基本特點的基礎上,以熱采井井筒-地層危險段為研究對象,分析了一個生產周期內的耦合溫度場,并建立溫度場的非穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型;得到套管、水泥環(huán)及地層三者的溫升函數(shù),分析了稠油熱采井內套管、水泥環(huán)及地層在整個生產周期內的溫度變化。在熱彈性力學和均勻內外壓作用的厚壁筒理論的基礎上,建立了井筒-地層耦合應力場的力學模型,在彈性條件下分析了套管、水泥環(huán)及地層的應力情況,并計算出三者的應力和位移表達式;根據(jù)某油田熱采井的常規(guī)參數(shù),分析出單個生產周期內三種不同鋼級套管的應力分布及屈服情況。在屈雷斯卡屈服條件的基礎上,建立了井筒-地層耦合應力場彈塑性力學模型,分別推導了套管、水泥環(huán)彈性區(qū)及塑性區(qū)應力及位移的分布公式;根據(jù)套管、水泥環(huán)、地層三者緊密接觸,滿足位移協(xié)調方程,得到套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)的接觸壓力及屈服半徑,并求得一個生產周期后套管、水泥環(huán)發(fā)生的不可恢復塑性變形,重復計算得到套管的安全生產周期。運用VB編程軟件編寫了套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)彈性及彈塑性應力分析軟件,并結合某油田熱采常規(guī)參數(shù)計算了三種鋼級套管的生產周期。
【關鍵詞】：熱采井 塑性變形 彈塑性分析 井筒溫度場 熱應力
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE931.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀分析12-15
• 1.2.1 熱采井套管溫度場的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 熱采井套管應力的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要研究內容15-17
• 第2章 稠油熱采開采方式及套管載荷分析17-30
• 2.1 稠油開采方式17-22
• 2.1.1 蒸汽吞吐開采方式19-21
• 2.1.2 蒸汽驅開采方式21-22
• 2.2 套管損壞情況及損壞機理22-26
• 2.2.1 套管損壞情況22-25
• 2.2.2 套管損壞機理25-26
• 2.3 套管環(huán)境載荷計算26-29
• 2.3.1 普通井套管環(huán)境載荷分析26-28
• 2.3.2 熱采井套管環(huán)境載荷分析28-29
• 2.4 本章小結29-30
• 第3章 井筒-地層耦合溫度場計算模型30-44
• 3.1 熱采井井筒傳熱分析30-31
• 3.2 井筒-地層耦合溫度場模型構建31-38
• 3.2.1 溫度場模型及基本假設31-32
• 3.2.2 地層有效范圍確定32-35
• 3.2.3 注采周期危險段溫度場計算35-38
• 3.2.4 Laplace反變換數(shù)值反演方法38
• 3.3 實例計算與結果分析38-43
• 3.3.1 地層有效范圍確定39
• 3.3.2 井筒-地層耦合溫度場計算39-43
• 3.4 本章小結43-44
• 第4章 井筒-地層耦合應力場的彈性分析44-61
• 4.1 井筒應力分析理論基礎44-48
• 4.1.1 內外壓作用下的厚壁筒理論44-46
• 4.1.2 熱彈性力學基本理論46-48
• 4.2 套管應力計算模型48-51
• 4.2.1 彈性狀態(tài)下套管的力學模型48-49
• 4.2.2 套管的應力與位移49-51
• 4.2.2.1 內外壓作用下套管的應力與位移49-50
• 4.2.2.2 熱彈性力學下套管的應力與位移50
• 4.2.2.3 套管的總應力與位移50-51
• 4.3 水泥環(huán)應力計算模型51-53
• 4.3.1 彈性狀態(tài)下水泥環(huán)的力學模型51-52
• 4.3.2 水泥環(huán)的應力與位移52-53
• 4.4 地層應力計算模型53-55
• 4.4.1 彈性狀態(tài)下地層的力學模型53
• 4.4.2 地層的應力與位移53-55
• 4.5 系統(tǒng)應力計算模型55-56
• 4.5.1 彈性狀態(tài)下系統(tǒng)的力學模型55-56
• 4.5.2 系統(tǒng)接觸壓力計算56
• 4.6 實例計算及結果分析56-60
• 4.7 本章小結60-61
• 第5章 井筒-地層耦合應力場的彈塑性分析61-72
• 5.1 屈服條件61
• 5.2 套管彈塑性分析61-64
• 5.2.1 彈塑性狀態(tài)下套管的力學模型62
• 5.2.2 套管塑性區(qū)應力及位移62-64
• 5.2.3 套管彈性區(qū)應力及位移64
• 5.3 水泥環(huán)彈塑性分析64-66
• 5.3.1 彈塑性狀態(tài)下水泥環(huán)的力學模型64-65
• 5.3.2 水泥環(huán)塑性區(qū)應力及位移65
• 5.3.3 水泥環(huán)彈性區(qū)應力及位移65-66
• 5.4 套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)的彈塑性分析66-69
• 5.4.1 彈塑性狀態(tài)下系統(tǒng)的力學模型66
• 5.4.2 彈塑性狀態(tài)下系統(tǒng)屈服半徑計算66-69
• 5.4.3 系統(tǒng)不可恢復的塑性位移69
• 5.5 實例計算與結果分析69-71
• 5.6 本章小結71-72
• 結論72-73
• 參考文獻73-77
• 攻讀碩士學位期間的科研任務與主要成果77-78
• 致謝78

