泥岩段套管外载的有限元计算法

通过对泥岩蠕变本构方程的分析,利用Ansys有限元计算软件,对非均匀地应力作用下泥岩蠕变产生的套管外载进行了分析计算。举例说明了非均匀地应力作用下泥岩的蠕变将对套管产生一个大于地应力的非均匀外挤力,对套管将产生极大的危害。这一结论对泥岩段的套管设计具有重要的指导意义。     

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。     

注水开发引起泥岩层套管损坏机理研究

油田注水开发以后,由于泥岩层吸水软化,改变了作用在套管上的非对称外挤蠕变载荷分布而导致套管出现径向缩径变形的损坏现象。通过建立套管—水泥环—围岩的三维有限元数学模型,定量分析了注水开发引起泥岩蠕变对套管的影响,给出了注水开发引起泥岩层套管受蠕变载荷作用而损坏的机理。研究表明:蠕变载荷从0上升到最大的稳定值时间与泥岩的蠕变特性有关,一般约需400 d;当弹性系数由10 GPa降低到6 GPa时,套管所受径向载荷由61.95 MPa增大到68.36 MPa;泥岩吸水软化后,随着泥岩弹性模量的降低,套管外壁的附加载荷会明显增大,即泥岩在较高的注水压力下吸水软化,加剧蠕变载荷分布的非均匀性并加大蠕变载荷值,超过套管的抗外挤能力使套管柱发生径向缩径变形而损坏。     

高压注水下套管蠕变损坏的机理研究

油田注水开发以后,由于泥岩吸水蠕变,使非均匀地应力作用于水泥环和套管而导致水泥环和套管发生径向缩径变形。通过建立套管—水泥环—泥岩围岩蠕变力学模型,定量计算和分析了井壁泥岩蠕变载荷分布和变化规律,水泥环和套管外壁径向和环向载荷分布规律,揭示了套管外壁环向载荷分布规律是引起套管变形损坏的直接原因;套管外壁径向载荷与地应力分布规律、套管变形趋势相反说明水泥环在套管抵抗非均匀载荷时起到改变受力边界的作用。通过对套管损坏机理的研究,提出预防高压注水泥岩层的套管损坏主要从防止注入水窜入软弱的泥岩夹层和提高油层附近泥岩层段套管强度两方面入手,为后续套管损坏防治工作提供借鉴。     

隔6井套管损坏原因分析

介绍隔6井套管损坏段套管的基础数据以及套管下入后的各种作业情况,通过对该井压裂施工分析和套损段泥岩蠕变外载分析认为,套管损坏的主要原因是压裂时井口压力过大,时间过长造成注入水通过裂缝进入泥岩段 ,泥岩吸水为挤毁套管所致。存在类似地质构造的油气田,在设计套管、下套管、固井、压裂酸化等施工时,应提前采取相应措施,方可避免重大经济损失,降低成本。     

六中东区泥岩段地层套损影响因素分析

针对新疆油田六中东区的实际情况,建立了非均匀载荷下套管-水泥环-地层的力学模型,应用ANSYS软件模拟套管的变形和破坏过程,重点研究了各因素对套损的影响程度。结果表明:非均匀力是造成套管损坏的主要因素;随着水泥环弹性模量的增大,套管水泥环抗非均匀外载强度增加;随着水泥环径向厚度的增大,套管水泥环抗非均匀外载强度增加。提出了预防和减缓油田套损的方法。     

大情字油田套管损坏机理认识及防控对策

吉林油田乾安地区目前已进入开发中后期,水井套管损坏现象突出,严重影响了油田注水开发效果。因此以乾安地区大情字油田为研究对象,分析了套损形态特征及套损分布统计规律,开展了套损段岩石物理力学性质实验研究,并进行了地应力及其它各类套损影响因素数模分析。研究结果表明,该地区套损主控因素为注水后泥岩吸水软化,套管周围形成椭圆形分布的非均匀地应力外载,导致套管抗挤强度大幅度降低。最后提出了针对性的套损防控技术对策。     

