射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一 ,它的影响特点和程度取决于多种因素。利用有限元ANSYS分析软件 ,对 139 7和 177 8mm套管在压裂、注水和常规开采情况下 ,不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响作了分析。结果表明 ,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大 ,并使套管的抗拉、抗压强度降低 ;但在一定射孔孔径、射孔密度和射孔相位下 ,射孔产生的最大应力和应变不超过允许的范围。分析研究结果为套管柱的合理设计提供了一定的理论依据     

射孔对套管强度的影响研究

针对油田射孔段套管损坏严重的问题，采用有限元分析软件，按照平面问题，以实体建模的形式，研究了射孔对套管强度的影响。明确了射孔直径、密度及相位等与套管强度的关系。指出射孔段应采用加厚套管，提高屈服强度30％左右，才能满足生产的需要。     

射孔参数对套管强度影响有限元分析

在不同的孔密、孔径和相位角情况下,应用板壳弹性体线性理论模型,对射孔套管进行了有限元分析,并对射孔套管强度的影响程度进行了计算。结果表明:孔密小于32孔/米时,套管强度的影响程度不大;孔径小于16mm时,套管强度的影响程度可以忽略;90°相位角套管强度影响程度最低。     

水力射孔对套管强度的影响研究

水力射孔技术是一种新型的完井方式，深穿透水力射孔技术辅助定向水力压裂可以实现油气层改造和油气井增产。但是，水力射孔套管会在孔眼处造成应力集中，使得局部应力过大而削弱了套管和水泥环的强度，可能会影响套管的使用寿命。因此，文章利用有限元软件建立了射孔套管的三维有限元模型，分析了水力射孔后套管管体的应力分布，重点研究了水力射孔参数-孔密、孔径、孔深、射孔方位角等对套管强度的影响规律。分析结果表明，沿着最大水平地应力方向深穿透水力射孔，选择合适的孔密、孔径可将射孔对套管的损害降至最小。研究结果为提高水力射孔完井设计水平提供了一定的参数依据。     

螺旋布孔射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一,建立了射孔套管的有限元力学模型,采用弹塑性有限元法,分别对螺旋布孔射孔套管采用不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响进行了模拟和分析.分析了不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数的变化规律.结果表明,射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降,下降幅度与射孔密度有关,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大,并使套管的抗拉、抗压强度降低.因此,在套管柱设计时应该考虑射孔的影响.最后,通过对几种布孔方案进行对比分析,找出了射孔套管的优选布孔方案.为射孔完井优选设计提供了合理的模型,为射孔段套管柱的合理设计提供了承载能力计算的可靠依据.     

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。     

应用弹塑性力学相关理论分析套管射孔后剩余强度

针对采用试验和ANSYS建模方法工作量大、周期长的缺点，应用圆柱壳体开小孔弹塑性力学理论建立了套管射孔后单孔应力分布理论力学模型，推导出了理论应力集中系数表达式，计算出整个圆孔周围应力分布，找到了应力集中最大点。在此基础上，考虑多孔影响（如孔密、相位角等），结合材料和应用环境的敏感系数建议值，进一步推导出了有效应力集中系数计算公式，利用该公式计算了几种不同射孔参数下的套管剩余强度，并和ANSYS的分析结果进行了对比，结果表明，该公式可以替代ANSYS软件用于计算套管剩余强度，且具有计算简便，速度快，易于现场应用等特点。     

射孔参数对套管强度影响的有限元分析

采用ANSYS数值模拟方法,分析了套管Mises应力分布,重点研究了不同孔径、射孔密度和相位角的套管最大Mises应力,得出最大应力与孔径、射孔密度和相位角间的关系。结果表明,在地层参数和载荷一定的情况下,套管射孔孔径存在一个最优值,它既可以优化套管应力分布,又可以增加过流面积;射孔密度小于20孔/m时对套管最大Mises应力影响不明显,对壁厚较薄的套管应力影响要大于壁厚较厚的;在挤压和轴向载荷组合作用下,套管最大Mises应力随着射孔方位角成近似正弦三角函数变化,射孔方位角为15和90°时(与最小主应力方向的夹角)射孔处套管应力最大,方位角为60和140°时射孔处套管应力最小。     

