流变地层中套管外载的计算方法

介绍了流变地层中地层为非线性流变体时套管外载的计算方法及步骤。举例说明，非均匀地应力作用下的地层流变将对套管产生一个大于地应力的非均匀径向外挤力和一个非均匀的切向外载，对套管将产生极大的危害。通过改变套管、水泥环的弹性参数和几何参数可以改善套管的受力状态，这一结论对于流变地层中的套管设计具有重要指导意义。     

深井岩盐层套管外载的三维有限元分析

深埋于地下的岩盐在一定地应力和温度作用下发生蠕变,对井中的套管产生随时间而变化的外载,致使套管变形甚至挤毁,为此,针对塔里木油田羊塔地区岩盐层的温度、应力状态及其蠕变特性,建立了岩盐层、水泥环和套管耦合的三维有限元力学模型,研究了地应力状态及其大小、井内液体支撑压力对岩盐层套管受力的影响规律。研究表明,非均匀地应力作用下,盐岩蠕变产生的套管外载是非均匀的,在最小地应力方向的套管外载最大,此时若按上覆地层压力计算套管外挤载荷局限性较大。应用新模型对深井、超深井封固岩盐层的?250.83 mm套管、?177.8 mm套管和?206.38 mm 3种技术套管的强度进行了分析,计算结果与该油田技术套管挤毁的情况吻合,可见新建模型是合理的,可为深井岩盐层套管强度设计提供理论依据。     

远近围岩含水不同对套管岩压外载的影响

建立了围岩多层性受载模型，按粘弹对应原理，对均匀地应力场下及非均匀地应力场下蠕变引起的岩压外载及因远近含水量不同而引起的变化，从理论上进行了分析。     

盐膏层蠕变粘弹性流体模型及有限元分析

将盐膏层作为线性Maxwell流体，建立了平面应变问题的粘弹性力学模型，通过实例江汉油田王80-3井不同时段内的井径变化，借助模型辩识理论，运用有限元方法，研究了盐膏层蠕变与时间的关系，套管在均匀、非均匀载荷作用下的应力分布，套管制造缺陷（不圆、不均度）对套管应力的影响，水泥环对套管的保护作用等，所得结果为工程实际提供了定量的参考依据，具有很好的推广应用价值。     

砂泥岩夹层套管损坏的有限元分析及防控措施

据大港油田不完全统计,在沙泥岩夹层的套管损坏占63%。针对在砂泥岩夹层套管损坏严重的问题,基于弹塑性力学和断裂力学理论,建立了沙岩—泥岩—沙岩三岩层剖面的轴对称有限元模型,并借助有限元软件进行求解,分析不同钢材和壁厚条件下三岩层剖面上套管内应力分布情况。结果显示,套管内的Von Mises 应力在砂泥岩界面和泥岩段应力最大,且在砂泥岩界面应力发生突变出现尖角,因此在砂泥岩界面和泥岩段套管容易损坏。针对砂泥岩夹层研究了泥岩段套管损坏的防控措施,研究发现,相同钢级下,增加套管壁厚不能有效防控泥岩段套管损坏,提高套管的钢级才是有效方法。通过以上分析研究对砂泥岩界面防控套管损坏的研究提供技术借鉴。     

不同驱替液水化膨胀泥岩层对套管载荷的影响

泥岩具有极强吸水性能,泥岩水化膨胀将会使套管服役环境恶化,降低套管使用寿命。为研究不同驱替液水化泥岩层后对套管服役的影响,首先针对目的区块泥岩进行组分、水化膨胀及力学实验,并在此基础上建立不同水化膨胀工况泥岩层的有限元模型,分析泥岩层水化膨胀对套管外挤载荷和套管应力变形影响。研究结果表明:泥岩层理发育,吸水后岩石易分散,聚合物化学液对泥岩水化作用相对更弱;泥岩水化后岩石强度降低,纯水和聚合物化学液浸泡后岩石强度分别降低为原样的1/20～1/15和1/3～1/2;泥岩水化膨胀增加了水化岩层段的套管外挤载荷和套管应力,与注纯水相比,注化学液可以降低套管外挤载荷和应力水平,对保护套管和延长套管使用寿命更加有利。     

蠕变地层中套管外载的有限元数值分析法

地应力与井眼稳定、井筒压力系统控制、井眼井斜及方位的控制和井身 结构的确定紧密相关。因此地应力场的研究是钻井工种设计的基础工作之一。目前国内外对地应力作用下的套管外载的研究非常重视，相继开展了室内模拟试验和有关理论的研究。文中主要用有限元数值分析法研究蠕变地层中地应力对套管外载的影响。     

盐膏层蠕变粘弹性固体模型及有限元分析

将盐膏层作为线性Maxwell固体，建立了平面应变问题的粘弹性力学模型。通过实测江汉油田王78-1井不同时段内的井径变化，借助模型辩识理论，运用有限元方法，研究了盐膏层蠕变与时间的关系，套管变形，裸眼井径变化，套管在均匀，非均匀载荷作用下的应力分布等，所得结果为工程实际提供了定量的参考依据，具有很好的推广应用价值。     

注水开发油田泥岩层套管蠕变损坏机理研究

注水开发油田的套管在泥岩层中发生对称缩径变形而损坏,这是由于套损段周围的泥岩进水软化后,岩石力学特性发生变化,改变了作用在套管上的非对称外挤蠕变载荷的分布并加大了该载荷所致。鉴于此,根据泥岩含水量与泥岩力学特性的关系,建立了套管水泥环泥岩蠕变力学模型,研究了围岩弹性模量对蠕变载荷大小及分布的影响,以及在该载荷作用下套管弹塑性变形的规律,揭示了在注水开发一段时间后套管往往受蠕变载荷作用而损坏的机理。     

