热采井首次注蒸汽后井筒应力分析

用有限元法计算了热采井在首次注蒸汽后井筒及周围水泥环和岩石中的应力分布，并分析热采井套管损坏的主要原因，为防治热采井套管损坏提供理论依据     

热采井中套管偏心对井筒温度场和应力场的影响研究

针对热采井中套管在圆形井眼中出现偏心的问题建立了有限元模型,分析套管偏心对井筒温度场和套管应力、位移的影响.套管偏心改变了井筒温度场沿井筒中心的分布方式,套管偏心程度越大,井筒温度场分布越不均匀.综合考虑了地应力、热应力以及注蒸汽过程中套压的共同作用,有利于精确地模拟热采井井筒的实际受力状况.结果表明,随着套管偏心率增大,套管上产生的等效应力值逐渐变小;套管偏心率的存在改变了套管内壁上等效应力分布的均匀性;套管在井眼中的偏心率越大,套管变形越大.     

齐40块蒸汽驱井组油层套管应力数值计算

将蒸汽驱汽窜形成的窜流温度场结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS进行了井筒在不同约束条件下的应力计算.计算结果表明,最大热应力都发生在套管内壁,且超过了N80套管的热弹性屈服极限,最大热膨胀都发生在温度变化过渡区,当油层上覆盖层为泥页岩时,其热应变达到了2%,远超过材料弹性极限应变0.3%,是诱发热采井套管变形损坏的主要原因.     

热采井套管残余应力计算新方法

为更好地解释热采井套管的损坏,对油田热采井套管选型做出指导,建立了热采井套管累积残余应力的计算模型.对克拉玛依油田百重7井区水平井的套管进行分析计算,得出了热采井套管残余应力计算的新方法和套管拉伸损坏的更好解释.     

稠油热采井套管保护技术研究

针对蒸汽吞吐时发生汽窜、地层出砂及水泥环破裂掏空的情况，利用ANYSIS有限元分析的数值模拟，对井筒热应力和热膨胀进行了分析。注蒸汽井间发生汽窜时，易诱发地层出砂，最大热应力都发生在套管内壁，且超过了N80套管的热弹性屈服极限，最大热膨胀都发生在温度变化过渡区，是诱发热采井套管变形损坏的主要原因。套管周围地层掏空时，其热应变达到了2％，远超过材料弹性极限应变的0．3％，是热采井套管变形损坏的主要原因。提出套管保护对策，并开展了4项相应防治技术先导试验，取得了较好的保护套管效果，形成了稠油热采井套管保护配套技术。     

热采井套管螺纹连接有限元分析

针对注蒸汽热采井套管螺纹连接的性能进行了ANSYS计算分析，建立了套管螺纹连接的有限元计算模型，选择了接触分析模块，计算了热采井套管连接螺纹牙的受力分布，得出套管螺纹连接在热采井中的力学性能变化规律。     

注蒸汽井套管的热应力数值分析

利用ANSYS有限元软件的耦合场分析功能,通过模拟现场热采工况,开展了稠油注蒸汽井井筒的温度场、应力场数值模拟研究。结果表明,采用隔热性能较好的隔热油管不仅能够大大减少井筒的热损失,增加注汽效果,而且可以使套管壁温度和套管Mises应力大幅降低,从而有效地保护套管,使其不发生强度破坏;注汽过程中施加预应力,可使套管达到屈服时的注汽温度升高,这对套管具有一定的保护作用。模拟研究结果为制定合理的注蒸汽井套管损坏预防措施提供了依据。     

注蒸汽开发稠油油藏中的井筒热损失分析

注蒸汽开发稠油油藏过程中，为了预测沿井深和随时间变化的蒸汽温度分布、干度分布和蒸汽压力分布、套管和地层温度分布，以及焖井、开井生产过程中温度、压力的变化，首先必须建立注入过程中的井筒-地层温度分布模型。而这一模型建立的基础是井筒热损失的计算分析。文中应用热传递基本理论，通过井筒内能量守恒定理建立起注蒸汽井井筒热损失计算预测模型，重点分析了井筒总传热系数Uto和注汽速度对井筒热损失和井底蒸汽干度的影响，对注蒸汽开发稠油油藏有一定的指导作用。     

基于残余应力的热采井套管安全评价分析

针对热采井中套管接头螺纹发生漏失和滑脱现象,采用有限元数值模拟,得到井筒的温度场分布,将温度场导入到应力场中计算套管残余拉应力与吞吐周期的变化规律,并进行曲线拟合,建立了适合于蒸汽吞吐过程中套管残余应力评估的关系式;结合套管的剩余强度和极限剩余强度对套管进行了安全评价。该研究结果为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供了理论依据。     

热采井预压固井技术

计算表明，注蒸汽稠油井如果用常规方法固井，在通常的注汽温度下，套管都因热应力而产生屈服变形。目前现场常用的防止套管热破坏方法不能从根本上解决问题。提出了热采井预压固井技术，即在注水泥结束后，向油层套管施加压力，使套管膨胀。计算实例表明，采用预压固井技术后，热采井在整个生产周期内，套管不但正常，而且还有较大的安全系数。给出了热采过程中，套管内应力的计算模型。     

