注蒸汽热采井套管损坏机理研究

考虑环空水泥环在轴向和径向给予套管柱的弹性约束和摩擦约束，对注汽期间套管柱产生的轴对称热胀应力进行了近似分析，分析发现，在封隔器附近靠近接箍端面的地方，套管柱可能产生严重的缩颈变形，其变形值和套管柱受热膨胀时接箍端面对水泥环台肩的推力有关系。研究结果表明，大部分注蒸汽热采井的套管损坏位置都集中于油藏盖层内，其原因是存在着和局部缩颈变形相对应的恶性局部应力，必须设法控制这种局部应力才能延长套管柱的使     

页岩气井套管内压周期变化对水泥环密封失效的实验研究

压裂、回注、储气库注采等作业将造成套管内压的循环变化,最终导致水泥环的密封失效.针对前人套管内压循环变化造成水泥环密封失效破坏的实验研究并结合最新的实验结果,分析了是否考虑地层岩石约束两种井眼系统工况条件下的水泥环失效破坏方式.分析结果显示:未考虑地层岩石约束的实验易导致水泥环的周向拉伸破坏而产生径向裂纹;套管-水泥环界面过渡区的存在能降低水泥环的径向压应力和周向拉应力,从而降低水泥环产生拉伸破坏的风险;考虑地层岩石的约束时,水泥环内外界面受到套管和地层岩石的径向和周向约束,阻止了已经达到拉伸强度极限的水泥环发生拉伸破坏而产生径向裂纹的趋势;套管内压增大时,井下工况中水泥环主要发生塑性屈服破坏产生微环隙,基本不会发生周向拉伸破坏.研究成果可为固井优化设计提供参考.     

射孔参数对套管强度的影响研究

射孔工艺指在套管和水泥环上射孔.射孔提供了油气流入井筒的流体通道,但降低了套管强度.采用有限元法分析射孔孔径、射孔孔密和射孔相位对套管变形和应力的影响.结果表明,射孔孔径、射孔相位和射孔孔密越大,套管的变形和应力也越大.     

非均匀地应力作用下套管与水泥环的受力分析

以地层－水泥环－套管组合系统为研究对象。以弹性力学为基础。对套管及水泥环在理想状况下受非均匀地应力和均匀内压共同作用时的受载特性进行了分析，并依据不同的接触条件推导出相应的线性代数方程组。借助于计算机计算出不同地应力作用下套管、水泥环内部应力及表面受力分布，并可分析水泥环弹性模量及厚度、套管壁厚、水泥环与套管的接触状况等因素对套管及水泥环受力分布的影响。     

水泥环对套管抗内压强度的影响研究

通过有限元模拟,计算分析了水泥环对套管的抗内压强度影响。得出有水泥环保护下,磨损套管的剩余抗内压强度变化规律。同时,对水泥环缺失条件下进行有限元计算。分析水泥环缺失一定角度时对套管抗内压强度的影响,得出水泥环在缺失不同角度时套管剩余抗内压强度的变化规律。通过分析发现水泥环缺失一定角度产生应力的集中,套管抗内压强度会比无水泥环保护时更低,若此时套管同时发生磨损,对套管强度和井控安全影响巨大。     

椭圆水泥环厚度和弹性模量对套管受力的影响分析

根据岩石力学和弹塑性力学理论,建立套管-水泥环-地层力学模型,采用有限元方法研究分析不同地应力条件下椭圆水泥环厚度和弹性模量对套管应力的影响,研究结果表明:在均匀地应力条件下,一定厚度的圆形水泥环对减小套管受力有益,在非均匀地应力条件下,采用椭圆水泥环能有效的减小套管应力.     

应用有限元分析法分析热采井套管柱应力

以套管-水泥环-地层为研究对象,在理想状况下,受均匀内压、均匀地应力、温度载荷等共同作用时的承载特性进行分析。采用PLANE183平面应变单元,对套管-水泥环-地层进行单元离散,建立套管柱有限元力学模型。推导并建立了位移函数、形函数的计算方程。通过算例说明模型和计算方法的可行性。     