射孔开裂套管的剩余强度研究

经有限元分析提出了射孔开裂套管应力强度因子近似计算公式,采用最新的套管材料断裂韧性实验数据,研究了孔裂套管临界承载能力,阐述了J55、N80孔裂套管剩余强度与裂纹长度的关系,指出在套管设计中应考虑裂纹对套管强度的影响和消除套管射孔开裂的重要性。     

螺旋布孔射孔对套管抗挤强度的影响分析

射孔是造成套管损坏的重要原因之一,建立了射孔套管的有限元力学模型,采用弹塑性有限元法,分别对螺旋布孔射孔套管采用不同的钢级、壁厚、射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响进行了研究.研究结果为射孔完井优选设计提供了合理的模型,为射孔段套管柱的合理设计提供了承栽能力计算的可靠依据.     

射孔冲击相变对射孔套管抗挤性能的影响

油气井套管抗挤毁性能与材料屈服强度关系紧密,聚能射流穿孔过程中可能诱发孔眼附近材料相变从而影响射孔套管抗挤强度。首先对射孔后的P110套管取样,通过扫描电镜观察孔眼附近样本组织成分是否发生变化;然后对无孔眼、机加孔眼和射孔孔眼试件进行静力拉伸试验,对比射流冲击影响下试件抗拉性能的变化;最后通过有限元仿真分析了射孔冲击相变区的存在对套管抗挤性能的影响。研究结果表明,聚能射孔会导致材料组织成分变化而影响材料机械性能;当相变对射孔套管抗挤强度起正向增强作用时幅度有限,起负向削弱作时用射孔套管剩余抗挤强度下降显著。     

再生老井二次射孔和三次射孔套管强度安全性评价

老井再生需利用原井筒进行二次甚至三次射孔,增加射孔穿深、孔径,以提高压裂效果。为研究多次射孔套管的剩余强度,以冀东某再生老井实际工况为例,应用有限元软件为套管模型定义强化的MISES屈服准则,10倍细化孔边网格,经网格无关性测试,分析多次射孔套管的剩余强度。对比新旧孔轴向、环向和螺旋线向相切等不利分布的分析结果,轴向相切是重复射孔套管剩余强度降低的最不利分布;采用二次16孔/m射孔的?139.7 mm壁厚9.17、10.54 mmP110套管,剩余强度分别降低21%和22%;三次分别采用32、32、16孔/m射孔的?139.7 mm壁厚9.17 mmP110套管,剩余强度降低36%,三次均采用16孔/m射孔的?139.7 mm壁厚10.54 mmP110套管,剩余强度降低30%。初步量化了多次射孔套管剩余强度降低幅度,可为老井再生井筒安全性评价提供参考,并形成了再生老井重复射孔段套管安全性评价推荐方法。     

套管变形对抗挤强度的影响

在实际生产中,套管损坏时的挤毁压力与套管理论抗挤强度相差较大,这表明API规范的套管挤毁压力公式已不能满足实际生产的要求,而考虑套管缺陷的抗挤强度公式,使计算的准确度大幅度提高.目前,对于抗挤强度的研究均以套管呈原始状态、未发生任何变形为前提.但在套管下放后、未固井前,由于套管自由悬持于钻井液中,会受到自身重力、浮力和内外压力的共同作用,因此会发生轴向拉伸和径向压缩.此时套管的抗挤强度较原始状态发生了改变,通过计算可知径厚比较之原始值变大,由此得到考虑套管变形的新抗挤强度公式.新建公式的计算结果与试验结果更为接近,比API公式计算值准确度提高了30％.     