大庆龙虎泡高台子区块套损原因分析及对策

从矿场实践出发,针对龙虎泡高台子区块套损的6个特点,从几个方面分析了龙虎泡高台子区块套损原因,首先从理论上进行了研究,得到了理论支持;其次综合分析了油田地质、开发特征及套损特点,提出了该区块套损的主要原因是注水过程中微裂缝开启、延伸,导致泥岩夹层进水,使泥岩吸水蠕变,产生非均匀外载超过套管的抗挤毁强度,从而使套管产生椭圆变形。最后结合现场实际情况,给出了相应的5个预防及治理措施,龙虎泡高台子区块套损速度得到缓解,对低渗透致密性油藏开发具有一定的借鉴意义。     

岩石特性与套管损坏关系研究

针对油水井套管损坏问题,通过对油田岩石力学特性进行测试,从岩石含水、泥岩膨胀、泥岩的蠕变等特性进行研究,确定了岩石的弹性模量、泊松比、内摩擦角等参数与含水、套管强度的关系。通过室内模拟试验,进一步弄清了非均匀地应力作用下地层流变对套管产生的外载分布规律及其随时间的变化规律,以及水泥环性质、地应力大小、泥岩含水量等对套管外载的影响规律,为解决套管损坏问题提供了依据。     

泥岩蠕变导致套管变形损坏机理分析

油田注水开发以后，泥岩吸水蠕变使非均匀地应力作用于水泥环和套管，通过对泥岩吸水蠕变以后，在远场地应力作用下，对水泥环与地层接触的第二界面和水泥环与套管接触的第一界面压力的数值仿真分析，提出了泥岩吸水蠕变诱发地应力在井眼周围产生应力集中，迫使水泥环和套管在最大水平地应力方向产生椭圆形缩径变形，是造成套管变形损坏的直接原因，而且水泥环与套管接触的第一界面的椭圆形外压力分布规律与水平地应力方向、套管变形趋势相反，说明水泥环在套管抵抗非均布外载中起到改变受力边界条件的作用。     

复合盐层套管外挤压力动态变化规律研究

盐岩地层套管外挤压力通常按上覆岩层压力进行设计。现场资料表明，以此为依据所设计的套管有时仍然不能满足盐层套管抗外挤强度的要求。利用研究区块复合盐岩地层上、下泥岩的岩石力学参数及地应力值，运用数值模拟方法，反演得到盐层地应力，在试验获得盐岩蠕变特性参数基础上，对套管支护的盐层井壁围岩进行蠕变分析，得到盐岩地层套管外挤压力动态变化规律。在构造应力的作用下，盐层的地应力场是非均匀的，盐岩蠕变导致套管受到的外挤压力是动态变化的。对于复合盐岩地层的套管柱设计，应该充分考虑构造应力场的非均匀性、盐岩的蠕变特性以及套管的设计寿命。     

吐哈油田套管损坏机理分析及套管保护技术

统计分析了吐哈油田各采油厂套管损坏情况,指出吐哈油田套损主要形式是套管变形,套损点对应岩层主要为泥岩,套损部位主要集中在油层段及其顶部以上30m以内,套损主要原园是高压注水导致泥岩吸水发生蠕变膨胀迫使套管变形,油井变形大干水井的原园与油井生产压差过大有直接关系。通过研究提出了套管损坏的预防方法。即开发前期的预防方法和开发中的预防方法。     

胜坨油田套管损坏规律及控制因素研究

胜坨油田目前已经进入开发后期,油水井套管损坏严重。分析顿坏套管的埋深、损坏类型以及套管损坏井使用寿命与开发阶段的关系,并从泥岩吸水蠕变和膨胀、储集层压力持续下降、套管腐蚀以及下套管和完井、固井过程中施工不当等方面分析了套管损坏的控制因素。研究发现,地层水腐蚀是造成胜坨油田明化镇组及浅层套管损坏的主要原因;泥岩吸水蠕变、储集层沉积压实是造成E_(s1)、E_(s2)段套管损坏主要原因。为有效减缓套管损坏速度,针对油田后期出现的油层压力持续下降,应合理调整注采井网,同时应防止注水窜入泥岩地层;提高注水质量,减缓污水对套管的腐蚀;在施工过程中应建立套管保护措施,防止时套管的人为损坏。     