页岩-液体作用对套管变形的影响研究

页岩气井压裂后套管变形问题严重，已成为制约页岩气资源高效开发的瓶颈，但目前引发套变现象的原因仍认识不清，且无有效防治措施。根据页岩结构特征及力学性质，结合数值模拟技术对页岩-液体作用对套管变形的影响及其防治措施开展研究。结果表明，由于液相侵入导致的裂缝层间膨胀会造成页岩在液体作用下产生微弱形变，由于页岩力学强度高，且水化后仍具备较高的弹性模量，造成液-岩反应后的膨胀变形会产生较强的作用力，在无应力释放的情况下该作用力施加在套管上导致套管应力增加，对套管变形产生重要影响。水泥环弹性模量的降低以及密集射孔能够对防治套管变形起到积极作用。     

基于有限元建模技术确定注水井安全注入压力

针对气田水回注过程中,注入压力过高容易诱发套管损坏、水泥环破裂、注入水窜漏等安全、环保问题,开展了气田水回注安全注入压力计算方法研究。通过对注水过程中套管、井壁水泥环和地层受力分析,结合岩石力学实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度等力学参数,利用有限元法,建立考虑流固耦合的注水井有限元模型,模拟注水条件下套管、水泥环与地层的应力分布,综合确定注水井理论安全注入压力;该方法在四川盆地川中地区气田水回注井生产管理中得到了应用,可以为回注井规划部署提供重要依据。     

模拟压裂作用对水泥环密封性破坏及改善研究

利用全尺寸水泥环密封性评价装置,研究了多段压裂作用下水泥环的密封完整性。分析了密封性破坏的机理;并提出了相应改善措施和评价标准。试验结果显示基浆水泥环在压裂交变应力作用下,加卸载次数较少时,水泥环密封完整性即遭到破坏;密封性失效发生在卸压阶段水泥环与套管之间的界面处。表明在套管内压高应力作用下,弹性模量较高的基浆水泥环中产生较大的应力,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;卸载时套管弹性回缩,水泥环中塑性变形不可完全恢复而存在残余应变,导致二者在界面处的变形不协调一致而引起拉应力。随着压裂应力交变次数的增加,水泥环塑性变形不断累积,卸载后的残余变形和拉应力也随之增大。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,水泥环密封性破坏。采用掺入胶乳、弹性粒子等形成弹塑性水泥石,弹性模量降低并保持较高的抗压强度,压裂作用时水泥环中产生的应力相对其抗压强度较低,产生的塑性变形较小,因此提高了水泥环保持密封完整性时压裂应力交变的次数,改善了水泥环的密封性。     

波动压力约束条件下套管与井眼之间环空间隙的研究

利用一维不稳定流动的基本方程,对套管与井眼环空间隙不同时的波动压力进行了计算,绘出了环空间隙与最大井底波动压力之间的关系曲线。根据此曲线及地层破裂压力的最大极限值,可以确定某种尺寸套管与并眼之间间隙的最小值。研究结果表明,在套管与并眼间隙相同的条件下,套管尺寸越大,井底最大波动压力也越大。从控制井底最大波动压力的角度考虑,在确定套管与井眼之间的环空间隙时,大尺寸套管应采用较大的间隙。从波动压力因素方面考虑,由浅井条件所确定的套管与井眼之间的环空间隙同样适合于深井条件。     

稠油热采井补贴管管柱界面粘脱分析与防治

稠油井注汽热采过程中,热应力易使补贴管与水泥环之间出现微裂缝、微环隙,致使界面出现粘脱现象,进而导致补贴失效。为延长补贴管使用周期,首先基于井下管柱三轴热应力理论与界面破坏准则,运用ABAQUS有限元软件建立热采井补贴管热力耦合三维有限元模型,模拟实际注蒸汽热采过程,得出补贴管-水泥-旧套管-水泥-地层系统的温度场、应力场分布规律及补贴管界面粘脱情况,并研究不同注汽温度、注汽压力、胶结强度等因素对补贴管界面粘结状态的影响;随后将预应力技术应用于补贴管二次固井过程中,并在不同工况下将施加预应力技术前后补贴管界面粘脱状态进行对比,界面粘脱长度显著降低;最后确定了不同温升条件下的预应力施加值,为二次固井与套损治理提供指导意义。     

注蒸汽吞吐井井筒应力的数值计算方法

将注蒸汽吞吐井井筒温度场的计算结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS计算了不同约束条件下的井筒应力。计算结果表明,最大热应力都发生在套管内壁,且超过了N80套管的热弹性屈服极限;最大热膨胀都发生在温度变化过渡区,当套管周围掏空时,其热应变达到了2%,远远超过材料弹性极限应变值(0 3%),这是导致热采井套管变形损坏的主要原因。     

