射孔段水泥环三维有限元模型的建立及应力分析

发布时间：2020-05-16 18:00

【摘要】：在油气井射孔完井施工过程中,聚能射孔弹产生的射流会射穿油气井套管管壁、水泥环和部分地层。由此,水泥环上就会出现一些沿射孔螺旋线的射孔孔洞,从而导致了水泥环的结构稳定性能降低。在后续的生产过程中,由于过高的载荷会造成带有射孔孔洞的水泥环内部更容易出现压碎或拉裂等结构破坏形式,从而对射孔段套管-水泥环-地层固结体的结构完整性产生了不可忽略的影响。为此本文以带射孔孔洞的水泥环固结体为研究对象,分析了载荷作用下射孔段水泥环固结体力学作用关系,建立了射孔段套管-水泥环-地层三维有限元模型。通过合理选择射孔段水泥环的应力应变曲线,以水泥环的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和屈服强度为评价指标,建立了射孔段水泥环的破坏准则。分析了不同射孔参数对水泥环孔眼处的应力分布规律,以及水泥环力学参数、地层力学参数和固结体几何参数对射孔段水泥环各应力的影响,从而评价了针对射孔段水泥环结构完整性的水泥环力学参数优选问题,为合理制定保障射孔段水泥环结构完整性措施提供了方法和手段。研究结果表明:带射孔孔洞的水泥环在孔眼周围存在明显的应力集中现象,并且最大等效应力出现在射孔孔眼上;射孔密度和射孔相位角对水泥环孔周应力影响较大,射孔孔深和孔径对其影响不是很大;水泥环弹性模量对射孔段水泥环应力影响较大,随着水泥环弹性模量的增加,其Mises应力、拉应力和剪切应力均逐渐增大。故在保证油气井井体结构稳定的前提下,为了进一步的提高油气井产能时,应该选择16孔/m,90°相位角的方式射孔,且不应选择过大弹性模量的水泥固井。
【图文】：

载压力和抵抗变形的功能[15]。由于水泥易遭到破坏的，而在射孔完井之后，带坏。因此想要建立射孔段水泥环的力学环的力学性质、承载能力和破坏形式。系和三轴应力作用下水泥石的应力-应变关要考虑的水泥环的本构方程。环的本构关系石具有明显的脆性破坏特征，加载过程。如图 2.1 所示。应力条件下，水泥石的本构关系可以用 E应变；E 为弹性模量。

图 2.2 三轴应力条件下水泥石应应变曲线应变关系（本构方程）可采用分段函数 eAeseEE 0 性变形阶段的弹性模量，由低载荷直线性模量，是应力、应变的函数； 为水泥石屈服强度及其应变量；s 、s 分别总应变量。塑性变形部分具有非线性性 所示。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE256

【参考文献】

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1 张景富;张德兵;张强;岳宏野;王博;杨金龙;;水泥环弹性参数对套管—水泥环—地层固结体结构完整性的影响[J];石油钻采工艺;2013年05期

2 房锡业;;复杂条件下油井套管损坏原因及预防措施[J];油气地质与采收率;2013年04期

3 汪艳;;内压对射孔套管强度影响的有限元分析[J];机械;2011年05期

4 魏瑞广;张小杭;廖艳培;;非线性代数方程的值域求根迭代法[J];装备制造技术;2011年04期

5 沈晓滨;;动载荷条件下水泥环损伤原因分析[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2010年05期

6 张景富;林波;王s，

本文编号：2667098