水平井弯曲段扁化套管强度安全性分析

发布时间：2020-03-29 07:31

【摘要】：水平井钻探过程中,岩性变化和钻压变化引起井眼弯曲,套管下入弯曲井段因井眼曲率不断增大使套管发生弯曲扁化变形,扁化后套管抗挤强度进一步降低。为明确弯曲段套管扁化前后承载能力,考虑套管壁与井壁连续接触,将传统三点弯曲模型改进为均布载荷弯曲梁模型,对比分析了弯曲段套管扁化前后的抗挤强度,得到套管扁化前后抗挤强度随井眼曲率变化规律。具体包括以下研究内容:利用材料力学弯曲内力理论建立均布载荷作用弯曲套管模型,利用弹性力学拉梅厚壁筒理论,导出均布载荷作用下弯曲套管所受三向应力与井眼曲率关系,利用Von Mises屈服失效判别准则得到均布载荷作用下弯曲套管扁化前抗挤强度公式;随井眼曲率增加,套管截面存在扁化率,应用应变能理论建立单位长度套管扁化模型,应用最小势能原理,得到套管截面扁化率与井眼弯曲曲率关系,利用Von Mises屈服失效判别准则得到均布载荷弯曲梁模型扁化套管抗挤强度公式。以常用5 1/2"P110、4 1/2"TP140V套管为例,仿真分析了未扁化套管抗挤强度,验证解析解的准确性;根据算例结果对比得到套管扁化前后抗挤强度随井眼曲率变化规律;为了解注入工况扁化套管强度安全性,分析固井段套管扁化前后强度安全系数随井深变化规律。结果表明:弯曲段套管扁化前后抗挤强度随井眼曲率增大而减小,扁化后套管抗挤强度减小幅度大于扁化前;注入工况下套管扁化前后等效应力强度、抗拉安全系数随井深增加而增大,套管抗内压安全系数随井深增加而减小;套管扁化后等效应力强度安全系数小于扁化前。研究结果为分析弯曲段套管扁化前后抗挤强度、控制注入工况压裂生产压差参数提供依据。
【图文】：

随弯曲半径、壁厚的变化关系。化研究，本章介绍水平井弯曲段套管弯曲扁化机理当套管发生扁化变形后随井眼曲率增加，扁化套管常开采作业。下套管扁化程度演变分析管受弯曲段井型影响迫使套管发生弯曲变形，弯曲产生拉伸作用[4]。套管弯曲凹凸两侧面所受弯曲应 所示，套管在进入弯曲井段时其变形过程随井眼曲性变形阶段、扁化变形阶段和挤毁变形四个阶段。凸两侧面所受的应力均较小，因此套管将发生线弹大于屈服极限时，套管将发生弹塑性变形；套管弯，，塑性部分沿着套管截面向弯曲曲率中心轴线移动段套管变形截面完全发生塑性变形后，套管变形发管承受载荷能力显著下降，该时刻套管所能承受的

力学弯曲变形理论得到造斜段套管弯曲变形挠曲线方程，当弯的本构关系[37]导出套管弯曲变形时应力与造斜率关系，即随井套管所受极限弯矩与所对应的极限井眼曲率。始阶段套管弯矩极值变形初始阶段所受弯曲应力随井眼曲率增大示意图，套管弯曲时的弯矩随井眼曲率增加而增大。当套管下入弯曲井段所对应井段套管外壁如图 2-2 所示位置上下两点 a、b 所受弯曲应力最料首先进入屈服状态。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE931.2

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本文编号：2605667