页岩气井套管应变强化行为及机理研究

发布时间：2022-10-18 16:32

　　随着中国能源需求和消费的快速增长,页岩油气已成为近些年石油领域的开发热点。然而,页岩气井套管变形损伤问题十分严重,造成大量气井损失,影响了页岩气开采进度和效率。页岩气井高参数复杂压裂套管变形严重,套损形貌呈现非均匀外挤变形和剪切变形,有效的提高套管柱的抗挤性能和抗剪切性能将极大的抑制套损率。本文提出采用应变强化理论对页岩气套管大变形失效问题进行研究。采用有限元模拟的方法,建立了套管剪切变形仿真模型,分析切线模量斜率与套管最大径向变形的作用规律、构建应变强化拟合方程,建立剪切套管切线模量和应变强化指数的对应关系。通过合金元素强化和热处理工艺两种方式可使材料的强度提高,合金元素强化使材料的屈服强度和抗拉强度分别提高了约32.1%与21%;与合金元素强化相比,热处理工艺使材料的抗拉强度得到大幅度的提高,最高可达1380MPa。通过实物实验对应变强化后的套管进行剪切加载验证,结果表明:套管抗剪切变形能力得到增强,元素强化新套管最大剪切变形下降了17.1%,热处理强化新套管最大剪切变形下降了13%;结合对强化后新材料套管的显微组织观察,从微观组织角度对应变强化行为进行分析与评价。 

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 页岩气国内外开采现状
        1.2.1 国外开采现状
        1.2.2 国内开发历程
    1.3 页岩油气形成发展简介
        1.3.1 页岩气沉积演化过程
        1.3.2 页岩气成藏特征及贮藏条件
    1.4 页岩气开采套损现状及原因
        1.4.1 页岩气井套管存在问题现状
        1.4.2 页岩气开采套管损坏原因
    1.5 页岩套损问题研究方法及思路
    1.6 主要研究内容及技术路线
第二章 页岩气井套变机理分析
    2.1 页岩气井损伤现状
    2.2 页岩气井套管损伤机理
        2.2.1 地层剪切错动
        2.2.2 地层滑移模型建立
        2.2.3 水力压裂破坏
        2.2.4 套管固井应力偏心影响
        2.2.5 温度应力
    2.3 本章小结
第三章 工业套管变形行为模拟研究
    3.1 有限元相关理论
        3.1.1 有限元分析原理及应用
        3.1.2 双线性强化模型
        3.1.3 有限元屈服准则
    3.2 套管剪切变形仿真模型建立
        3.2.1 仿真实验模型设定
        3.2.2 剪切载荷工况套管变形规律模拟
    3.3 仿真实验结果分析与讨论
        3.3.1 剪切位移量的变化规律
        3.3.2 剪切套管应力变化规律
    3.4 形变强化阶段拟合方程
    3.5 切线模量与材料应变硬化指数转换关系
    3.6 本章小结
第四章 新材料强化方式与设计
    4.1 材料强化理论
        4.1.1 细晶强化
        4.1.2 固溶强化
        4.1.3 第二相强化
        4.1.4 形变强化
    4.2 新材料强化影响因素
        4.2.1 化学元素的影响
        4.2.2 热处理工艺作用
    4.3 新材料强化思路与方案
    4.4 新材料元素强化实验
        4.4.1 元素强化设计
        4.4.2 棒状试样拉伸
        4.4.3 元素强化结果与分析
    4.5 新材料热处理强化工艺
        4.5.1 热处理工艺设计
        4.5.2 热处理组织性能
        4.5.3 热处理结果分析
    4.6 本章小结
第五章 新材料套管性能与微观组织分析
    5.1 材料抗剪切强度
    5.2 套管剪切力学性能
    5.3 新材料套管剪切实验及力学性能
        5.3.1 实验材料及方法
        5.3.2 实验过程
        5.3.3 实验结果及分析
    5.4 材料应变强化行为微观分析
        5.4.1 微合金化处理
        5.4.2 钢的微观组织应变过程对硬化指数n值的影响
        5.4.3 材料微观组织形貌
    5.5 本章小结
第六章 结论及建议
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩油气革命及影响[J]. 邹才能,潘松圻,荆振华,高金亮,杨智,吴松涛,赵群.  石油学报. 2020(01)
[2]页岩气储层脆性评价方法研究现状[J]. 张宜.  探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(07)
[3]页岩气水平井多级压裂过程中套管变形研究综述[J]. 席岩,李军,柳贡慧,曾义金,李剑平.  特种油气藏. 2019(01)
[4]中、上扬子地区晚奥陶世—早志留世古地理演化及页岩沉积模式[J]. 孙莎莎,芮昀,董大忠,施振生,拜文华,马超,张磊夫,武瑾,昌燕.  石油与天然气地质. 2018(06)
[5]页岩气井套管损坏原因分析及认识[J]. 史彬,陈敏,饶晓东,梅丽,黄永智.  钢管. 2018(03)
[6]体积压裂过程中岩性界面对套管应力影响研究[J]. 席岩,李军,梅博文,张华礼,连威,黄纪勇.  石油机械. 2018(05)
[7]四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探进展、挑战与前景[J]. 董大忠,施振生,管全中,蒋珊,张梦琪,张晨晨,王书彦,孙莎莎,于荣泽,刘德勋,彭平,王世谦.  天然气工业. 2018(04)
[8]中国页岩气发展战略对策分析[J]. 唐海侠.  中国新技术新产品. 2018(02)
[9]页岩气资源开采现状、问题与前景[J]. 王世谦.  天然气工业. 2017(06)
[10]体积压裂套管失效分析[J]. 董文涛,申思远,付利.  石化技术. 2016(11)

博士论文
[1]高强度TRIP钢组织性能表征及基于微观组织的有限元模拟[D]. 王超.东北大学 2014

硕士论文
[1]页岩气井套管内腐蚀规律模拟研究及应用[D]. 罗伟.重庆科技学院 2017
[2]页岩气井油层套管受力分析及应力分布计算研究[D]. 郝美美.重庆科技学院 2016
[3]应变诱导相变细化晶粒行为研究[D]. 高玉林.河北工程大学 2016



本文编号：3692667