压裂过程中射孔段套管抗内压强度分析

发布时间：2017-09-15 07:29

  本文关键词：压裂过程中射孔段套管抗内压强度分析

  更多相关文章： 射孔套管 抗内压强度 重复射孔 压裂 有限元分析

【摘要】：为提高非常规油气藏储层采收率,常采用压裂改造措施,这些措施具有高泵压、高流速和大流量的特点。过高的内压会导致套管爆裂、沿射孔孔眼撕裂;一次射孔不能完全射开储层时,往往需要重复射孔,套管强度进一步降低。因此本文主要研究高泵压压裂井中射孔参数及重复射孔对套管抗内压强度的影响。基于弹性力学建立套管的应力状态模型,得到射孔段套管在温度引起的轴向载荷、外压和内压共同作用下的应力强度计算公式。依据理论建模特点,建立射孔段套管三维有限元模型,进行网格划分,一端施加xU,yU,zU约束,另一端施加xU,yU约束,在内压、外压和轴向力的共同作用下,分析射孔参数对套管抗内压强度的影响。结果表明,孔径与相位角一定,孔密在8-24孔/米之间时,套管的抗内压剩余强度随孔密的增加降低约10.0%,且当孔密从16孔/米增加到20孔/米时,套管的抗内压剩余强度降低程度最大;孔密与相位角一定,孔径在4-16mm之间时,套管的抗内压剩余强度随孔径的增加降低约21.0%,且当孔径从4mm增加到8mm时,套管的抗内压剩余强度下降程度最大;孔密与孔径一定,随着相位角的增加,射孔段套管的抗内压剩余强度降低约6.7%。将重复射孔分为新孔沿旧孔轴向、环向及螺旋线加密三种方式,通过有限元计算得出不同布孔形式下套管抗内压强度的变化规律。结果发现,沿旧孔轴向布孔时,轴向中心距过小时套管的抗内压剩余强度会明显不足。随着中心距的增加,套管的抗内压剩余强度降低约7.7%;沿旧孔环向布孔时,环向角过小时套管的抗内压剩余强度下降约31%。随着环向角的增大,套管的抗内压剩余强度平稳降低约10.9%;沿旧孔螺旋线布孔时,新孔离旧孔很近时套管的抗内压剩余强度会明显不足。随着轴向中心距与环向角的增加,套管的抗内压剩余强度平均降低约2.1%。根据本文的研究成果,得到射孔参数及重复射孔对套管抗内压强度的影响规律,并给出压裂过程中射孔段套管安全性评价的推荐做法,为高泵压井射孔参数选取与井身结构设计提供参考。
【关键词】：射孔套管 抗内压强度 重复射孔 压裂 有限元分析
【学位授予单位】：西安石油大学
【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
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 本文研究目的及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 套管损坏形态分析8-9
• 1.2.2 套管强度理论的研究现状9-12
• 1.3 本文主要研究内容12
• 1.4 本文的创新点12-14
• 第二章 压裂过程中射孔段套管的抗内压强度分析14-26
• 2.1 套管壳体力学模型的建立14-15
• 2.2 套管壳体微元的受力分析15-16
• 2.2.1 套管壳体单元的受力分析15
• 2.2.2 套管壳体单元的受矩分析15-16
• 2.3 套管壳体单元基本方程的建立16-20
• 2.3.1 壳体单元的平衡微分方程的建立16-18
• 2.3.2 壳体单元的几何方程18-19
• 2.3.3 壳体单元的物理方程19-20
• 2.4 套管壳体方程的求解20-22
• 2.5 射孔段套管的应力状态分析22-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 射孔参数对套管抗内压强度的影响26-35
• 3.1 射孔段套管有限元建模26-28
• 3.1.1 射孔段套管的受力载荷算例分析26-27
• 3.1.2 射孔段套管的单元与网格类型27
• 3.1.3 射孔段套管的边界条件及受力加载27-28
• 3.2 射孔段套管有限元结果分析28-33
• 3.2.1 孔密对射孔段套管抗内压剩余强度的影响28-30
• 3.2.2 孔径对射孔段套管抗内压剩余强度的影响30-31
• 3.2.3 相位角对射孔段套管抗内压剩余强度的影响31-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第四章 重复射孔对套管抗内压强度的影响35-52
• 4.1 重复射孔段套管有限元模型的建立35-36
• 4.1.1 模型几何参数的选取35-36
• 4.1.2 网格的划分与边界条件的确定36
• 4.2 重复射孔对套管抗内压剩余强度影响的有限元分析36-50
• 4.2.1 新孔沿旧孔轴向分布时套管抗内压剩余强度变化规律37-41
• 4.2.2 新孔沿旧孔环向分布时套管抗内压剩余强度变化规律41-45
• 4.2.3 新孔沿旧孔的螺旋线分布时套管抗内压剩余强度变化规律45-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第五章 压裂过程中射孔段套管安全性评价推荐做法52-55
• 5.1 射孔参数的推荐选取52-53
• 5.2 重复射孔时布孔方式的推荐选取53-55
• 第六章 结论与展望55-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 硕士学位期间发表的论文62-63

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本文编号：855142