蠕变地层与油井套管相互作用力学模型

在油井生产过程中,地层的蠕变使套管承受的外部挤压载荷逐渐接近于上覆岩层压力。当套管的外部挤压载荷大于套管的抗挤强度时,套管将产生屈服、变形甚至破裂。目前采用的蠕变地层与套管相互作用的力学模型存在理论上的错误,无法正确计算套管的外部挤压载荷。根据实际建井过程和力学原理,建立了正确的蠕变地层与套管相互作用的力学模型。如果地层不具有蠕变性,地应力不会作用在套管上;如果地层具有蠕变性,且持续时间比较长时,套管所受的外挤载荷为地层的上覆岩层压力。现场检测到的套管非轴对称形变主要是由套管壁厚不均匀、材质不均匀、套管受到刮伤及套管一侧黏土膨胀等因素所致,而不是地层的非均匀地应力造成的。     

水泥环性质对套管强度影响的有限元分析

在油层和泥岩部位易出现套管损害严重的问题,主要原因在于注入水窜入泥岩层后,引起泥岩力学性质改变,地应力重新分布造成套管损坏。石油行业常采用提高水泥环的质量以保证套管的安全。以"地层-水泥环-套管"为研究对象,采用有限元分析方法,将"地层-水泥环-套管"简化为平面系统,分别在均匀地应力和非均匀地应力情况下研究了水泥环弹性模量对套管应力载荷的影响;考虑到两个水平地应力不等的实际情况,选择在非均匀地应力情况分析各因素对套管应力的影响,主要包括水泥环不居中和水泥环发生缺陷时其缺陷角度与套管内压等因素,得出套管应力在不同水泥环性质时的变化规律,为解决套管损坏问题提供了参考依据。优选水泥环性质参数是提高套管抗挤强度的保证。     

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地层蠕变效应是引起套管大量损坏的主要原因之一，而解决此问题的有效途径之一是采用组合套管。文章通过引入柔度系数的概念，给出了任意多层组合套管压力传递系数的规准表达形式，同时，假设地层为粘弹性的，导出了多层组合套管的地层蠕变附加载荷计算公式。分析了双层组合套管的各尺寸对套管抗挤能力的影响，研究了套管层数与套管抗挤能力的关系。数值计算结果表明，尽管随着套管的层数增加地层的蠕变载荷增大，但是内管所承担的最大蠕变载荷仍将单调下降，不论是单层套管还是多层套管，地层进水后都将增大其危险性。文中所提供压力传递系数和粘弹性地层蠕变附加荷载计算公式可供多层套管设计参考。     

岩层滑动是扶余油田套管变形的一种可能机制

套管变形是指油水井套管的变形或错断现象,它是一种与注水有关的诱发事件,与注水诱发地腿有许多类似之处. 观测资料表明,套管变形与注水特别是注水压力有一很密切的关系,不注水不发生套变,注水压力提高时,套管变形速率随之增高,并且套管变形主要集中发生在青山口一段泥岩(b₁)的底部,该段泥岩的特点是,不仅层理发育,而且近直立的宏观裂隙的线密度也最高.进人泥岩中的高压注人水,以及它的浸水软化效应,使之成为强度上的软弱带.变形套管除其涝截面变形之外,抽线也发生了不同程度的相对位移,表明套管变形主要是受剪切作用的结果.本文提出了岩体沿上述泥岩中的层理面的滑动可能是扶余油田套管变形的一种机制,并用以对主要观测结果作了初步解释.上述层理面上的外加剪应力与正应力的比值远比摩擦系数小,所以,如果不注水甚至不高压注水岩体是不会发生滑动的,因而也就不会有套管变形问题.本文得出的使岩体开始滑动,也即大盘发生套管变形的临界孔压为66~76巴.