利用非均匀外载数值模拟法优化盐间油藏套管类型

此文从盐间油藏套管损坏现状出发,分析了套管变形井的力学影响参数。利用现有测井资料、岩石力学参数及水力压裂参数建立与垂向地应力、水平地应力和蠕变外载力相关的非均匀载荷计算模型,然后利用非均匀外载与套管屈服强度、套管等效强度及径厚比的转换关系,计算出套管变形状态下的等效破坏栽荷和应具备的抗挤强度,最后优选出适合盐间油藏不同区块的套管类型。通过非均匀外载数值模拟法研究,定量分析了盐间油藏套管损坏的力学机理,形成了一套适合盐间油藏套管优选的理论计算方法,对国内外相似油田也起到了一定的指导作用。     

非均匀椭圆外载作用下套管的形变及修复

结合大港油田的实际情况,确立了在非均匀地应力作用下套管外部载荷的求解公式,建立了非线性有限元模型,借助ANSYS分析软件对套管在非均匀椭圆形外载作用下的变形和所受应力等情况进行分析研究。引入等效破坏载荷的概念,利用等效破坏载荷来衡量套管所承受的载荷大小,在分析套管破坏的基础上,进一步模拟分析其修复过程。     

蠕变性地层中套管有效外挤压力的计算方法探讨

在套管柱设计中,套管外挤压力的计算十分重要。在《钻井手册（甲方）》中,蠕变性地层段的套管外挤压力取为上覆岩层压力,而SY/T 5724—2008《套管柱结构与强度设计》中却将蠕变性地层段套管的外挤压力与岩石的泊松比联系起来,二者不相容。结合钻井施工过程的岩石力学理论,对蠕变性地层段的套管有效外挤压力进行分析。结果表明,SY/T 5724—2008《套管柱结构与强度设计》中关于蠕变性地层段的套管有效外挤压力的计算公式是错误的。建议采用《钻井手册（甲方）》中的蠕变性地层段的套管有效外挤压力计算公式进行套管柱结构设计。      

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

我国油田套管损坏的原因探讨

近年来,我国油田套管损坏速度呈直线上升趋势,有的井不足1年时间,有的井刚完井1个月套管就坏了,给原油生产带来重大损失。套管损坏,一是套管柱设计不合理,特别是在盐岩、泥(页)岩地层,设计载荷偏小;二是不合理的注水,加速了套管的损坏;三是套管柱强度设计本来就不富余,射孔给套管带来一定的损害,加速了套管损坏;四是套管的外腐蚀使套管穿孔造成内腐蚀,腐蚀使套管更易损坏;五是油层出砂、固井质量、套管缺陷等使套管损坏。造成套管损坏的因素很多,具体到每口井必然有一些主要因素,找到主要因素才好采取防范措施。     

偏磨套管破裂强度的有限元分析与解析计算方法

在水平井和定向井的钻井过程中，套管内壁和旋转着的井下工具及接箍之间经常发生接触，使套管内雪生偏磨。本文将偏磨套管的破裂强度问题看作失稳问题，并应用弹塑性有限元方法分析了偏磨套管的破裂强度，同时用非线性规划的方法建立了偏磨套管破裂强度下降的百分数与套管磨损形状之间的计算公式。     

非均匀载荷下套管强度的计算

在建立了泥岩蠕变非均匀外载模型基础上,提出了一种对泥岩蠕变引起的椭圆形非均匀外载下套管应力和强度的计算方法。在非均匀载荷下,套管所能承受的最大载荷迅速降低。当内压为0.1MPa时,套管的临界载荷平均约为均载情况下的11%.大庆榆树林油田泥岩段的套损分析表明高压注入水沿垂直裂缝进入泥岩层,引起泥岩层吸水蠕变,使得所用J-55套管难以承受较大的非均匀挤压力,导致套管损环。建议在易发生泥岩蠕变井段,应采用P-110型套管以确保井筒安全。     

按地应力确定套管外挤压力的探讨

以井眼周围的受力分析为基础，推导出考虑地应力时的套管外挤压力计算式，以及运用声波法确定地应力有关参数的表达式。对江汉油田周12井井下套管的实例计算表明，考虑地应力时的套管外挤压力大于常规按上覆岩层压力计算的外挤压力，因此认为，按常规方法设计的套管柱强度偏低，按地应力设计的套管柱强度才更符合实际。     

水平井套管受力变形分析的有限元方法

以整体套管柱为研究对象，设计了特殊的有限元模型来描述套管与井壁的接触状态和套管的受力。此模型综合考虑了井壁的间隙、井眼的曲率、摩擦力等因素的影响，能较为准确地反映套管的受力变形。据此编制了相应的计算程序，能计算出套管的变形及受力大小，为模拟套管整个下入过程的受力变形提供了一套有效的方法。     

侧钻水平井段铣套管长度及轨迹设计方法

采用段铣套管开窗方式进行侧钻中半径水平井时,设计确定出合理的段铣套管长度及井眼轨迹,对于施工时有效控制井眼轨迹尤为重要。该文在理论和实践基础上,提出了段铣套管长度及井眼轨迹的设计方法,并给出相应的计算模式。     

射孔参数对套管强度影响的有限元分析

近年来,各油田套损的比例一直居高不下,已经严重影响了油气井的正常生产,因此能有效减少套损率,已成为目前各油田研究的重要课题。针对造成套损的几种主要因素的其中一项—射孔作业,通过ANSYS有限元软件,分析出不同射孔参数时的套管应力变化,得到了孔径、孔密和相位角与套管最大Mises应力之间的关系,并给出了Φ139.7mm×7.72mm套管的最优射孔参数,可为实际的射孔作业提供一定的参考。