基于多因素耦合的热采井套损影响及防治研究

发布时间：2017-04-10 14:26

  本文关键词：基于多因素耦合的热采井套损影响及防治研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今稠油资源丰富,注蒸汽法作为稠油开采的主要方式已被广泛应用。然而,油田热采井套管柱损坏率逐年增加,套损一直是油田开发中存在的一项技术难题,加之引起套损的因素多,各因素之间相互作用机理复杂,套损后对修复工具理论研究较少,这给油田生产造成了巨大的损失,严重影响了油井产量和经济效益。基于此,本文将非均匀地应力、高温高压和套管-水泥环本身质量等多种因素热固耦合,系统研究这些复合因素作用下的套损影响机理,并结合分析提出相应的套损预防和治理措施。本文主要进行以下工作：(1)运用弹性力学理论建立套管-水泥环-地层系统数学模型,研究热采前完整套管的近井应力场和位移场。分析了磨损管套损的影响,得出非均匀地应力下套管应力分布规律。(2)建立耦合多因素作用下的热采井套管热应力有限元模型,建立不同因素作用下套管的温度场和应力场,分析非产层和产层处套损影响机理,针对重要影响因素,进行热采井套管安全性多因素正交试验设计,对各因素进行敏感性分析,确定各因素作用下的显著水平,得出显著因素与套管热应力间的函数关系,并给出其等值线图,基于此提出热采下套损定量预防措施。(3)研究了固井水泥环缺陷,尤其分析气侵通道缺失和周向缺失不同缺陷参数下热采井套损的影响。得出水泥环气侵通道缺失占比和周向缺失深度对热采井套管应力影响较大,套管最大Mises应力随气侵缺失占比和水泥环周向缺失增大而增大。(4)针对由非均匀地应力引起的套管椭圆变形,设计一种可控防卡油气井套管整形装置,研究其工作原理。该装置结构简单,密封和润滑性能良好,能通过地面提供的压差合理控制整形,实现其可控。(5)基于莫尔积分理论推导套管修复时整形力和工具极差间的关系,并用真实值修正了理论值。利用弹塑性理论得到整形套管残余应力计算模型,利用有限元ABAQUS得出最长残余应力带的分布规律,基于残余应力优化滑块锥角在70°-80°范围内选取。本文为研究热采井套损机理提供了有力的理论支持,针对提出套损防治措施对油田后期套损修复具有重要意义,因此该研究不仅有理论上的意义,而且有工程实用价值。
【关键词】：热采井套损 非均匀地应力 多因素热固耦合 整形装置 ABAQUS
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE358
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 热力采油简介9-10
• 1.1.1 蒸汽吞吐9-10
• 1.1.2 蒸汽驱动10
• 1.2 研究目的和意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.3.1 国内研究现状11-12
• 1.3.2 国外研究现状12-13
• 1.4 主要研究内容和创新点13-15
• 1.4.1 主要研究内容13
• 1.4.2 本文创新点13
• 1.4.3 研究思路13-15
• 第2章 非均匀地应力对套管承载的影响15-35
• 2.1 非均匀地应力场分析15-17
• 2.1.1 非均匀地应力简介15
• 2.1.2 地应力的测量和反演15-16
• 2.1.3 非均匀地应力的计算16-17
• 2.2 非均匀地应力下套管受力解析解17-24
• 2.2.1 系统力学模型建立17-19
• 2.2.2 近井套管应力场解析解19-24
• 2.3 非均匀地应力下套管受力有限元解24-28
• 2.3.1 几何和材料属性25
• 2.3.2 网格划分和边界条件25
• 2.3.3 模型验证25-26
• 2.3.4 套管近井应力场和位移场26-28
• 2.4 非均匀地应力下磨损套管的影响分析28-34
• 2.4.1 月牙形磨损套管的计算模型28-30
• 2.4.2 月牙形磨损套管的有限元模型30
• 2.4.3 磨损结构参数对套管的影响分析30-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 耦合多因素的热采井套管安全性分析35-58
• 3.1 热采井套管热应力计算35-42
• 3.1.1 热采井井筒结构35-36
• 3.1.2 套管工况载荷分析36-37
• 3.1.3 井筒温度场37-39
• 3.1.4 套管热应力39-40
• 3.1.5 热疲劳机理40-41
• 3.1.6 模型边界条件41-42
• 3.2 热采井套管安全性有限元分析42-48
• 3.2.1 有限元模型42-45
• 3.2.2 温度场分析45-47
• 3.2.3 热疲劳分析47-48
• 3.3 热采井套管多因素安全性正交试验设计48-56
• 3.3.1 正交试验设计简介49
• 3.3.2 正交试验设计49-50
• 3.3.3 正交直观分析50-52
• 3.3.4 方差分析52
• 3.3.5 敏感性分析52-53
• 3.3.6 热应力定量关系式53-55
• 3.3.7 注采因素优化55-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第4章 水泥环缺陷对热采井套管损坏的影响58-68
• 4.1 水泥环缺陷58-59
• 4.2 水泥环气侵通道缺失对热采井套损影响59-62
• 4.2.1 气侵通道缺失模型59-60
• 4.2.2 计算结果和讨论60-62
• 4.3 水泥环周向缺失对热采井套损影响62-67
• 4.3.1 水泥环周向缺失模型63
• 4.3.2 计算结果和讨论63-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 热采井套损防治措施研究68-92
• 5.1 热采井套损预防措施研究68-71
• 5.1.1 热采井套损原因分析68-69
• 5.1.2 热采井套损预防措施69-71
• 5.2 套损治理工具结构设计71-77
• 5.2.1 典型的机械式整形工具71-72
• 5.2.2 一种可控防卡油气井套管整形装置72-74
• 5.2.3 主要技术特点和技术参数74-75
• 5.2.4 整形装置的可控性分析75-77
• 5.3 套损修复力学分析77-84
• 5.4 基于残余应力的整形装置结构优化84-91
• 5.4.1 整形残余应力84
• 5.4.2 残余应力计算模型84-86
• 5.4.3 残余应力有限元模型86-88
• 5.4.4 残余应力分布规律88-91
• 5.5 本章小结91-92
• 第6章 结论和展望92-93
• 6.1 结论92
• 6.2 展望92-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-98
• 附录98-99
• 攻读硕士学位期间发表的论文99

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