非均匀套管磨损对套管强度的影响

在深井、大位移井钻井过程中,由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损,导致套管抗挤强度和抗内压强度降低,给安全钻井带来隐患。根据ISO 10400推荐的套管抗挤强度和抗内压强度计算模型,考虑磨损后套管壁厚不均度、内壁不圆度的影响,推导出了非均匀磨损套管抗挤强度和抗内压强度的计算模型,分析了套管磨损厚度对套管抗挤强度和抗内压强度的影响。计算结果表明,非均匀磨损套管的抗挤强度和抗内压强度降低百分比随套管磨损厚度的增加而增加;在相同的磨损厚度情况下,磨损后套管的抗挤强度比抗内压强度降低得更快;与磨损后CS 110T套管抗挤强度试验数据相比较,由理论计算出的非均匀套管磨损抗挤强度与实测值的相对误差在5%以内。该计算模型为深井、大位移井钻井过程中非均匀套管磨损提供了新的评价方法。     

提高水泥胶结强度的套管黏砂技术研究

为提高固井水泥胶结强度,对黏砂套管—水泥环间各界面进行强度校核,建立黏砂套管水泥胶结强度计算模型,分析胶结剂厚度与砂粒半径的比值、黏砂密度、胶结剂抗剪切强度及水泥环抗压强度等因素对水泥胶结强度的影响。研究结果表明:当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1时,黏砂套管水泥胶结强度最大,且在其他条件不变时,胶结剂厚度和砂粒半径的比值相同,对应的黏砂套管水泥胶结强度也相同;在临界黏砂密度内,黏砂套管水泥胶结强度与黏砂密度和胶结剂抗剪切强度呈线性增长关系;当水泥环抗压强度小于胶结剂抗拉强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗拉强度相关的定值,当水泥抗压强度介于胶结剂抗拉强度和1.5倍胶结剂抗剪切强度之间时,黏砂套管水泥胶结强度随水泥环抗压强度增大而增大,当水泥抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗剪切强度相关的定值。因此,当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1、黏砂密度为80%、胶结剂中添加质量分数为13%的四乙烯五胺固化剂及水泥环抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度可达最大值。     

油管套管抗内压强度计算研究

高温高压高含硫气井中的油管、套管一旦爆裂失效,将可能导致油套串通,甚至含硫气体串出地面,危害性较大。因此,在油管、套管强度设计中,不但要合理地计算出最小的抗内压屈服强度,而且还要准确地预测出极限强度即爆裂强度。针对API Bulletin 5C3:1994屈服计算公式存在的不足以及ISO/TR 10400:2007爆裂强度计算模型计算精度不够理想的问题,根据屈强比（Y/T）对油管、套管爆裂失效强度影响规律,提出了具有更高精度的油管、套管抗内压爆裂计算新模型,通过与试验数据计算对比,证明了新模型的可靠性和合理性,对优化“三高”气井油管、套管抗内压强度设计提供了新的参考依据。     

水泥环套管射孔力学的有限元法分析计算

油井开发层段射孔对套管力学性能影响较大,油井开采中后期射孔套管损坏严重。建立水泥环—套管射孔模型并应用Ansys有限元软件计算分析射孔套管应力变化和套管性能,分析得出,射孔是造成套管损坏的主要原因。射孔水泥环套管最大应力在射孔孔眼产生,沿孔径方向应力减小。水泥环对射孔套管的抗挤强度影响明显,可以有效减小套管产生的应力。均匀载荷下射孔套管的应力随外压的增加而增加,不同类型的套管应力变化较大。射孔套管的应力随着孔径的增加而明显增加。非均匀载荷对射孔套管影响较均匀载荷明显,套管的抗挤强度较均匀外压时明显减小。在非均匀外压较大时,应采用P110套管,以提高射孔套管的抗挤强度。     

注蒸汽对套管强度的影响

用分离变量法和调和函数法分别求解套管温度分布函数和位移函数表达式。根据这些表达式进一步推导套管轴向力和径向力的计算公式,然后根据这些公式定性地分析注蒸汽采油对套管强度的影响。