深水井套管柱强度设计

发布时间：2017-08-21 17:06

  本文关键词：深水井套管柱强度设计

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【摘要】：近年来随着石油和天然气需求量的日益增多,石油天然气勘探开发工作不断深入,深水油气勘探已经成为当今世界油气资源勘探开发的热点和油气增储上产的新亮点,也是当今海洋油气勘探必然发展趋势和油气资源接替的重要战略选区。然而,深水井套管柱强度的设计,一直以来困扰着国内外钻井研究人员。套管在复杂的深水环境中受力复杂,因而在套管设计时需要全面分析套管在工程实际的受力状况,不仅要考虑套管腐蚀、磨损造成的套管柱性能的衰退,还有考虑环空带压造成的井筒压力的变化；不同产量造成的井筒温度、压力、流体流速的变化；在钻进含天然气水合物地层时天然气水合物分解造成的不均衡载荷分布等,这些因素都是深水井套管强度设计中需要考虑的。本文通过学习归纳国内外套管柱强度设计方法,建立了深水井套管柱强度设计模型。在模型中研究了腐蚀、磨损、环空带压对套管柱强度设计的影响；研究了强度计算方法、外载荷计算方法、安全系数的取值；并且分析了腐蚀、环空带压等因素对套管柱安全系数的影响。本文建立了套管柱-水泥环-地层(考虑天然气水合物热力学特性)有限元模型,模拟了天然气水合物分解造成的不均衡载荷情况,研究了水泥环热力学性质、力学性质对套管柱载荷分布的影响,探讨了水泥环缺失几何尺寸对套管柱最大VON MISE应力分布的影响。针对某深水井的地质和工程特点,首先参考常规套管柱强度设计和校核方法研究了该井各层套管的安全系数分布；然后根据实钻井身结构、环空流体情况、环空带压状况,计算了套管强度随服役时间的变化情况,分析了套管腐蚀、环空带压对井筒套管柱安全的影响。
【关键词】：深水井 套管强度设计 腐蚀 环空带压 天然气水合物
【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】：TE931.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 目的意义8
• 1.2 国内外研究现状8-10
• 1.3 研究内容及技术路线10-12
• 2 套管柱强度设计方法研究12-45
• 2.1 外载荷计算方法12-24
• 2.1.1 外挤力计算12-17
• 2.1.2 内压力计算17-24
• 2.1.3 轴向力计算24
• 2.2 套管柱强度设计方法24-37
• 2.2.1 抗挤强度25-27
• 2.2.2 抗内压强度27
• 2.2.3 抗拉强度27-28
• 2.2.4 三轴应力强度28-29
• 2.2.5 考虑套管腐蚀套管强度29-37
• 2.3 安全系数取值研究37-38
• 2.4 基于API5C3标准的油套管强度规范38-39
• 2.5 考虑“A”环空带压的生产套管抗内压设计39-45
• 2.5.1 基于温度效应的环空带压值计算39-42
• 2.5.2 API RP 90最大允许环空带压值42-43
• 2.5.3 腐蚀条件下最大允许环空带压值43-45
• 3 深水井天然气水合物对套管柱设计的影响45-54
• 3.1 有限元模型建立方法45-49
• 3.1.1 井筒模型的建立45-46
• 3.1.2 模型建立的理论基础46-49
• 3.2 基础参数49-50
• 3.3 模拟过程50
• 3.4 水泥环性质结果及讨论50-52
• 3.4.1 水泥环热力学性质对应力的影响52
• 3.4.2 水泥环力学性质对应力产生的影响52
• 3.5 本章小结52-54
• 4 现场应用54-85
• 4.1 实例井基础数据54
• 4.2 XX井过程强度校核结果54-61
• 4.2.1 Φ508 mm表层套管强度校核结果54-57
• 4.2.2 Φ339.7mm技术套管强度校核结果57-59
• 4.2.3 Φ244.5 mm生产套管强度校核结果59-61
• 4.3 腐蚀缺陷套管安全服役寿命评估61-63
• 4.3.1 基于腐蚀的φ508mm表层套管强度校核结果61
• 4.3.2 基于腐蚀的φ339.73mm技术套管强度校核结果61-62
• 4.3.3 基于腐蚀的φ244.45mm生产套管强度校核结果62-63
• 4.4 XX井环空压力预测63-80
• 4.4.1 三开水泥返深2800m、二开水泥返深2090m工况63-71
• 4.4.2 不同水泥返深环空温度变化71-72
• 4.4.3 不同膨胀系数下环空压力随水泥返深变化72-80
• 4.5 环空带压井套管强度校核80-83
• 4.5.1 环空带压井最大允许值计算80-81
• 4.5.2 环空带压对安全系数的影响分析81-83
• 4.6 天然气水合物的影响83-85
• 5 结论85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-89

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本文编号：714070