水平壓裂井射孔段及彎曲段套管安全性分析.pdf

1、水平井壓裂技術(shù)是改進(jìn)油氣藏高效開采的重要手段之一，水平井壓裂過程中，高壓液體注入使地層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化產(chǎn)生復(fù)雜的地應(yīng)力，套管在地應(yīng)力作用下承受多種載荷的作用，發(fā)生安全失效的風(fēng)險(xiǎn)加大，而套管失效破壞多發(fā)生水平井套管的射孔段和彎曲段。為此，本文對水平壓裂井射孔段和彎曲段套管的安全性進(jìn)行了分析。
　　對于水平壓裂井射孔段套管的安全性分析，本文建立了水平壓裂井射孔孔道表面的應(yīng)力分布模型，得出了射孔孔道表面應(yīng)力分布。綜合考慮射孔套管的孔邊應(yīng)力集

2、中和斷裂力學(xué)性能，將射孔套管三維力學(xué)模型簡化為平面孔板模型分析射孔段套管的剩余強(qiáng)度，并結(jié)合實(shí)例分析孔徑、孔密及相位角變化對射孔套管剩余強(qiáng)度的影響規(guī)律。此外，為得到射孔套管強(qiáng)度的影響規(guī)律，采用有限元方法建立射孔套管-水泥石環(huán)-圍巖三維有限元模型，研究地層參數(shù)、水泥環(huán)性質(zhì)參數(shù)和套管鋼級、壁厚對射孔套管強(qiáng)度安全性的影響。結(jié)果表明水泥石環(huán)彈性模量對射孔套管強(qiáng)度有著較大的影響，為確保射孔套管的安全性，水泥石環(huán)的彈性模量范圍為7.8～9.4GPa。

3、
　　水平井彎曲段套管受彎曲、剪切、擠壓等載荷共同作用，受力條件復(fù)雜多變，常發(fā)生扁化、錯(cuò)斷、擠毀等安全事故?？紤]水平井彎曲段套管的受力特點(diǎn)，建立了彎曲套管彈塑性力學(xué)模型，導(dǎo)出了彈性區(qū)、塑性區(qū)套管彎矩計(jì)算公式，得到了彎矩、最大轉(zhuǎn)角與彈塑性邊界角之間的關(guān)系。通過實(shí)例計(jì)算發(fā)現(xiàn)高鋼級套管在具有較大彎曲載荷的工況下工作具有明顯優(yōu)勢，故在具有較大彎矩載荷的情況下宜盡量選用高鋼級套管?？紤]彎曲、剪切、擠壓聯(lián)合作用，建立彎曲段套管力學(xué)模型，應(yīng)用拉