热采井筒应力的数值模拟分析

将注汽热采井井筒温度场传输到井筒应力模型中 ,用有限元软件ANSYS进行了计算。计算结果表明 ,使用常温套管弹性模量对套管极限温度载荷进行计算 ,所得极限温度比实际极限温度要低 ,因此能提高设计结果的安全性。增大水泥高温热膨胀系数有利于保护套管和水泥环。     

水平井下套管摩阻分析计算

通过分析带扶正器套管柱的受力与变形,导出了套管柱在水平井中的摩阻计算模型。模型考虑了管柱单元体的刚性效应及套管扶正器的影响,同时对实测井斜数据进行平滑和插值处理。在克拉玛依油田的试验水平井HW701中用该模型开发的软件预测了完井套管柱下入的摩阻力和井口载荷,预测结果与实测结果吻合较好。     

水平井分段压裂过程对水泥环完整性影响

水平井分段压裂过程中出现的套管损坏和水泥环完整性问题日益引起关注。目前研究的重点包括地层滑移、套管和水泥环受力等,而对分段压裂过程造成影响的研究较少。为了建立水平井分段压裂水泥环完整性计算模型和方法,首先,利用有限元软件建立有限元模型,得到水平井分段压裂过程中水泥环弹性区和塑性区分布;其次,利用离散元模型分析有限元中得到的塑性变形区域,获取塑性变形区域内水泥环的微裂纹数量;最后,依据水泥环塑性区分布和微裂缝数量得到水泥环的完整性评价。研究表明,除了套管和水泥环刚度比、套管偏心率和水泥环缺陷对水泥环完整性有影响,水平井的压裂段数的影响也较为明显。随着套管和水泥环刚度比增加,水泥环完整性增强;套管偏心率增加和水泥环存在缺陷降低水泥环完整性;水平井压裂段数越多,水泥环完整性降低。     

沥青加铺层温度应力研究(Ⅰ)：力学模型

研究比较了3维有限元模型、平面有限元模型和弹性地基上双层叠合梁模型在分析旧混凝土路面上沥青加铺层温度应力的适用性,指出加铺层路面结构变形视二垂直方向变形之叠加是可行的.由于旧混凝土路面接缝造成的结构间断,加铺层层底应力集中现象明显,收敛较其截面内力(弯矩和轴向力)困难,加铺层受力状况宜用其截面内力表征.调整双层梁的水平剪切变形和竖向拉压变形效应系数,弹性地基上双层叠合梁模型的加铺层截面内力计算结果与2维平面模型的结果具有很好的一致性.     

固井规划系统目的分析及套管柱优化设计模型

根据系统工程的理论对固井工程规划系统结构进行了分析，建立了固井规划系统的目的分析程序．该程序是将固井规划过程定义为一个完整的系统，它具有一般系统的整体性、相关性、目的性和对环境的适应性等属性．该系统按其功能可分解成５个子系统，对每个子系统可以建立计算模型。文中以套管柱优化设计为例讨论了子系统的建模过程．     

高温气井套管性能变化对井口抬升高度的影响

井口抬升高度对高温气井管柱设计、固井设计以及地面管线设计等至关重要,但套管性能、自由段长度等因素对井口抬升高度影响显著。为阐明井口抬升机理,分析套管性能对井口抬升高度的影响,充分考虑温度对套管力学性能的影响,建立多因素作用下井口抬升高度预测模型,并分析受温度变化影响抬升高度的关键因素。利用文昌气田X井测试管柱实测数据分析不同情况下套管热膨胀系数和弹性模量对抬升高度的影响。结果表明:同时考虑热膨胀系数和弹性模量共同作用的预测模型对井口抬升高度影响最大,与现场实际最为接近,应作为工程分析的首选。研究结果对井口抬升高度预测及油气井安全生产具有重要的指导意义。     

温度对套管接头螺纹接触压力的影响

In high-temperature(HT)-high-pressure(HP) gas wells and steam injection wells,the heat stress caused by temperature difference had great effect on contact pressure of casing joints.The distribution of the contact pressure became non-unifonn with the HT difference,the effective stress in casing joints was about equal to its yield strength,and the joints produced the plastic deformation. As a result, sealing ability of casing joints should be paid another attention. The mechanical model was set up for casing joints with the elastic-plastic finite element method.The influence of the temperature to casing joints was analyzed because of change of temperature, which will provide a quantitative basis for safe using of casing joints in HT wells