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曲慧,郭祥元,燕中慶,李紅梅,馬洪亮;通過綜合治理邊底水侵來降低熱采井綜合含水[J];油氣田地面工程;2002年05期

2 呂瑞琪;許明;;熱采井井筒熱應力耦合分析[J];地下空間與工程學報;2011年01期

3 鄭超;劉建軍;何翔;薛強;;熱采井不同注汽速率的儲層壓力場數(shù)值模擬[J];武漢工業(yè)學院學報;2008年04期

4 高連新,金燁,張居勤,嚴雪榮;優(yōu)質熱采井用石油套管的研制[J];上海交通大學學報;2004年10期

5 馬新玉,袁美,徐東,王樹海;提高熱采井多輪次吞吐經濟效益的配套措施[J];油氣田地面工程;2005年02期

6 紀佑軍;劉建軍;程林松;廉培慶;;基于熱-流-固耦合的熱采井受力數(shù)值計算[J];工程力學;2011年03期

7 毛東風,崔孝秉,張宏;熱采井首次注蒸汽后井筒應力分析[J];石油礦場機械;1998年02期

8 王富民,馬傳忠,隋建國,劉利梅;中二北熱采井轉周工藝優(yōu)化[J];油氣田地面工程;2003年05期

9 韓來聚;賈江鴻;閆振來;;基于應變的熱采井套管設計方法[J];中國石油大學學報(自然科學版);2014年03期

10 陳勇;練章華;劉永輝;李留偉;;熱采井井筒熱應力耦合的數(shù)值模擬[J];石油礦場機械;2007年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 胡秉仁;盧小慶;方華;張冬梅;;高強度熱采井專用套管TP100H的開發(fā)[A];2001中國鋼鐵年會論文集（下卷）[C];2001年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 周金云;華菱衡鋼高抗扭熱采井套管成功下井[N];中國冶金報;2011年

2 任厚毅 岳振玉;國內首口熱采井不壓井作業(yè)現(xiàn)場試驗獲成功[N];中國能源報;2013年

3 通訊員 張希文 雷廷和;河南油田首次熱采井復雜取換套管獲得成功[N];現(xiàn)代物流報;2005年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張永貴;注蒸汽熱采井套管強度理論與試驗研究[D];燕山大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 秦滔;歡西油田熱采井套損機理及影響因素分析[D];東北石油大學;2015年

2 楊杰;熱采井套管應力的彈塑性分析[D];燕山大學;2016年

3 張孝;熱采井套管損壞數(shù)學模型的建立和分析[D];西安石油大學;2012年

4 葉延勝;熱采井外加厚套管受力分析[D];中國石油大學;2007年

5 郝明;熱采井套管強度計算方法與損傷機理研究[D];燕山大學;2014年

6 朱磊;注蒸汽熱采井套管及螺紋熱應力分析及強度評價[D];東北石油大學;2013年

，

本文編號：551751