本文選題：含天然氣水合物地層 + 套管應力�。� 參考：《西南石油大學》2017年碩士論文

【摘要】：目前,海洋油氣資源的開發(fā)已成為世界石油工業(yè)發(fā)展的趨勢,而深海油氣井的開發(fā)尚有大量技術難題待攻克,其中含天然氣水合物地層中的井筒完整性是亟需攻克的技術難題之一,基于此,本文針對含天然氣水合物地層不穩(wěn)定的問題對井筒中套管穩(wěn)定性和井筒完整性力學進行深入研究,并對井筒的安全性通過正交試驗分析法進行了討論。本文主要完成了以下工作:(1)應用多層組合厚壁圓筒理論建立了含天然氣水合物地層套管-水泥環(huán)-地層組合體力學模型,對井筒中套管應力進行了數值計算分析,通過與現(xiàn)有實驗結果對比分析,驗證該數值模型是可行的,為后期數值計算奠定了基礎。(2)基于已驗證的數值計算模型,計算了含天然氣水合物地層中完整井筒的溫度場和應力場,通過數值計算獲得了套管壁厚變化時的套管應力變化規(guī)律。(3)計算了在不考慮孔隙壓力和溫度耦合作用下,水泥環(huán)缺陷形狀(扇形、矩形、半圓形)對套管應力的影響,以及缺陷深度、缺失開度和缺陷數量對套管應力的影響。對比計算了水泥環(huán)缺陷處不含地層流體、缺陷處所含地層流體為水,以及缺陷處所含地層流體為濕泥土三種情況下的井筒溫度場和套管應力,研究了缺陷處的地層流體特性對井筒溫度場和套管應力的影響規(guī)律。(4)建立了含天然氣水合物地層井筒孔隙壓力和溫度耦合的數值計算模型,對比分析套管應力場與未考慮耦合情況時的不同,同時研究了鉆井液溫度、水泥材料傳熱特性對套管應力的影響。并對水泥環(huán)缺陷處不含水與含水兩種情況進行相應的對比分析。(5)運用正交試驗分析的方法,對影響套管應力場因素的敏感性進行對比分析,并基于MATLAB計算平臺對套管應力的定量表達函數關系進行了計算,運用Design-Expert對相應的關系云圖進行了分析。進而得到了極限工況下各因素的安全組合,可為現(xiàn)場施工中的套管安全使用提供理論指導。本文的研究內容為深海油氣井開發(fā)中遇到含天然氣水合物地層時井筒完整性評估提供了方法,從而減小深海油氣井的開發(fā)成本;為套管的安全性評價提供了理論依據,對預防含天然氣水合物地層中井筒的套損具有指導意義。
[Abstract]:At present, the exploitation of offshore oil and gas resources has become the trend of the development of the world petroleum industry. However, there are still a lot of technical problems to be solved in the development of deep-sea oil and gas wells. Among them, the wellbore integrity in the gas hydrate formation is one of the technical problems that need to be solved. In this paper, the casing stability and wellbore integrity mechanics in wellbore are deeply studied in view of the instability of gas hydrate formation, and the safety of wellbore is discussed by orthogonal test method. In this paper, the following work has been accomplished: (1) based on the theory of multilayer combined thick wall cylinder, the mechanics model of casing, cement ring and formation combination of gas hydrate formation has been established, and the casing stress in wellbore has been numerically calculated and analyzed. By comparing with the existing experimental results, it is proved that the numerical model is feasible, which lays a foundation for the later numerical calculation. The temperature field and stress field of the whole wellbore in the gas hydrate formation are calculated. The casing stress variation law with the change of casing wall thickness is obtained by numerical calculation. The influence of defect shape (sector, rectangle, semicircle) on casing stress, and the influence of defect depth, defect opening and defect quantity on casing stress. The wellbore temperature field and casing stress are calculated and compared under the condition that there is no formation fluid in the defect of cement ring, the formation fluid in the defect is water, and the formation fluid in the defect is wet soil. The influence of formation fluid characteristics at defects on wellbore temperature field and casing stress is studied. (4) A numerical calculation model of well bore pore pressure and temperature coupling in gas hydrate formation is established. The stress field of casing is different from that without coupling, and the effects of drilling fluid temperature and heat transfer characteristics of cement material on casing stress are studied. The sensitivity of the factors affecting the stress field of casing is analyzed by using the orthogonal test method, and the corresponding comparative analysis is made between the two situations of no water and water content in the defect of cement sheath, and the sensitivity of the factors affecting the stress field of the casing is compared and analyzed by using the method of orthogonal test. The quantitative expression function of casing stress is calculated based on MATLAB, and the corresponding relation cloud diagram is analyzed by Design-Expert. Furthermore, the safety combination of various factors under the limit working conditions is obtained, which can provide theoretical guidance for the safe use of casing in field construction. The research contents of this paper provide a method for evaluating wellbore integrity when gas hydrate is encountered in deep-sea oil and gas wells development, thus reducing the development cost of deep-sea oil and gas wells, and provides a theoretical basis for the safety evaluation of casing. It is of guiding significance to prevent casing damage in gas hydrate formation.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE52

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