稠油注蒸汽热采井套管柱预应力松弛效应分析

为了验证提拉预应力固井技术是否适合井深小于1 000 m的稠油热采注汽井,在280℃的高温蒸汽作用下,对热采N80H和普通N80Q两种套管进行了应力松弛试验;建立了套管-水泥环-地层全井筒平面有限元模型,进一步说明预应力固井技术在浅层稠油热采井中的作用。分析结果表明,稠油热采井在长期高温注蒸汽作业过程中,因管体应力松弛现象而致使预拉力失效;在高温作用下套管上施加的预拉力经过一定时间后会降低;提拉预应力固井对浅层稠油热采井没有效果,不能预防热应力导致的套管失效,建议在浅层稠油热采井中不采用预应力固井技术。     

体积压裂套管温度应力计算分析

体积压裂过程中大量压裂液经套管持续注入使井筒温度产生较大变化,温度变化引起的套管热应力对体积压裂过程中井筒完整性有较大影响。以我国南方某页岩气井体冬季、夏季体积压裂中井筒降温情况为例,文中对体积压裂过程中井筒降温情况进行了计算,计算结果表明,体积压裂过程中井筒降温幅度较大,最大温度降低值近76℃。针对体积压裂中套管温度应力问题,文中基于热传导理论及热弹性力学理论,建立了体积压裂中套管温度应力计算模型。同时,推导了体积压裂中温度影响下套管抗外挤强度计算公式。依据推导的公式,对体积压裂过程中套管抗外挤强度进行了校核分析,计算结果显示,温度应力对套管抗外挤强度有较大影响,冬季施工过程中温度应力使套管抗拉强度降低23%,内压与温度应力联合作用下,套管抗外挤强度降19%。     

热采井井筒热应力耦合的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立了热采井井筒热应力耦合的瞬态分析模型。分析结果表明,注汽初始阶段套管内会产生较大的热应力;由于套管材料的膨胀系数大于水泥环的膨胀系数,在注汽过程中水泥环限制了套管的热膨胀,从而在套管外壁产生较大的热应力;经过几轮蒸汽吞吐,套管上会积累较高的残余应力。该分析为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供可靠的依据。     

热采井套管柱力学分析与软件开发

结合稠油热采井实际工况,分析了在提拉、注汽和热采3个过程中套管柱的受力情况,研究形成了3种状态下的套管柱力学分析计算方法,应用C#程序设计语言开发了软件。计算结果表明,软件计算结果符合工程设计要求,满足热采井固井施工需要,对于热采井固井具有一定的指导意义。     

水泥环周向缺失的热采井井筒热应力耦合分析

为研究热采井中水泥环周向局部破坏对套管力学性能的影响,利用ABAQUS软件建立了水泥环圆周方向上不同缺失程度的有限元模型,研究了在蒸汽吞吐过程中,套管应力、位移的变化规律。分析结果表明:由于水泥环周向上的缺失,在井筒中产生的温度分布不均,使得水泥环缺失部分的套管外壁温度和井壁温度低于水泥环完好部分的套管外壁温度和井壁温度;水泥环缺失程度对套管上的等效应力峰值影响较大,随着水泥环周向缺失程度的增大,套管上产生的Von Mises等效应力峰值逐渐减小;水泥环周向缺失程度为30°时,套管径向变形较大,随着水泥环周向缺失程度的增大,套管径向变形随之减小。该分析结果为热采井中的套管损坏机理研究提供了理论依据。     

考虑地应力耦合的热采井套管损坏分析

考虑到热采过程会引起井筒附近地层局部温度场的改变,文中将注汽前地应力、热采过程中局部地应力改变以及套管热应力的作用三种因素进行耦合求解,计算得到套管的最大Von Mises等效应力。计算结果表明,热采注汽初始阶段套管温度迅速上升,使套管柱处于高温场中,在套管内部产生热应力。热采过程引起的局部地应力场改变对套管最大Von Mises等效应力有较大影响,仅仅考虑温度改变对套管Von Mises等效应力的影响是不够的,建议在计算套管Von Mises等效应力时,应尽量考虑地应力的作用。     

注汽井油套管环空氮气隔热井筒传热物理模型设计

为了搞清稠油注汽热采井油套管环空氮气隔热技术的影响因素和操作条件，实现注汽热采井油套管环空氮气隔热井筒传热技术的室内物理模拟，依据井筒传热原理，遵循相似准则，按技术指标比例建模，在室内建立了同心油管氮气隔热井筒传热、光油管氮气隔热井筒传热物理模型各一套。通过利用数值模拟技术对井筒径向传热温场进行了验证．验证结果证明了所建模型的科学性和实用性。     

基于非均匀载荷的注采井套管损坏机理及抗挤套管校核方法

注采井网套管损坏是油田井筒完整性管理面临的主要难题之一,注采地层套管载荷影响因素复杂,常规基于均匀载荷的套管校核方法不能有效满足全生命周期井筒完整性要求.采用有限元方法模拟了注采过程地层压力、有效应力及位移场特征及变化规律,揭示了目标区块套管损坏机理;建立了注采井网套管外挤载荷计算模型,提出了基于非均匀载荷影响的套管校...     

稠油水平井注蒸汽热采时加热深度的确定

通过对垂直井、斜直井井筒温度分布规律的研究，推导出水平井注蒸汽热采时井筒温度分布的理论模型，并进行了解析求解，依据油品性质（包括地层热物性参数），计算出了不同产量、含水量，不同油层条件下的井筒温度分布，从而确定出油井在不同条件下的加热深度。     

注蒸汽采油井底温度计算

井底温度是热采井生产动态的一个重要参数。本文借助于油气水的产量、井底压力以及出油温度等油井生产数据,通过对传热方程及热平衡方程的分析,建立了井筒中的能量平衡方程,并导出了适用于热采井的井底温度计算公式。通过实例计算与实测值对比,认为该方法是适用而有效的。