页岩水平井套管受力分析及应力分布数值模拟研究

发布时间：2020-06-21 01:42

【摘要】：页岩油气的开采需要进行大规模的压裂,这样高强度的施工会对套管造成严重的损坏。因此分析页岩水平井水平段套管的受力及应力分布情况,对于预防套管损坏有十分重要的实际意义。本文基于数值模拟方法结合套管受力情况,进行了以下内容的研究:(1)分别计算垂直段和水平段套管在下入过程的摩擦力和轴向力,并基于软杆模型和刚杆模型计算弯曲段套管在下入过程的摩擦力和轴向力。结果表明:套管的轴向载荷随着井深的增加而减小;随着井深的增加,摩擦阻力在造斜段之前可很小,造斜段之后,摩擦阻力逐渐增大。(2)应用ABAQUS有限元模拟软件,模拟在压裂过程中某些因素对套管应力的分布的影响。结果表明:随着温差的升高,最大温度应力几乎呈线性增加,地层温度每变化1 ~oC,作用在套管上的应力改变2Mpa;在不均匀载荷下,套管所受的最大等效应力明显增大,并且套管的径向应力分布不均匀。(3)应用ABAQUS有限元软件,模拟分析温度和不均匀载荷耦合因素对套管应力分布的影响规律。结果表明:温度和不均匀载荷耦合模型套管的应力分布差异较大。套管呈现两截面端受力小,中间段受力大的特点,并且中间段套管的径向截面受力不均匀,因为应力的不均匀分布,导致套管发生了椭圆变形。(4)在考虑实际套管内压、温度和不均匀载荷作用下,分析套管应力分布规律。研究表明:整个套管总体受力较大,相位角相差90度的两个轴向平面应力值差异很大,使套管发生椭圆变形。
【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;TE243
【图文】：

示意图,井壁应力,状态,示意图

第二章套管损坏的影响因素和形态分析会发生损坏，是因为施加在套管上的力大于套管本身承受外力的最大者损坏。后期开采过程的压裂作用，使得套管外载发生极大的变化，可能性。对于页岩井，套管损坏的情况发生同样制约着资源的开发，套管损坏的原因和套管损坏的形态，以便确定套管的轴向受力和径向分析套管的应力分布情况。管损坏的地质因素分析周围岩应力对套管损坏的影响井作业前，地下岩石在原位地应力的作用下保持平衡，钻井时会打破施工井附近的应力场发生变化[33]，地层应力经水泥石环作用于套管外平衡系统。由于钻井而使地层裸露的区域其支撑流体压力的大小在一定力高于井周围岩的强度极限时，这部分的岩石在流体压力的作用下会重时甚至会导致地层坍塌。井周地应力大小及其分布和地层岩石的性力的主要原因，图 2-1 是井壁应力状态图。

套管损坏,类型分布

会对套管孔眼形成撕裂作用。套管损坏形态分析根据损坏程度的不同，套损可以分为两种：严重损坏和轻微损坏。严重损坏是曲、错断等损坏形式，这可能直接导致井的停产。轻微损坏是套管的局部区域；对于不同的井，影响因素的差异会造成套管损坏的形态也存在差异。套管损裂、变形、错断等几种基本类型。通过调研文献统计套管的损坏类型，得到以，如图 2-2 所示：

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